半導(dǎo)體材料的應(yīng)用

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上半導(dǎo)體材料的應(yīng)用學(xué)院：物理學(xué)院學(xué)號(hào)：姓名：艾尼瓦爾江·吐爾遜導(dǎo)師: 李興華半導(dǎo)體材料的應(yīng)用1. 介紹半導(dǎo)體材料是是一類具有半導(dǎo)體性能（導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間，電阻率約在1m·cm1G·cm范圍內(nèi)）、可用來(lái)制作半導(dǎo)體器件和集成電路的電子材料。反映半導(dǎo)體內(nèi)在基本性質(zhì)的卻是各種外界因素如、等作用于半導(dǎo)體而引起的物理效應(yīng)和現(xiàn)象，這些可統(tǒng)稱為半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體性質(zhì)。半導(dǎo)體材料可按化學(xué)組成來(lái)分，再將結(jié)構(gòu)與性能比較特殊的與液態(tài)半導(dǎo)體單獨(dú)列為一類。按照這樣分類方法可將半導(dǎo)體材料分為元素半導(dǎo)體、半導(dǎo)體、半導(dǎo)體和非晶態(tài)與液態(tài)半導(dǎo)體。新型有機(jī)半導(dǎo)體材料，

2、其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，擁有卓越的電學(xué)特性，而且成本低廉，可被用于制造現(xiàn)代電子設(shè)備中廣泛使用的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。有機(jī)半導(dǎo)體是一種塑料材料，其擁有的特殊結(jié)構(gòu)讓其具有導(dǎo)電性。2.半導(dǎo)體材料的地位上世紀(jì)中葉，單晶硅和半導(dǎo)體晶體管的發(fā)明及其硅集成電路的研制成功，導(dǎo)致了革命；上世紀(jì)70年代初石英光導(dǎo)纖維材料和GaAs激光器的發(fā)明，促進(jìn)了光纖通信技術(shù)迅速發(fā)展并逐步形成了高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，使人類進(jìn)入了信息。超晶格概念的提出及其半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設(shè)計(jì)思想，使半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)與制造從“雜質(zhì)工程”發(fā)展到“能帶工程”。納米技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控制、操縱和制造功能

3、強(qiáng)大的新型器件與電路，必將深刻影響世界的、格局和軍事對(duì)抗的形式，徹底改變?nèi)藗兊纳罘绞健?. 發(fā)展歷程第一代半導(dǎo)體是“元素半導(dǎo)體”，典型如硅基和鍺基半導(dǎo)體。其中以硅基半導(dǎo)體技術(shù)較成熟，應(yīng)用也較廣，一般用硅基半導(dǎo)體來(lái)代替元素半導(dǎo)體的名稱。硅基半導(dǎo)體器件的頻率只能做到10GHz。第二代半導(dǎo)體材料是化合物半導(dǎo)體?；衔锇雽?dǎo)體是以砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）和氮化鎵(GaN)等為代表，其中以砷化鎵技術(shù)較成熟，應(yīng)用也較廣?；衔锇雽?dǎo)體不同於硅半導(dǎo)體的性質(zhì)主要有二: 一是化合物半導(dǎo)體的電子遷移率較硅半導(dǎo)體快許多，因此適用于高頻傳輸，在無(wú)線電通訊如手機(jī)、基地臺(tái)、無(wú)線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通訊、衛(wèi)星定位等皆有

4、應(yīng)用；二是化合物半導(dǎo)體具有直接帶隙，這是和硅半導(dǎo)體所不同的，因此化合物半導(dǎo)體可適用發(fā)光領(lǐng)域。目前化合物半導(dǎo)體器件工作頻率已經(jīng)達(dá)到100GHz。當(dāng)前化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主要體現(xiàn)在半導(dǎo)體照明技術(shù)、汽車光電子市場(chǎng)、新一代光纖通信技術(shù)、軍用光電子等。4. 半導(dǎo)體材料的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀1. 多晶硅多晶硅是制備單晶硅和太陽(yáng)能電池的原料，主要生產(chǎn)方法為改良西門子法。全球多晶硅市場(chǎng)供大于求，隨著半導(dǎo)體市場(chǎng)的恢復(fù)和太陽(yáng)能用多晶硅的增長(zhǎng)，多晶硅供需將逐步平衡。我國(guó)多晶硅嚴(yán)重短缺。我國(guó)多晶硅工業(yè)起步于50年代，60年代實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。由于技術(shù)水平低、生產(chǎn)規(guī)模太小、環(huán)境污染嚴(yán)重、生產(chǎn)成本高，目前只剩下峨嵋半導(dǎo)體材料廠和洛陽(yáng)

5、單晶硅廠2個(gè)廠家生產(chǎn)多晶硅。2001年生產(chǎn)量為80t7，僅占世界產(chǎn)量的0.4%，與當(dāng)今信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展和多晶硅的市場(chǎng)需求急劇增加極不協(xié)調(diào)。我國(guó)這種多晶硅供不應(yīng)求的局面還將持續(xù)下去。2. 單晶硅生產(chǎn)單晶硅的工藝主要采用直拉法(CZ)、磁場(chǎng)直拉法(MCZ)、區(qū)熔法(FZ)以及雙坩鍋拉晶法。硅晶片屬于資金密集型和技術(shù)密集型行業(yè)，在國(guó)際市場(chǎng)上產(chǎn)業(yè)相對(duì)成熟，市場(chǎng)進(jìn)入平穩(wěn)發(fā)展期。集成電路高集成度、微型化和低成本的要求對(duì)半導(dǎo)體單晶材料的電阻率均勻性、金屬雜質(zhì)含量、微缺陷、晶片平整度、表面潔凈度等提出了更加苛刻的要求，晶片大尺寸和高質(zhì)量成為必然趨勢(shì)。我國(guó)單晶硅技術(shù)及產(chǎn)業(yè)與國(guó)外差距很大，國(guó)內(nèi)供給明顯不足，基本

