1、半導(dǎo)體技術(shù)及其器件的發(fā)展應(yīng)用120131326 劉玉光摘要：半導(dǎo)體技術(shù)是指半導(dǎo)體加工的各種技術(shù)，包括晶圓的生長(zhǎng)技術(shù)、薄膜沉積、光刻、蝕刻、摻雜技術(shù)和工藝整合等技術(shù)，以半導(dǎo)體為材料，制作成組件及集成電路的技術(shù)。半導(dǎo)體材料已經(jīng)有多年的發(fā)展歷史，自從有機(jī)半導(dǎo)體材料開(kāi)始受到重視以后，有機(jī)半導(dǎo)體器件的制作水平就有了很大程度的提高，并且已經(jīng)開(kāi)始投入到市場(chǎng)上，來(lái)實(shí)現(xiàn)它的價(jià)值。本文簡(jiǎn)要回顧了半導(dǎo)體技術(shù)多年的發(fā)展歷史,介紹了有機(jī)半導(dǎo)體的發(fā)展情況，各種器件的技術(shù)現(xiàn)狀；太陽(yáng)電池、有機(jī)發(fā)光二極管等有機(jī)半導(dǎo)體器件的應(yīng)用情況，闡述了有機(jī)半導(dǎo)體的優(yōu)勢(shì)，探討了有機(jī)半導(dǎo)體技術(shù)的應(yīng)用前景,并且介紹了晶體管、集成電路、功率半導(dǎo)體器

2、件以及半導(dǎo)體材料等的研究發(fā)展過(guò)程和當(dāng)前的水平,并展望21世紀(jì)半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展方向及其在信息社會(huì)中將起的作用。關(guān)鍵字：半導(dǎo)體技術(shù)；半導(dǎo)體器件；發(fā)展；應(yīng)用；展望1、 歷史的回顧 早在晶體管發(fā)明之前,人們就將半導(dǎo)體用于電子學(xué)中,第一個(gè)無(wú)線電檢測(cè)器采用金屬絲與礦石或硅相接觸來(lái)工作的,但這種檢測(cè)器性能很不穩(wěn)定,而且取決于操縱者找到最佳整流觸點(diǎn)的能力。三十年代初,其它半導(dǎo)體,諸如氧化亞銅和硒被用作整流器,在此期間,人們對(duì)半導(dǎo)體材料的體特性和表面特性在理論上有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí),但是當(dāng)時(shí)因缺少純而穩(wěn)定的半導(dǎo)體樣品而無(wú)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)。從三十年代后期,特別在第二次世界大戰(zhàn)期間,人們對(duì)微波頻率做了大量的工作,因此對(duì)

3、用于低噪音、小電容檢波器的點(diǎn)接觸二極管再次表現(xiàn)出極大興趣。美國(guó)貝爾電話實(shí)驗(yàn)室的微波研究組將硅選為主要材料,此后對(duì)硅的性質(zhì)作深入細(xì)致的研究,一直延續(xù)到六十年代。第二次世界大戰(zhàn)期間,半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展受到重視。因?yàn)樵谕ㄐ拧⑻綔y(cè)敵方目標(biāo)、導(dǎo)航和火力控制系統(tǒng)中需要先進(jìn)的電子技術(shù)和器件。尤其在武器系統(tǒng)中,對(duì)元器件的尺寸、重量、可靠性提出更高的要求,為此美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局為研制堅(jiān)固耐用的小型器件提供資助,以促其發(fā)展。 與此同時(shí),美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室有一個(gè)固體物理研究組,這個(gè)研究組在研究半導(dǎo)體基礎(chǔ)特性方面差不多花了兩年半時(shí)間,直到1947年12月誕生了世界上第一只點(diǎn)接觸晶體管。晶體管的誕生標(biāo)志一個(gè)新時(shí)代的開(kāi)始,引起全球

