半导体材料的性能分析及其应用

杜德良

天津市环欧半导体材料技术有限公司天津300380

摘要：自然界中的物质主要是按照导电性能差异进行划分的，分为导电性能好的导体，比如说：银、铁、铜，而不能导电的绝缘体主要是橡胶、塑料、陶瓷等，半导体的为砷化镓、硅、锗等等。本文主要基于作者实际工作经验，简要的分析半导体材料性能和应用分析，希望对相关从业人员有所帮助。

关键词：半导体；材料性能；绝缘体

Abstract：thenatureofthematerialismainlycarriedoutinaccordancewiththeconductiveperformancedifferencepided，pidedintoconductiveperformanceisagoodconductor，suchas：silver，iron，copper，andcannotconductelectricityinsulatorsismainlyrubber，plastic，ceramic，etc.，asthegalliumarsenidesemiconductor，silicon，germanium，etc.Inthispaper，basedonactualworkexperience，theauthorbrieflyanalysisofthesemiconductormaterialperformanceandapplicationanalysis，hopetobehelpfultotherelatedprofessionals.

Keywords：semiconductor；Materialperformance；insulators

前言：

半导体主要是导电能力介于导体与绝缘体之间的物质，其导电能力在温度、光照、掺入的不同而变化，尤其是掺杂能够对半导体导电性能、导电的类型有所改变，这就是半导体广泛应用在各种制造电子元器件、集成电路的依据。

1半导体的材料发展分析

自然界中的材料和物质主要是按照导电的能力进行划分，主要划分成绝缘体、导体、半导体，而半导体主要是指电阻率为1mΩ•cm~1GΩ•cm，还有就是取其1/10或者是10倍，在通常情况，半导体的电导率在温度不断升高，而逐渐的减小，这个和金属导体有着相反的性质。

第一代的半导体主要是元素半导体，比较典型的就是硅基、锗基半导体，在这两个中间，硅基半导体的技术相比要成熟一些，应用范围也比较广泛，通常应用硅基半导体对元素半导体名称进行替代。

第二代的半导体材料主要是化合物半导体。化合物的半导体主要是以砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）、氮化镓（GaN）等等作为代表的，其中包含了诸多其他的III―V族化合物半导体。在这些化合物中，商业半导体的器件中应用最多的还是砷化镓（GaAs）和磷砷化镓（GaAsP）、磷化铟（InP）、砷铝化镓（GaAlAs）、磷镓化铟（InGaP），而砷化镓的技术是比较成熟的，应用范围较为广泛。

2半导体材料应用

半导体材料在早期主要是应用在检波器方面，实际上是经过利用半导体的整流效应，将其作为检波器，点接触二极管。除了检测器，在早期的时候，半导体还应用在整流器、光伏电池和红外线探测器上，而半导体的四个效应在基本上已经广泛应用。在1907年的时候，美国的物理学家就研制出比较成功的晶体整流器、氧化亚铜的整流器以及硒整流器，在1931年的时候，兰治、伯格曼已经成功研制硒光伏的电磁，在1932年的时候，德国研制出硫化铅、硒化铅、碲化铅等的半导体红外探测器，在二战的时候，主要是应用侦测飞机、舰船，并且盟军在半导体的研究方面获得一定成效，英国利用红外探测器对德国的飞机多次的侦测到。在今日，半导体现已广泛的应用在工业化制造、通讯、家电和航空、航天方面，在1994年的时候，工业化电子市场份额占据6910亿美元，在1998年的时候，增加至9358亿美元，在后来因为美国经济危机，使得半导体市场份额下降，在1995年的时候为1500亿美元，下降到1998年的1300多亿美元，随着几年不断徘徊，半导体市场份额现已逐渐回升。

3第二代的半导体材料发展方向分析

3.1消费类的光电子

光存贮、数字电视、全球家用电子产品装备无线控制、数据连接比例越来越高，音视频的装置日益的无线化，并且随着笔记本电脑不断普及下，其产品市场为化合物的半导体产品应用带来较大新市场。