6、依賴進(jìn)口，我國(guó)硅晶片的技術(shù)差距和結(jié)構(gòu)不合理可見一斑。在現(xiàn)有形勢(shì)和優(yōu)勢(shì)面前發(fā)展我國(guó)的硅單晶和IC技術(shù)面臨著巨大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。3. 砷化鎵材料用于大量生產(chǎn)砷化鎵晶體的方法是傳統(tǒng)的LEC法(液封直拉法)和HB法(水平舟生產(chǎn)法)。移動(dòng)電話用電子器件和光電器件市場(chǎng)快速增長(zhǎng)的要求，使全球砷化鎵晶片市場(chǎng)以30%的年增長(zhǎng)率迅速形成數(shù)十億美元的大市場(chǎng)，預(yù)計(jì)未來(lái)20年砷化鎵市場(chǎng)都具有高增長(zhǎng)性。雖然我國(guó)是砷和鎵的資源大國(guó)，但僅能生產(chǎn)品位較低的砷、鎵材料(6N以下純度)，主要用于生產(chǎn)光電子器件。集成電路用砷化鎵材料的砷和鎵原料要求達(dá)7N，基本靠進(jìn)口解決。我國(guó)應(yīng)重視具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)，發(fā)展我國(guó)的砷化鎵產(chǎn)業(yè)

7、。4. 氮化鎵材料GaN半導(dǎo)體材料的商業(yè)應(yīng)用研究始于1970年，其在高頻和高溫條件下能夠激發(fā)藍(lán)光的特性一開始就吸引了半導(dǎo)體開發(fā)人員的極大興趣。但GaN的生長(zhǎng)技術(shù)和器件制造工藝直到近幾年才取得了商業(yè)應(yīng)用的實(shí)質(zhì)進(jìn)步和突破。由于GaN半導(dǎo)體器件在光電子器件和光子器件領(lǐng)域廣闊的應(yīng)用前景，其廣泛應(yīng)用預(yù)示著光電信息乃至光子信息時(shí)代的來(lái)臨。因GaN材料尚處于產(chǎn)業(yè)初期，我國(guó)與世界先進(jìn)水平差距相對(duì)較小。中科院半導(dǎo)體所自主開發(fā)的GaN激光器2英寸外延片生產(chǎn)設(shè)備，打破了國(guó)外關(guān)鍵設(shè)備部件的封鎖。我國(guó)應(yīng)對(duì)大尺寸GaN生長(zhǎng)技術(shù)、器件及設(shè)備繼續(xù)研究，爭(zhēng)取在GaN等第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中占據(jù)一定市場(chǎng)份額和地位。5.半導(dǎo)體材料的應(yīng)

8、用隨著電子學(xué)向光電子學(xué)、光子學(xué)邁進(jìn)，微電子材料在未來(lái)510年仍是最基本的信息材料。電子、光電子功能單晶將向著大尺寸、高均勻性、晶格高完整性以及元器件向薄膜化、多功能化、片式化、超高集成度和低能耗方向發(fā)展。半導(dǎo)體微電子材料由單片集成向系統(tǒng)集成發(fā)展。 微電子技術(shù)發(fā)展的主要途徑是通過(guò)不斷縮小器件的特征尺寸，增加芯片面積以提高集成度和信息處理速度，由單片集成向系統(tǒng)集成發(fā)展。半導(dǎo)體材料在微波器件上用于場(chǎng)效應(yīng)管、體效應(yīng)晶體管、硅雪崩二極管、電調(diào)變?nèi)荻O管等。在電生耦合器上用于GaAs聲電耦合，利用壓電聲波和漂移載流子之間的相互作用，當(dāng)漂移載流子的飽和速度大于聲學(xué)波時(shí)，就可以通過(guò)壓電效應(yīng)使聲學(xué)波放大。在傳感器上利用某種變換功能，將被測(cè)物理量變換為可測(cè)定量的器件。6. 結(jié)語(yǔ)本世紀(jì)以來(lái)，以數(shù)字化通信、數(shù)字化交換、數(shù)字化處理技術(shù)為主的數(shù)字化生活正在向我們招手，一步步地向我們走來(lái)清晨，MP3音箱播放出悅耳的晨曲，催我們按時(shí)起床；上班途中，打開隨身攜帶的筆記本電腦，進(jìn)行新一天的工作安排；上班以后，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)召開網(wǎng)絡(luò)會(huì)議、開展遠(yuǎn)程教學(xué)和實(shí)時(shí)辦公；在下班之前，我們遠(yuǎn)程啟動(dòng)家里的空調(diào)和濕度調(diào)節(jié)器，保證家中室溫適宜；下班途中，打開手機(jī)，悠然自在觀看精彩的影視節(jié)目；進(jìn)家門前，我們接收網(wǎng)上訂購(gòu)的貨物；回到家中，和有線電視臺(tái)進(jìn)行互動(dòng)，觀看和下載喜歡的影視節(jié)目和歌曲，制作多