4、科學(xué)界的極大興趣,從而對(duì)材料制備和工藝技術(shù)方面進(jìn)行深入細(xì)致的研究,發(fā)展速度日新月異,例如, 1947年的點(diǎn)接觸晶體管, 1951年的結(jié)型晶體管, 1953年的表面勢(shì)壘晶體管, 1955年的擴(kuò)散基區(qū)晶體管, 1959年的平面晶體管。由平面晶體管步入集成電路,這一發(fā)展趨勢(shì)是始料未及的。在半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展過(guò)程中,必須提及材料科學(xué)所取得的成就。第一代半導(dǎo)體材料為元素半導(dǎo)體,如鍺和硅。鍺是最早實(shí)現(xiàn)提純和完美晶體生長(zhǎng),并最早用來(lái)制造晶體管的半導(dǎo)體材料。但是,由于鍺的禁帶較窄,鍺器件的穩(wěn)定工作溫度不如硅器件高,加之資源有限,其重要地位早在半導(dǎo)體工業(yè)發(fā)展初期就被硅所取代。到目前為止,二極管、晶體管和集成電路的制

5、造,仍然是半導(dǎo)體工業(yè)的核心內(nèi)容,而硅是制造這些器件的最主要材料。第二代為化合物半導(dǎo)體。化合物半導(dǎo)體大多是由元素周期表中間部分的某兩種或兩種以上元素化合而成的,其中砷化鎵和磷化鎵是研究得最為深入、應(yīng)用也最廣泛的化合物半導(dǎo)體。與硅相比,砷化鎵的禁帶稍寬一點(diǎn),有利于制作需要在較高溫度下工作的器件,但其熱導(dǎo)率較低,不適于制作電力電子器件。砷化鎵的另一特長(zhǎng)是其電子遷移率很高,為硅中電子遷移率的五倍。因此,砷化鎵晶體管和集成電路有較高的工作頻率。目前,砷化鎵集成電路已開(kāi)始應(yīng)用于軍事設(shè)施,激光器、探測(cè)器、高速器件、微波二極管和微波IC是砷化鎵在當(dāng)前最成熟的一些應(yīng)用。第三代為寬禁帶半導(dǎo)體材料,主要包括碳化硅(

6、 SiC)、金剛石和氮化鎵( GaN)等。同第一、第二代材料相比,寬禁帶半導(dǎo)體材料具有禁帶寬度大( Eg> 2. 3eV )、電子漂移飽和速度高、介電常數(shù)小、熱導(dǎo)性能好等特點(diǎn),非常適合于制作抗輻射、高頻、大功率和高密度集成的電子器件; 而利用其特有的禁帶寬度,還可以制作藍(lán)、綠光和紫外光器件和光探測(cè)器件。目前,采用SiC來(lái)制作功率半導(dǎo)體器件,其性能優(yōu)于硅功率器件,例如, SiC pin二極管的反向恢復(fù)時(shí)間可達(dá)100ns以下,僅為硅pin二極管的三分之一左右。一種耐壓400V 的SiC肖特基整流器在電流密度為100A /cm2時(shí)壓降僅為1. 1V ,遠(yuǎn)低于相應(yīng)的pn結(jié)二極管,而且肖特基整流器

7、具有極短的反向恢復(fù)時(shí)間,約為10ns,而Si pin二極管的反向恢復(fù)時(shí)間約為250ns。GaN 已成為第三代半導(dǎo)體材料的曙光,尤其是進(jìn)入90年代以后, GaN 基器件的發(fā)展十分迅速。1991年,研制成功摻Mg的GaN 同質(zhì)結(jié)藍(lán)光LEDs, 1993年將藍(lán)光發(fā)光亮度提高到1cd, 1995年達(dá)到2cd,并于同年實(shí)現(xiàn)綠光LEDs的商品化,其亮度達(dá)到6cd。1998年APA光學(xué)公司推出世界上第一個(gè)商品化的GaN基UV 探測(cè)器系列,同傳統(tǒng)的Si探測(cè)器相比, GaN 探測(cè)器在可見(jiàn)光范圍內(nèi)的工作要有效得多,而且可以在300的高溫環(huán)境中工作。2、 半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)顧問(wèn)許居衍院士預(yù)測(cè)21

