几种半导体材料的现状与发展趋势

摘 要：伴随着科技技术的不断提升，半导体材料也取得了长足的发展，目前，在电子通信等领域中，半导体材料的应用十分普遍同时随着半导体材料的进一步发展，其必将在电子、通讯、纳米制造等行业中得到更为广泛的应用文章重点概述了几种半导体材料的现状以及未来发展趋势

关键词：半导体材料；现状；发展趋势

近年来，伴随着我国经济水平的不断提升，我国的电子产品的生产以及出口数量也相应提升半导体材料是电子产品中最为常用的一种材料，其介于导体和非导体之间，电阻率相对较低，经过相应的加工处理之后，能够制作成晶体管、电子管以及集成电路等等，直接决定了通信、计算机、网络等领域的发展可以说，现阶段，半导体材料的生产以及应用水平直接衡量了一个国家的综合国力因此探究半导体材料尤为必要。

一、几种常见的半导体材料的应用现状

（一）硅基发光材料的应用。Si是最重要且应用最广的半导体材料，是微电子工业和太阳能光伏工业的基础材料它具有储量丰富、化学稳定性好、无环境污染、大单晶、高纯度、可掺杂、高传导率、存在高度匹配的本征氧化物绝缘体等优点特别是，拥有高度兼容的高质量本征氧化物Si02，使Si区别于锗（Ge）和嫁砷（GaAs）等其他半导体材料成为半导体行业的基础材料。Si的这些优点确保了半导体微电子技术在过去40年一直遵循摩尔定律的预言持续高速发展。在硅技术的发展历程中，科学家们攻克了一个又一个原本被认为不可逾越的关键技术，例如在互补金属氧化物半导体（CMOS）技术中引入绝缘衬底上生长硅单晶（SOI），Site合金和应变硅等不同的硅基材料改良。光刻的衍射极限触发了深紫外和极紫外光源以及先进的亚波长光刻技术的研究，维系了摩尔定律。当前微电子技术发展所面临的最为关键的障碍是金属互连的物理极限。把光子学器件和电子学器件集成在同一基片上，用光互连代替金属互连的光电集成技术被认为是突破金属互连物理极限的一个有效解决方案，该方案的成功实现还将催生其他的潜在应用。相对于金属导线，光数据通信提高了数据速率并避免了电磁干扰问题，特别地，它具有响应速度快、传输容量大、存储密度大、处理速度快、可微型化和集成化等优点，因此光电集成技术可以带来新的功能和实现电路板间、同一板上的芯片间，甚至同一芯片的不同核间更快的数据通信。硅基光电集成技术也可以应用于包括光交换阵列和光纤的光电组件在内的光通信其他领域。相对于其他半导体材料，硅晶片具有最低生产成本和最高单晶质量，是发展CMOS兼容的硅光子学工业的最好理由。一个基本的光子学系统包括了一个激光器、一个光调制器、一个光波导和一个光探测器等光子学器件。微电子技术中所有的组件都集成在单个晶片上，使用并行制造技术同时制作几十亿个单元。

（二）砷化镓单晶材料。砷化镓单晶材料具有耐高温、抗辐射能力强的特征，主要应用于微型电子和光电材料等领域，在一些运行速度较快、频率较高要求高的电路中应用较为广泛当下，砷化镓单晶材料的生产量每年为二百吨左右近几年来，随着人们对通信技术的要求不断增加，砷化镓单晶材料的产量也不断提升，在未来的几十年里砷化镓的需求会不断增加我国对砷化镓单晶材料的研究时间较晚，随着北京圣科佳电子有限公司等一系列半导体开发研制公司的成立，我国半导体材料的开发步入了一个新的台阶，取得了不菲的成绩。

（三）半导体纳米材料。纳米半导体材料在纳米尺度上原子和分子的集合体，其晶体粒度小于10nm。纳米材料一般在充满电子的价带顶和未充满或半充满的导带底之间存在带隙，这样的带隙使价带电子态与导带电子态之间的相互作用减弱。随着新材料技术的进步，纳米材料的重要性日益凸显。纳米半导体材料为传感器注入了新的力量。它的特殊性质（如比表面积大、活性好、独特的物性等）使得它对温度、光、湿气等环境因素非常敏感。当外界环境发生改变时，纳米材料表面或界面电子传递也会发生改变，电子变化会影响电阻值，我们可根据这一特点制备新型的传感器。

二、我国半导体材料未来发展的相关建议

（一）加大对硅材料的开发力度。硅材料是主要的半导体材料，至少在未来的几十年内对电子产品的开发具有主导作用，但是，现阶段我国对一些硅晶体的提炼技术掌握的不够，大部分还需要从外进口。目前我国只能少量的将硅晶体可拉制8英寸，但是相比于一些发达的国家而言还存在极大的差距，更不必说进行大批量的生产。由此，国家相关部门要加大对硅晶体研制研究人员的培养力度，努力缩小我国与发达国家之间的差距。此外，对硅晶体提炼基地可以配备先进的提取设备和专业人员，以便更好的发展我国电子领域的科学技术，提高我国的综合国力。

（二）砷化镓有关化合物半导体晶体发展建议。砷化镓以及其相关的化合物的晶体提炼方面與发达国家相比还有着不小的差距，由于我国对晶体加工和提取的设备过于落后以及缺少专业的技术人员，进而导致我国砷化镓以及相关化合物半导体的生产能力相对落后。这就需要国家政府对晶体提取企业进行统一的管理，各个企业之间相互交流相互合作，取长补短，最终达到世界的先进水平行列。

（三）重视纳米材料的研究和应用。由于科学家对纳米半导体的不断研究，许多以前解释不清的问题，现在可以更准确的被描述。新的理论将被引入来描述纳米材料电子的行为，这将介观物理、量子物理和混纯物理推向新的高度。随着对纳米材料研究的日趋深入，其在物理、化学、化工等领域的作用我们都有目共睹，在航天、生物医学、能源等领域也是大显身手。

参考文献

[1] 俞笑竹.新型半导体材料的制备及性能研究[D].上海交通大学博士论文，2012.

[2] 王琳.针对太阳能半导体照明系统的阐述[J].山东工业技术，2015（22）.

作者简介：管世同，天津市环欧半导体材料技术有限公司。