半导体材料的性能分析及其应用

谢皆雷

摘要：半导体材料其实出现在人们日常生活的各个角落，无处不在，比如人们生活中必备的电视机，个人电脑，微波炉，电磁炉等其中都会有半导体的存在并且半导体在这些机器中都扮演着重要的角色。个中原因，是半导体具有特殊的性质决定的，在这个电气时代，半导体具有导电性的同时却是属于导体和绝缘体之间的一种材料，导电能力具有方向性。

本文主要阐述半导体的具体含义及其分类，根据不同类型的半导体，对其发展前景进行简单的设想和展望，希望为我国的半导体行业发展尽一份绵薄之力。

关键词：半导体材料;性能分析;应用

前言：

半导体有着十分重要的作用，被誉为是世界上第四大的重要发明，四大发明中主要包含了印刷机、电力、盘尼西林和半导体。然而半导体的基础就是材料，在21世纪的现在，量子力学发展指导金属性能的导电、导热性，而陶瓷材料与之相反，人们对四周物体的认识依旧有巨观的瞭解，半导体材料就介于这两者之间。

1半导体材料的特点分析

半导体材料化学特点是原子间所存在的饱和工价键，共价建的特点是晶格结构表现出四面体的结构，典型的半导体材料有着金刚石、闪锌矿的结构。因为地球上矿藏多半都是化合物，在最早得到利用的半导体材料都是化合物，比如说：方铅矿在很早的时候主要是应用在无线电检波，氧化亚铜主要用以作为固体整流器，闪锌矿是比较常见的固体发光原材料，碳化硅整流检波的作用利用也是比较早的。硒最早发现并且被利用的元素半导体，是固体整流器、光电池的材料。元素半导体锗放大作用发现刷新了半导体发展历程，在这个时候的电子设备逐渐实施晶体管化。我国的半导体研究、生产主要是在1957年的时候，首次制备出高纯度的锗，在采用元素半导体硅之后，不仅增加晶体管类型、品种增加、提升性能，还迎来大规模、超大规模的集成电路时代以砷化镓为代表的Ⅲ-Ⅴ族化合物的发现，促进微波器件、光电器件快速的发展。

2半导体材料的主要种类分析

半导体材料可以按照化学组成进行划分，把结构、性能比较特殊的非晶态、液态半导体单独列为一类，依据分类的方法将半导体的材料划分成元素半导体、无机化合物半导体、有机化合物半导体、非晶态和液体半导体。

3半导体材料的性能及其应用分析

3.1单晶制备

为实现消除多晶材料中的各种小晶体之间的晶粒间界对半导体材料的特性参量影响，半导体器件基本材料还包含单晶制备、薄膜单晶制备。体单晶产量相对较高，利用效率高，经济合理。很多器件结构都要求厚度以微米量级的薄层单晶，由于制备薄层的单晶对于温度要求较低，通常能够得到质量好的单晶，主要制备方法如下：

从熔体中拉制单晶，将其用以和熔体相同材料的小单晶体作为籽晶和熔体接触，并且和熔体接触，并且向上提拉的过程中，熔体依据表面张力被拉出液面，结晶出籽晶有着相同的晶体取向单晶体。第二，区域熔炼方法制备单晶。采用一籽晶和半导体的锭条在头部进行熔接，在熔区移动下，结晶部分就称为是单晶。第三，从溶液中再结晶。第四，从汽相中生长单晶。

3.2宽带隙半导体的材料

氮化镓、氧化锌、碳化硅等都是宽带隙半导体的材料，由于其禁带宽度在三个电子伏以上，在室温下不能将其价带电子激发至导带，器件工作的温度较高，比如说：碳化硅能够工作到600℃。金刚石若是作为半导体，那么温度则是更高，器件主要用于石油探头上收集的信息，主要应用在航天、航空等环境恶劣的情况下。广播电台和电视台的唯一大功率发射管是电子管，没有被半导体的器件而替代，其电子管寿命通常只有2500小时左右，体积相对较大，耗电量高，若是采用碳化硅的高功率发射器件，体积能够减少几十倍，甚至是上百倍，并且还会延长使用的寿命，高温宽带隙半导体材料是比较重要的新型半导体的材料。