8、世紀(jì)徽電子技術(shù)的具體發(fā)展趨勢(shì)主要有以下三個(gè)方面:·不斷增長(zhǎng)高密度嵌人設(shè)計(jì)水平；·不斷擴(kuò)展跨學(xué)科橫向應(yīng)用；·最終進(jìn)人技術(shù)平臺(tái)期, 等待新的突破。（1）我國(guó)半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展 我國(guó)半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的總體水平還處于幼年期，產(chǎn)業(yè)鏈不配套、不完善，如制造與設(shè)計(jì)、封裝測(cè)試產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平不平衡，規(guī)模相互不平衡等矛盾突出；技術(shù)水準(zhǔn)低，如制造業(yè)70 以上的公司還停留在0.35微米及以上的制程工藝，設(shè)計(jì)業(yè)規(guī)模小、產(chǎn)值小，封裝測(cè)試還是低水平；研發(fā)能力差，缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)；政策配套，市場(chǎng)化管理等方面也暴露出不少問(wèn)題。 據(jù)當(dāng)年參加半導(dǎo)體硅片科研攻關(guān)的有研硅股公司秦福教授介紹，到目前為止，我國(guó)還不

9、能大批量生產(chǎn)8 英寸硅片，6 英寸硅片的生產(chǎn)尚未普及，而小直徑硅片在質(zhì)量，特別是產(chǎn)品的穩(wěn)定性方面與國(guó)外還有較大的差距。我國(guó)硅片的總體水平大約相于國(guó)外上世紀(jì)90年代初的水平，產(chǎn)量約占全球總產(chǎn)量的1% 。這與我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)在世界市場(chǎng)上所占的比例很不相稱(chēng)。以龍芯1 號(hào)，神威1 號(hào)，方舟1、2 號(hào)為代表的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的C P U “中國(guó)芯”的研制成功打破國(guó)外的壟斷，有了一個(gè)良好開(kāi)端，有人認(rèn)為“產(chǎn)業(yè)化的難度，遠(yuǎn)比研制國(guó)產(chǎn)C P U 的過(guò)程難！”復(fù)旦微電子公司市場(chǎng)部負(fù)責(zé)人并不掩飾“神威一號(hào)”出生后的苦惱。與“神威一號(hào)”一樣，北京的“龍芯一號(hào)”也正在尋找產(chǎn)業(yè)化突破。 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)包括三大產(chǎn)業(yè)群：I C 設(shè)計(jì)

10、公司（Fabless）、加工廠（Foundry）和封裝測(cè)試廠。其中IC 設(shè)計(jì)以人為主，是腦力密集型的產(chǎn)業(yè)；加工廠是資金、技術(shù)密集、高進(jìn)入障礙的產(chǎn)業(yè)；下游的封裝測(cè)試廠相比之下是中等投資密集和風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)業(yè)。而我國(guó)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)大都集中在中、下游的芯片制造階段。國(guó)內(nèi)在集成電路生產(chǎn)方面差距不僅在工藝技術(shù)水平上，還在于難于獲得規(guī)模經(jīng)濟(jì)帶來(lái)的成本優(yōu)勢(shì)，以及缺乏大生產(chǎn)所需的管理能力和經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于國(guó)際流行的晶圓代工（Foundry）這種商業(yè)模式，國(guó)內(nèi)集成電路制造業(yè)所擁有的運(yùn)作經(jīng)驗(yàn)就更少了。我國(guó)在“十五”期間仍將大規(guī)模硅生產(chǎn)線的建設(shè)列為半導(dǎo)體業(yè)發(fā)展的重要內(nèi)容，具體目標(biāo)如下：建設(shè)34 條6 英寸生產(chǎn)線，擴(kuò)大市場(chǎng)試銷(xiāo)對(duì)路

11、產(chǎn)品的生產(chǎn)能力；建設(shè)45 條8 英寸芯片生產(chǎn)線，形成0.350.18 微米技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)加工能力；建設(shè)12 條12 英寸芯片生產(chǎn)線，形成0.180.13微米技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)能力。（2）國(guó)際半導(dǎo)體的發(fā)展 IBM半導(dǎo)體研發(fā)中心技術(shù)開(kāi)發(fā)副總裁Percy Gilbert 2月8日在“世界半導(dǎo)體東京峰會(huì)2012”發(fā)表了演講，他說(shuō)，半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步為社會(huì)帶來(lái)了互聯(lián)網(wǎng)的普及等變革，今后還要繼續(xù)推進(jìn)該技術(shù)的發(fā)展。不過(guò)，除了傳統(tǒng)技術(shù)之外，器件、制造及材料的技術(shù)革新變得不可或缺。同時(shí)，業(yè)務(wù)模式也要革新，IBM作為研發(fā)型半導(dǎo)體公司稱(chēng)“合作”尤其重要，IBM的“共生系統(tǒng)”戰(zhàn)略不僅要聯(lián)手半導(dǎo)體廠商，還要與設(shè)備廠商、裝置及

