半导体材料论文：半导体材料的发展现状

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1、半导体材料论文:半导体材料的发展现状摘要在半导体产业的发展屮，一•般将硅、错称为笫一代半导体材料;将碑化傢、磷化钢、磷化镣等称为笫二代半导体材料;而将宽禁带(Eg>2.3eV)的氮化镣、碳化硅和金刚石等称为第三代半导体材料。木文介绍了三代半导体的性质比较、应用领域、国内外产业化现状和进展情况等。关键词半导体材料;多品硅;单品硅;砂化掾;氮化铢1刖吕半导体材料是指电阻率在107Qcm-10-3Q-cm,界于金属和绝缘体之间的材料。半导体材料是制作晶体管、集成电路、电力电子器件、光电子器件的重要基础材料⑴，支撑着通信、计算机、信息家电与网络技术等电子

2、信息产业的发展。电子信息产业规模最人的是美国和口本，其2002年的销售收入分别为3189亿美元和2320亿美元⑵。近儿年來，我国电子信息产品以举世瞩冃的速度发展，2002年销售收入以1.4亿人民币居全球第3位，比上年增长20%,产业规模是1997年的2.5倍，居国内各工业部门首位⑶。半导体材料及应用已成为衡量一个国家经济发展、科技进步和国防实力的重要标志。半导体材料的种类繁多，按化学组成分为元素半导体、化合物半导体利固溶体半导体;按组成元素分为一元、二元、三元、多元等;按晶态可分为多晶、单晶和非晶;按应用方式可分为体材料和薄膜材料。人部分半导体材

3、料单晶制片后直接川于制造半导体材料，这些称为“体材料”;相对应的“薄膜材料”是在半导体材料或其它材料的衬底上生长的，具有显箸减少“体材料”难以解决的固熔体偏析问题、提高纯度和晶体完整性、生长异质结，能用于制造三维电路等优点。许多新型半导体器件是在薄膜上制成的，制备薄膜的技术也在不断发展。薄膜材料有同质外延薄膜、界质外延薄膜、超品格薄膜、非品薄膜等。在半导体产业的发展屮，-•般将硅、错称为第一代半导体材料;将砂化绘、磷化钢、磷化谏、碑化錮、神化铝及其合金等称为第二代半导体材料;而将宽禁带(Eg>2.3eV)的氮化稼、碳化硅、硒化锌和金刚石等称为第三

4、代半导体材料叫上述材料是H前主要应用的半导体材料，三代半导体材料代表品种分别为硅、碑化稼和氮化谏。木文沿用此分类进行介绍。2主要半导体材料性质及应用材料的物理性质是产品应用的基础，表1列出了主耍半导体材料的物理性质及应用情况［5］。表屮禁带宽度决定发射光的波长，禁带宽度越人发射光波长越短(蓝光发射);禁带宽度越小发射光波长越长。其它参数数值越高，半导体性能越好。电子迁移速率决定半导体低压条件下的高频工作性能，饱和速率决定半导体高压条件下的高频工作性能。表1主要半导体材料的比较禁带宽度(CV〉1」1.43.4饱和速率(x107cm/s)1.02」2

5、.7热导(W/cm-K)1.30.62.0击穿电压(MV/cm)0.30.45.0电子迁移速率(cmTV・s)13508500900光学应用无红外蓝光/紫外高频性能差好好髙温性能中差好发展阶段成熟发展中初期相对制造成本低高髙GaAsGaN物理性质应用情况硅材料具有储量丰富、价格低廉、热性能与机械性能优良、易于生长人尺寸高纯度晶体等优点，处在成熟的发展阶段。口前，硅材料仍是电子信息产业最主婆的基础材料，95%以上的半导体器件和99%以上的集成电路(IC)是用硅材料制作的。在21世纪，可以预见它的主导和核心地位仍不会动摇。但是硅材料的物理性质限制了具

6、在光电子和高频高功率器件上的应用。神化傢材料的电子迁移率是硅的6倍多，其器件具有硅器件所不具有的高频、高速和光电性能，并可在同一芯片同吋处理光电信号，被公认是新一代的通信用材料。随着高速信息产业的蓬勃发展，砂化繚成为继硅之后发展授快、应川授广、产量最大的半导体材料。同时，其在军事电子系统中的应用H益广泛，并占据不可取代的重要地位。GaN材料的禁带宽度为硅材料的3倍多，其器件在大功率、高温、高频、高速和光电子应用方面具冇远比硅器件和神化镣器件更为优良的特性，可制成蓝绿光、紫外光的发光器件和探测器件。近年来取得了很人进展，并开始进入市场。与制造技术非

7、常成熟和制造成本相对较低的硅半导体材料相比，笫三代半导体材料目前血临的最主要挑战是发展适合GaN薄膜牛长的低成本衬底材料和人尺寸的GaN休单晶生长工艺。主要半导体材料的用途如表2所示。可以预见:以硅材料为主体、GaAs半导体材料及新一代宽禁带半导体材料共同发展将成为集成电路及半导体器件产业发展的主流。3半导体材料的产业现状3.1半导体硅材料*2半导体材料的主要用途"I材料名称制作SS件主耍用逢：二极管、品体管適讯、雷达，广播、电视.白动控制集成电路各种计览机.通讯、广播、白动控制•电子钟农、仪及Sf整流器整流幣流、£(流输配电、电气机车、设务自控

8、、鬲须據荡器、超声波报荡器射统探测器原子能分析、光童子检测太阳能电池太阳能发:电各种微波管術达、微波通讯、电视、務动通讯激光管光纤通讯红