但是这种材料是很难生长的，硅上长硅，砷化镓上长GaAs，它可以长得很好。但是这种材料绝大部分都没有块体的材料，通常用于其它材料作为衬底去长。比如说：氮化镓在蓝宝石衬底上进行生长，蓝宝石与氮化镓的热膨胀系数、晶格常数相差较大，长出来的外延层缺陷较多，这是最大的问题。除此之外，这种材料还有着加工和刻蚀难度较大的特点，我们还需加强对其问题的解决，以促使新材料空间的扩大。

3.3低维半导体的材料

低维半导体的材料主要是纳米材料，发展纳米科学技术的重要目的是人们在原子、分子、纳米尺度上，对功能强大和性能优越的纳米电子、电路、光电子器件进行严格的控制，尽可能的造福人类。预计在日后，纳米技术的应用和发展将对人们生活生产方式进行改变，并且改变社会政治格局和战争的对坑形式，这就是人们对纳米半导体技术发展的主要因素。

4半导体材料的应用探讨

4.1早期应用

半导体首要应用是利用它的整流效应作为检波器，点接触二极管。除去检测器，在早期的过程中，半导体还应用在整流器、红外探测器、光伏电池，半导体四个效应基本上都应用到。

在1907年至1927年，美国物理学家成功的研制出晶体整流器、硒整流器、氧化亚铜整流器，在1931年的时候，兰治和伯格曼研制成功硒光伏电池。1932年，德国先后研制成功硫化铅、硒化铅和碲化铅等半导体红外探测器，在二战中用于侦探飞机和船舰。二战时盟军在半导体方面的研究也取得了很大成效，英国就利用红外探测器多次侦探到了德国的飞机。

4.2应用现状分析

就半导体的设备市场，半导体的材料在市场上长期位于配角位置，在芯片出货量的不断增长下，此类市场也持续的增长，并且逐渐摆脱了浮华设备市场的阴影按照销售收入進行计算，日本保持最大的半导体材料市场地位。台湾、韩国等国家纷纷崛起成为重要的市场，材料市场崛起充分体现出器件制造行业在这些地区发展。晶圆制造材料的市场与封装材料市场可以获取一定的增长，未来增长将会更加的缓和，保证其增长势头。

日本在半导体的材料市场依旧占领了领先的地位，消耗量则是为总市场的22%，在2004年的时候，台湾地区超出北美地区成为第二大半导体的材料市场，北美地区落后韩国排名第五。一些新晶圆厂在这些地区投资建设。但是每个地区都有着比北美更加坚实地封装基础。

芯片的制造材料占据了半导体材料市场的百分之六十，绝大部分都是硅晶圆。硅晶圆、光掩膜综合占据了晶圆制造材料的百分之六十二。半导体材料的市场产生重大变化在于封装材料市场发展，封装材料市场占据了半导体材料市场的33%，在2008年的时候，该份额预计可以增加到百分之四十三。其变化主要是因为球栅阵列、芯片级封装、倒装芯片封装也是越来越多的使用碾压基底、先进聚合材料。在产品便携性、功能性对封装提出更高要求，雨季这些材料在日后几年降火强劲增长，在金价大幅度上涨使引线键合部分在2007年获取36%的增长。和晶圆制造材料比较相似，半导体的封装材料在这三年增长速度也逐渐变得缓慢，除去金价因素以外，并且碾压衬底不计入统计中，实际增长率为百分之二左右。

结束语：

总而言之，随着纳米科学技术不断发展，半导体材料现已在我国社会各行业得到广泛的应用，实现从原子、分子、纳米尺度水平上的控制，对新型的电路和器件进行制造和操纵，彻底的改变了人们生活生产的方式，推动人类的不断发展。

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