12、材料廠商合作，由此來(lái)分擔(dān)研發(fā)投資。臺(tái)積電代表也在會(huì)上表示，邏輯電路尖端工藝的發(fā)展將繼續(xù)受到市場(chǎng)歡迎。公司現(xiàn)行28nm工藝，計(jì)劃2012年下半年將使20nm工藝量產(chǎn)化，2014年則將推進(jìn)到14nm工藝量產(chǎn)化。同時(shí)，對(duì)“更摩爾”(More Moore)微細(xì)化以外追求差異化的“超摩爾”(More thanMoore)的量產(chǎn)器件，也將推進(jìn)微細(xì)化以降低成本。SIA(美國(guó)半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì))于去年底在韓國(guó)首次公布了2011ITRS(2011年國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展路線圖)，對(duì)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和制造技術(shù)到2026年的發(fā)展作了預(yù)測(cè)。SIA總裁Brian Toohey說(shuō)，路線圖的宗旨之一是遵循摩爾定律的發(fā)展速度，不斷縮小工藝

13、尺寸、提高性能以滿足消費(fèi)者的需求。ITRS特別指出，DRAM將加速發(fā)展以因應(yīng)高端服務(wù)器、臺(tái)式游戲機(jī)復(fù)雜圖形的進(jìn)步。廣泛用于數(shù)碼相機(jī)、平板電腦和手機(jī)的Flash閃存近幾年內(nèi)也將快速發(fā)展，2016年將出現(xiàn)3D架構(gòu)產(chǎn)品。此外，也詳細(xì)介紹了連接器、開(kāi)關(guān)、有關(guān)器件、材料以及射頻和模擬混合信號(hào)技術(shù)的未來(lái)革新。3、 半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)（1）高投入、高技術(shù)、技術(shù)更新周期短 如硅材料工業(yè)，是一個(gè)資金、技術(shù)密集、支撐能力強(qiáng)而自身效益不甚高的產(chǎn)業(yè)。對(duì)此上海晶華的技術(shù)顧問(wèn)李積和教授指出它目前呈現(xiàn)出，硅片生產(chǎn)廠商所承受的價(jià)格壓力大，硅片工業(yè)在生產(chǎn)與市場(chǎng)方面已經(jīng)形成壟斷以及IC用主流硅片制造正從8英寸向12 英寸過(guò)渡等

14、幾大特點(diǎn)。半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展速度快，按照摩爾定律的規(guī)律，技術(shù)更新迅速， “一代產(chǎn)品，一代設(shè)備，一代工藝，一代材料”節(jié)奏加快，往往形成一代技術(shù)剛開(kāi)始普及就有新一代產(chǎn)品誕生，新一代技術(shù)更新舊技術(shù)被淘汰，特別是舊設(shè)備的巨額投資還未收回，就變成一堆廢鐵。（ 2 ） 綜合性強(qiáng) 半導(dǎo)體技術(shù)涉及到基礎(chǔ)學(xué)科到技術(shù)層次的廣泛領(lǐng)域，不僅前道微細(xì)加工技術(shù)是核心技術(shù)，就是其周邊的支撐技術(shù)包括超凈，超純，超微細(xì)，超精度等內(nèi)容亦涉及到廣泛的技術(shù)領(lǐng)域，而且就技術(shù)層面上也是互相交錯(cuò)、互相倚賴(lài)的。隨著現(xiàn)代微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種光電子器件的微型化，對(duì)材料的納米化要求愈加強(qiáng)烈，納米材料學(xué)必將成為最活躍的學(xué)科之一。前端制造進(jìn)入12

