电子科学技术中的半导体材料发展趋势

白鹤、严博、黄文俊、范承志

格力电器（武汉）有限公司

        摘要：半导体材料经过了仔细的加工之后可以在众多领域中进行应用。比如：电子管、晶体管、集成电路等可以在网络、计算机、通信领域进行有效的应用。在我国经济发展与社会需求下，我国的半导体材料获得了比较大的进步与发展。为了更好的使半导体材料推进我国经济的发展与社会的进步，我们需要对于电子科学技术中半导体材料应用的现状、未来发展趋势问题进行全面的分析与研究工作，使其可以在推进人们生活品质中发挥出积极的影响。在电子科学技术的发展过程中，半导体材料是一个非常关键的种类，本文主要针对电子科技技术中的半导体材料的发展进行研究，明确了当前半导体材料的发展现状以及未来的一些材料的发展趋势，希望能够为今后的发展带来参考借鉴。

        关键词：电子科学技术；半导体材料；发展

        前言

        半导体材料的发展经历了漫长的阶段，目前已经取得了一定的成就。电子科学技术的发展为半导体材料的发展提供了发展基础以及发展的技术，所以在今后的发展过程中，我们可以更好地应用半导体材料的发展技术，提高其发展的水平。

        1 电子科学技术发展概述

        就目前的发展来看，由于电子科学技术的发展和普及，其应用越来越广泛的被应用在不同行业中，电子科学技术的应用领域已经从过去的发展方向转变到金融行业中，甚至蔓延到其他领域。就金融行业的发展来看，很多纸币开始转变成电子货币的交易形式，信息技术的进步和发展已经不是某个国家的问题，其是全球性的，对电子科学技术的发展有推动作用。

        早在20世纪90年代的时候，西方已经有很多国家开始关注社会的信息建设，在提出基础的预想之后，很多西方发达国家致力于信息化建设，自此人们进入到信息化社会的发展模式中，到了21世纪的时候，电子科学技术的发展速度迅速提升，且应用逐渐普及，我国也开始加入其中，将电子科学技术作为中国的重要产业，当前国内的电子科学技术的发展还面临很多的挑战，需要不断改革和完善，实现突破。

        2几种半导体材料的现状

        2.1硅材料

        从提高硅集成电路成品率，降低成本看，增大直拉硅（cz-si）单晶的直径和减小微缺陷的密度仍是今后cz-si发展的总趋势。目前直径为8英寸（200mm）的si单晶已实现大规模工业生产，基于直径为12英寸（300mm）硅片的集成电路（ic’s）技术正处在由实验室向工业生产转变中。目前300mm，0.18μm工艺的硅ulsi生产线已经投入生产，300mm，0.13μm工艺生产线也将在2003年完成评估。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功，直径27英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。

        从进一步提高硅ic’s的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外，soi材料，包括智能剥离（smartcut）和simox材料等也发展很快。目前，直径8英寸的硅外延片和soi材料已研制成功，更大尺寸的片材也在开发中。

        2.2gaas和inp单晶材料

        gaas和inp与硅不同，它们都是直接带隙材料，具有电子饱和漂移速度高，耐高温，抗辐照等特点；在超高速、超高频、低功耗、低噪音器件和电路，特别在光电子器件和光电集成方面占有独特的优势。

        目前，世界gaas单晶的总年产量已超过200吨，其中以低位错密度的垂直梯度凝固法（vgf）和水平（hb）方法生长的2-3英寸的导电gaas衬底材料为主；近年来，为满足高速移动通信的迫切需求，大直径（4，6和8英寸）的si-gaas发展很快。美国莫托罗拉公司正在筹建6英寸的si-gaas集成电路生产线。inp具有比gaas更优越的高频性能，发展的速度更快，但研制直径3英寸以上大直径的inp单晶的关键技术尚未完全突破，价格居高不下。

        2.3半导体超晶格、量子阱材料

        半导体超薄层微结构材料是基于先进生长技术（mbe，mocvd）的新一代人工构造材料。它以全新的概念改变着光电子和微电子器件的设计思想，出现了“电学和光学特性可剪裁”为特征的新范畴，是新一代固态量子器件的基础材料。