3.2汽车光电子的市场

在现阶段，汽车防撞雷达已经在诸多高档车上得到广泛的应用，相信在日后也会更加的普及，汽车防撞雷达一般工作在毫米波段，所以说肯定会离不开砷化镓、磷化铟，它的中频部分就应用了锗硅，因为全球汽车工业比较庞大，这就预示着势必会并发较大的市场。

3.3半导体的照明技术迅速发展

基于半导体的发光二极管（LED）的半导体光源光源有着体积较小、发热量相对较低、耗电量较小、寿命长、环保、反应速度快、耐冲击不易破、废弃物可回收，没有污染、容易平面封装和容易开发成轻薄短小产品的特点，有着重大经济技术价值、市场的前景。尤其是基于LED半导体照明产品有着绿色环保和高效节能的特点，在全球资源日益紧张和保护环境可持续化发展的背景下，在世界范围内将会引发一场时代性的照明革命，称为继白炽灯、荧光灯后的新一代电光源，走进千家万户中。在现阶段，LED已经广泛的应用在大屏幕的显示、交通信号灯、收集背光源等，开始应用在城市夜景的美化、亮化，地灯、手电筒、景观灯和指示牌等，在单体LED亮度、发光效率逐渐提升下，逐渐进入普通的室内照明、笔记本电脑背光源、台灯、LCD显示器背光源等等，并且有着比较广阔的应用前景。

3.4新一代的光纤通信技术

在新一代的40Gbps光通信设备在市场上的应用，有效的替代了以往的25Gbps设备使用，而这些设备中将大量的应用到砷化镓、锗硅、磷化铟等化合物半导体的集成电路。

3.5移动通信技术

在现阶段，移动通信技术正在不断的向着利于化合物半导体产品方向而发展，在现阶段，第四代的4G技术现已全面应用，第五代5G技术概念也已经明确的提出，5G技术对手机应用要求相对较高，在楼内可以接入无线局域网（WLAN），即可工作到2.4GHz和5.8GHz，在室外可在二代、二代半、三代、四代等任意制式下工作。因此这是一种多功能、多频段、多模式的移动终端。从系统小巧来说，当然会希望实现单芯片集成（SOC），但是单一的硅技术不能在多功能、模式方面得到性能上的最佳，需要将其各性能功能进行结合在一起，只能应用系统级封装SIP，主要是在同一封装中，采用硅、锗硅、砷化镓等技术，对其不同的功能进行实现，为砷化镓带来新的发展前景。

4第三代半导体的材料

第三代的半导体材料凭借着优越的性能、较大的市场前景，现已成为全球导体市场竞争的焦点。第三代半导体材料主要是包含SiC、GaN、金刚石的呢个等，因为其禁宽带Eg大于或者是等于2.3电子伏特，又称为是宽带禁带半导体的材料。在现阶段，电子器件使用条件比较恶劣，若想有效的适应高频、耐高温、大功率和抗辐照等的特殊环境，为满足未来电子器件的需求，需要采用新的材料，最大限度的提升电子元器件内在的性能。

与第一代和第二代的半导体材料相比，第三代的半导体材料有着高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率、高健合能的优点，能够有效的满足现代化电子技术对高温、高压、高功率、高频和抗辐射等恶劣条件的新要求，是半导体材料领域的前景材料。在国防、航空、航天、光存储以及石油勘探方面有着广泛应用，在宽带通讯、太阳能、半导体照明、智能电网和汽车制造方面应用，可以有效的降低50%的能量损失，进而使得装备体积可以减小75%以上，对人类科技发展有着里程碑的意义。

结束语：

总而言之，在国家发展战略不断推动下，在节能减排、信息技术快速发展有着较好的产业基础，并且有着迫切的市场需求，所以我国就有望集中在优势力量一举实现技术方面的突破。

参考文献：

[1]王怀光，吴定海，陈彦龙，范红波，张云强.半导体制冷技术研究综述[J].四川兵工学报，2012，33（11）：132-134，137.doi：10.11809/j.issn.1006-0707.2012.11.040.

[2]韩桂云，王晓龙，龙润泽，张培培，李宝珠，张雪莲，孙雪莲，张鹏，黄榜才.半导体激光器在不同制冷条件下散热研究[J].光通信技术，2015，39（5）：29-31.doi：10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2015.05.011.