15、吋晶圓0.13微米以下制程，強(qiáng)調(diào)高傳輸速率、低功率、高腳數(shù)時(shí)，傳統(tǒng)封裝與測(cè)試技術(shù)，都必須分別往不同的領(lǐng)域突破，需要不同的技術(shù)，因?yàn)榫w管數(shù)目越多，I O 的腳數(shù)越多，傳輸速度越快，封裝走向覆晶（Flip Chip；F C ）、系統(tǒng)封裝（S I P ），測(cè)試則是朝向系統(tǒng)芯片（S o C ）測(cè)試、晶圓級(jí)測(cè)試。由于芯片傳輸速率越快，測(cè)試設(shè)備的等級(jí)就要越高，單位時(shí)間所花的測(cè)試成本就越高，使得測(cè)試成本居高不下，在封裝與測(cè)試分別在降低成本上接受不同的考驗(yàn)，過(guò)去不被重視的后段封裝與測(cè)試，目前反而成為半導(dǎo)體制程技術(shù)發(fā)展的瓶頸。測(cè)試不再是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈最末端，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)必須將測(cè)試部分移至與IC 設(shè)計(jì)端同步，I

16、C 在設(shè)計(jì)階段就必須把測(cè)試問(wèn)題考慮在內(nèi)，由此，就產(chǎn)生了可測(cè)試化設(shè)計(jì)（Design For Test，DFT）內(nèi)建自我測(cè)試（Build in Self-test，BIST）來(lái)輔助測(cè)試作業(yè)。DFT BIST 的功能就是在IC 設(shè)計(jì)端將測(cè)試問(wèn)題考慮進(jìn)去，才能解決IC 制作完成后的測(cè)試驗(yàn)證，顯示測(cè)試在SoC 的時(shí)代，不是傳統(tǒng)制造為導(dǎo)向單純簡(jiǎn)單的測(cè)試而已，測(cè)試含有豐富的知識(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)。（ 3 ）高集成、重復(fù)使用 大規(guī)模硅晶圓生產(chǎn)線的數(shù)量和質(zhì)量，是當(dāng)今衡量一個(gè)國(guó)家或地區(qū)半導(dǎo)體業(yè)發(fā)展水平高低的重要指標(biāo)。盡管目前業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，fabless（無(wú)生產(chǎn)線）公司的興起業(yè)已成為推動(dòng)半導(dǎo)體業(yè)發(fā)展的強(qiáng)勁動(dòng)力，但我們?nèi)匀徊?/p>

17、能否認(rèn)大規(guī)模生產(chǎn)線的建設(shè)對(duì)一個(gè)國(guó)家或地區(qū)半導(dǎo)體業(yè)整體素質(zhì)的提升有不可替代的作用。許居衍院士認(rèn)為，高密度嵌入設(shè)計(jì)是IC設(shè)計(jì)的追求，“在盡可能小的空間、集成盡可能大規(guī)模功能”的理想是微電子技術(shù)無(wú)止境的追逐目標(biāo)，由此帶動(dòng)了設(shè)計(jì)、測(cè)試、封裝的進(jìn)步，并在工藝協(xié)同下，促進(jìn)了設(shè)備、材料、甚至工廠模式的變遷。他說(shuō)，從晶體管到IC 的轉(zhuǎn)變是個(gè)觀念上的突破，把電子系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上，把IC 的單純硬件設(shè)計(jì)提升到電子系統(tǒng)的軟件與硬件合理分配的決策上來(lái)的IS，是觀念上又一個(gè)突破。IS 不僅是微電子技術(shù)的下一個(gè)發(fā)展熱點(diǎn)，而且還推動(dòng)著上述一系列相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，又是微電子技術(shù)的下一個(gè)發(fā)展重點(diǎn)。4、 半導(dǎo)體器件的發(fā)展 隨著

18、信息社會(huì)的不斷發(fā)展, 單一功能的材料與器件越來(lái)越難以滿足應(yīng)用領(lǐng)域的各種需求, 因此一批具有半導(dǎo)體特性的有機(jī)功能材料如塑料和高分子聚合物等陸續(xù)被開(kāi)發(fā)出來(lái), 并且正在嘗試應(yīng)用于由Si 和GaAs 等傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料所占領(lǐng)的領(lǐng)域。有機(jī)半導(dǎo)體材料具有原料易得、廉價(jià)、重量輕、制備工藝簡(jiǎn)單、環(huán)境穩(wěn)定性好以及可制作成大面積柔性器件等優(yōu)點(diǎn) 。而且這類(lèi)器件即使報(bào)廢了也可以回收再利用, 非常符合當(dāng)前大力倡導(dǎo)的節(jié)能環(huán)保理念 。長(zhǎng)久以來(lái)人們普遍認(rèn)為有機(jī)物是不導(dǎo)電的, 因此被廣泛用作絕緣材料, 直到20 世紀(jì)70 年代, 美國(guó)物理學(xué)家A1 J1Heeger、化學(xué)家M1MacDiarmid和日本化學(xué)家H1 Shirakaw