        ⅲ-v族超晶格、量子阱材料。gaaias/gaas，gainas/gaas，aigainp/gaas；galnas/inp，alinas/inp，ingaasp/inp等gaas、inp基晶格匹配和应变补偿材料体系已发展得相当成熟，已成功地用来制造超高速，超高频微电子器件和单片集成电路。高电子迁移率晶体管（hemt），赝配高电子迁移率晶体管（p-hemt）器件最好水平已达fmax=600ghz，输出功率58mw，功率增益6.4db；双异质结双极晶体管（hbt）的最高频率fmax也已高达500ghz，hemt逻辑电路研制也发展很快。

        硅基应变异质结构材料。硅基光、电器件集成一直是人们所追求的目标。但由于硅是间接带隙，如何提高硅基材料发光效率就成为一个亟待解决的问题。虽经多年研究，但进展缓慢。人们目前正致力于探索硅基纳米材料（纳米si/sio2），硅基sigec体系的si1-ycy/si1-xgex低维结构，ge/si量子点和量子点超晶格材料，si/sic量子点材料，gan/bp/si以及gan/si材料。最近，在gan/si上成功地研制出led发光器件和有关纳米硅的受激放大现象的报道，使人们看到了一线希望。

        3对现阶段新兴半导体材料的发展趋势进行分析

        因为在经济发展进程向前推进的背景之下，人们对半导体设备的性能所提出的要求也在不断的提升，人们对半导体设备中所需要使用到的半导体材料在集成度、能耗水平以及成本等各个方面提出的要求到达了新的高度。现阶段，第三代半导体材料已经之间的成为了半导体设备中使用到的主要材料之一，作为在第三代半导体材料中典型性相对来说比较强的材料：GaN、SIC以及zno等各种类型的材料在现阶段发展进程向前推进的速度都是相对来说比较快的。

        碳化硅是一种典型性相对来说比较高的在碳基化合物所包含的范围之内的半导体材料，其本身所具有的导热性能相对于其它类型的半导体材料来说稳定性是相对来说比较强的，所以在某些对散热性要求相对来说比较高的领域中得到了较为广泛的应用，现阶段碳化硅这种半导体材料在太阳能电池、发电传输以及卫星通信等各个领域中得到了比较深入的应用，在此之外，碳化硅这种半导体材料在军工行业中所得到的应用也是相对来说比较深入的，在某些国防建设相关工作进行的过程中都使用到的了大量的碳化硅。因为和碳化硅这种材料相关的产业的数量是相对来说比较少的，现阶段我国碳化硅行业发展进程向前推进的速度是相对来说比较缓慢的，但是现阶段我国经济发展进程向前推进的过程中所重视的向着环境保护型的方向转变，碳化硅材料能够满足这一要求，所以我国政府有关部门对碳化硅这一种创新型的半导体材料越发的重视了，随着半导体行业整体发展进程不断的向前推进，在不久的将来我国碳化硅行业的的发展一定会取得相对来说比较显著的成果的。

        作为一种创新型的半导体材料，氧化锌在光学材料以及传感器等各个领域中得到了较为广泛的应用，因为这种创新型的半导体材料具有反应速度相对来说比较快、集成度相对来说比较高以及灵敏程度相对来说比较高等一系列的特点，和当前我国传感器行业发展进程向前推进的过程中所遵循的微型化宗旨相适应，因为氧化锌这种创新型的半导体材料的原材料丰富程度是相对来说比较高的、环保性相对来说比较强、价格相对来说比较低，所以氧化锌这种创新型的半导体材料在未来的发展前景是相对来说比较广阔的。

        4结束语

        综上所述，在电子科学技术的研究过程中，半导体材料的发展是非常快速的，我们只有真正的做好了发展的相关工作，才能够让发展变得更好，才能够让半导体材料的应用更加广泛和有效。

        参考文献

        [1]王欣.电子科学技术中的半导体材料发展趋势[J].通讯世界，2021，08：237.

        [2]王占国.半导体材料发展现状与趋势[J].世界科技研究与发展，2020，05：51-56.