19、 a 共同發(fā)現(xiàn)對(duì)聚乙炔分子進(jìn)行摻雜可以使其變成良導(dǎo)體, 從而拉開(kāi)了有機(jī)半導(dǎo)體技術(shù)研究的序幕, 這三位科學(xué)家憑借該項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)成為2000 年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主 。 自上世紀(jì)80 年代以來(lái), 有機(jī)半導(dǎo)體研究領(lǐng)域云集了眾多世界知名公司、大學(xué)與研究機(jī)構(gòu), 如美國(guó)的IBM、柯達(dá)、通用顯示公司、固態(tài)顯示實(shí)驗(yàn)室、普林斯頓大學(xué)、英國(guó)劍橋大學(xué)、日本索尼公司、NEC 公司、豐田公司、韓國(guó)三星和LG 以及印度科學(xué)院等 , 不斷開(kāi)發(fā)出能改善有機(jī)半導(dǎo)體特性和穩(wěn)定性的新材料和制造技術(shù), 而新材料和新技術(shù)的應(yīng)用又極大地促進(jìn)了有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管( OFET) 、有機(jī)發(fā)光二極管( OLED) 和有機(jī)光伏電池( OPC) 以及有機(jī)傳

20、感器等有機(jī)電子器件和有機(jī)光電子器件性能的提高。當(dāng)前有機(jī)半導(dǎo)體器件的應(yīng)用正在不斷擴(kuò)大, 市場(chǎng)份額也在逐年增長(zhǎng)。在學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的共同努力下, 有機(jī)半導(dǎo)體材料與技術(shù)研究不斷取得新的進(jìn)展, 這一領(lǐng)域已成為一個(gè)匯集了物理、化學(xué)與材料科學(xué)等學(xué)科的多學(xué)科交叉研究領(lǐng)域, 工藝技術(shù)不斷取得新的突破, 預(yù)示著有機(jī)半導(dǎo)體革命的到來(lái) 。一些業(yè)內(nèi)專(zhuān)家認(rèn)為, 用有機(jī)半導(dǎo)體材料開(kāi)發(fā)出各種新型導(dǎo)電聚合物器件的研究正在改變著高技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向。當(dāng)前, 采用有機(jī)半導(dǎo)體已可制作各種類(lèi)型的有源器件和無(wú)源器件, 如晶體管、二極管、OLED、傳感器、存儲(chǔ)器、顯示器、電池、電阻、電容、電感和天線等。下面簡(jiǎn)要介紹幾種典型有機(jī)半導(dǎo)體器件的

21、研究與應(yīng)用現(xiàn)狀。（1）有機(jī)太陽(yáng)池傳統(tǒng)的太陽(yáng)電池是化合物薄膜太陽(yáng)電池，而新型的太陽(yáng)電池要采用新型的技術(shù)，有機(jī)太陽(yáng)電池將作為一種新型產(chǎn)物擺在大家的面前，有機(jī)太陽(yáng)電池的生產(chǎn)流程很簡(jiǎn)單，而且可以通過(guò)講解來(lái)減少對(duì)環(huán)境的污染，由于這些優(yōu)點(diǎn)符合當(dāng)代社會(huì)的需要，所以有機(jī)太陽(yáng)電池越來(lái)越受到大家的關(guān)注。如此廉價(jià)的太陽(yáng)電池會(huì)讓世界的能源發(fā)生巨大的改變。有機(jī)太陽(yáng)電池比傳統(tǒng)的電池更薄，重量更輕，受光面積在不斷增加，所以可以大大提高光電的使用效率，在電腦等小型設(shè)備當(dāng)中可以當(dāng)作電源來(lái)用。可以使用有機(jī)太陽(yáng)電池作為OLED 屏幕的電源，可以大大減少重量。雖然太陽(yáng)電池很薄、很輕，也很有柔性，但是它的效率不高，而且壽命也比較短，通

22、過(guò)研究，改變太陽(yáng)電池的缺點(diǎn)，使得效率達(dá)到10%，壽命也可以超過(guò)5 年。（2）有機(jī)半導(dǎo)體晶體管 有機(jī)半導(dǎo)體材料的晶體管是有機(jī)電子器件當(dāng)中很重要的一種器件，比如OFET。當(dāng)前OFET 的技術(shù)主要有聚合物、小分子蒸發(fā)或者是小分子溶液鑄模等等。OFET 的優(yōu)點(diǎn)是成本低、柔性大等等，有很好的發(fā)展前景。OFET 的發(fā)展很迅速，無(wú)論是材料還是制備工藝方面都有了突破，它可以使OLED 發(fā)光，形成邏輯電路，發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管以及單晶場(chǎng)效應(yīng)晶體管等等器件都已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)。世界各個(gè)國(guó)家都在研究有機(jī)半導(dǎo)體晶體管，2009 年，日本的專(zhuān)家使用液相外延工藝生產(chǎn)了并五苯單晶，幾乎是沒(méi)有任何缺陷的，之后使用這種單晶制成了OFET

23、，場(chǎng)效應(yīng)的遷移率可以得到0.6cm2/（V.s）。2010 年法國(guó)研究人員研究出一種能夠模仿神經(jīng)元突觸功能的有機(jī)存儲(chǔ)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，有機(jī)半導(dǎo)體晶體管會(huì)有希望成為新一代集成電子器件。（3）OLED 技術(shù)與LCD 技術(shù)比較，OLED 不僅可以做到折疊和隨身攜帶，還具有更好的可適度、更好的圖像質(zhì)量以及更薄的顯示器。現(xiàn)在OLED 已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用到手機(jī)、以及數(shù)碼相機(jī)等小型設(shè)備當(dāng)中。當(dāng)前在OLED 顯示器開(kāi)發(fā)的市場(chǎng)當(dāng)中占有很大優(yōu)勢(shì)的企業(yè)有三星、LG以及柯達(dá)等等。2010 年初，三星展出了OLED 筆記本電腦，還推出了帶有OLED 平面的MP3 播放器。預(yù)計(jì)未來(lái)五年智能手機(jī)會(huì)促使OLED 顯示器呈現(xiàn)出快速發(fā)展的

24、勢(shì)頭。隨著OLED 技術(shù)的快速發(fā)展，未來(lái)很可能會(huì)應(yīng)用到顯示器、照明當(dāng)中。由于OLED 的刷新速率很高，這使得視頻圖像更加逼真，還可以隨時(shí)進(jìn)行圖像的更新。未來(lái)的報(bào)紙也有可能成為OLED 顯示器，能夠更新新聞，還能夠卷起來(lái)。有機(jī)半導(dǎo)體技術(shù)已經(jīng)在很多領(lǐng)域都占有自己的重要位置，很多企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始開(kāi)發(fā)半導(dǎo)體技術(shù)的產(chǎn)品。使用OLED技術(shù)的玻璃窗在電源關(guān)閉的時(shí)候和普通的玻璃沒(méi)區(qū)別，但是在接通電源之后就會(huì)變成顯示器。使用OLED 技術(shù)的汽車(chē)擋風(fēng)玻璃也不僅僅是擋風(fēng)，還能夠提供其它的幫助。有機(jī)半導(dǎo)體材料作為一種新型材料，經(jīng)過(guò)不斷開(kāi)發(fā)和研究，已經(jīng)進(jìn)入商品化的階段，并且會(huì)有很好的發(fā)展。有機(jī)半導(dǎo)體器件成本低，操作流程簡(jiǎn)單

25、，而且功耗小，這是很多無(wú)機(jī)半導(dǎo)體器件沒(méi)有的特點(diǎn)，所以有機(jī)半導(dǎo)體器件有很大的發(fā)展。但是有機(jī)半導(dǎo)體器件在壽命已經(jīng)性能方面還需要改進(jìn)。喲及半導(dǎo)體器件的速度比較慢，這使得它取代傳統(tǒng)的半導(dǎo)體的可能性不大，所以在這方面需要解決，但是有機(jī)半導(dǎo)體更加經(jīng)濟(jì)，成本更低，值得推廣。（4）射頻識(shí)別標(biāo)簽、有機(jī)傳感器及集成智能系統(tǒng) 除有機(jī)太陽(yáng)電池、OLED 顯示和照明應(yīng)用外,射頻識(shí)別( RFID) 標(biāo)簽、大面積傳感器及集成智能系統(tǒng)的研究也有較大進(jìn)展。RFID 被稱(chēng)為本世紀(jì)的十大技術(shù)之一, RFID商品標(biāo)簽也被認(rèn)為是今后全球商品交易及物流中采用最廣的技術(shù)之一。如果每個(gè)標(biāo)簽的價(jià)格以5 美分計(jì)算, RFID 標(biāo)簽的潛在市場(chǎng)規(guī)模

26、可能達(dá)到每年數(shù)十億至數(shù)百億美元。但現(xiàn)有RFID 標(biāo)簽的高成本一直制約著這項(xiàng)技術(shù)的普及和發(fā)展, 低成本有機(jī)RFID 標(biāo)簽技術(shù)的研究和發(fā)展有望解決這一問(wèn)題。據(jù)估計(jì), 有機(jī)RFID 標(biāo)簽的成本有望降至01 0101 02 美元, 甚至更低。作為一個(gè)低成本的選擇方案, 有機(jī)RFID 將在世界范圍內(nèi)開(kāi)辟一個(gè)新市場(chǎng),與Si 片RFID 技術(shù)相互補(bǔ)充來(lái)滿足市場(chǎng)的需求 。世界各國(guó)都認(rèn)為有機(jī)RFID 市場(chǎng)潛力巨大, 至于技術(shù)的發(fā)展, 目前全球都還處于探索階段, 但對(duì)其發(fā)展前景普遍看好, 多個(gè)國(guó)家和地區(qū)科的科研機(jī)構(gòu)都紛紛加大研發(fā)力度, 如Or ganicID, IBM, Poly IC和IMEC 等。近年來(lái), 微

27、芯片上的傳感系統(tǒng)也引起了較為廣泛的關(guān)注, 催生了/ 芯片實(shí)驗(yàn)室0 這一新的概念。具有/ 芯片實(shí)驗(yàn)室0 這一特征的器件是一些集成度較高的小型傳感器系統(tǒng), 這類(lèi)系統(tǒng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括醫(yī)療和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。通常這些領(lǐng)域使用的監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)都十分復(fù)雜, 且價(jià)格很高。采用/ 芯片實(shí)驗(yàn)室0 平臺(tái)可以將分析用的所有元器件制作在一個(gè)完整的集成系統(tǒng)中來(lái)簡(jiǎn)化系統(tǒng)、降低成本。這些微系統(tǒng)可采用的襯底材料范圍很廣, 包括聚二甲基硅氧烷( PDMS ) 、聚甲基丙烯酸甲酯( PMMA) 及其他塑料等。許多不同類(lèi)型的有機(jī)傳感器系統(tǒng)已經(jīng)問(wèn)世, 如集成化學(xué)、溫度和壓力傳感器、電子鼻、電子舌、光掃描儀以及盲人專(zhuān)用的電子布萊葉傳感器

28、等。集成智能系統(tǒng)( ISS) 可以將多種完全不同的功能集成在一塊芯片上, 從而開(kāi)辟了許多全新的價(jià)值領(lǐng)域。ISS 的應(yīng)用領(lǐng)域包括診斷系統(tǒng)、大面積傳感器、智能光源與光系統(tǒng)和智能包裝等。歐洲、日本和美國(guó)在這一領(lǐng)域的科研水平比較領(lǐng)先,但以中國(guó)為代表的一些亞洲國(guó)家也具有一定的優(yōu)勢(shì)。（5） 寬禁帶半導(dǎo)體 寬禁帶半導(dǎo)體設(shè)備技術(shù)是寬禁帶半導(dǎo)體器件發(fā)展的技術(shù)支撐和重要基礎(chǔ)。對(duì)SiC、GaN、AlN 等寬禁帶晶體材料而言，要求研制的晶體生長(zhǎng)爐滿足寬禁帶晶體材料大尺寸、低缺陷、低成本的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)，寬禁帶材料制備新工藝的發(fā)展也帶動(dòng)了晶體生長(zhǎng)設(shè)備的技術(shù)創(chuàng)新，如用于氮化物寬禁帶材料制備的HVPE 設(shè)備、氨熱法合成

29、設(shè)備、鈉鹽LPE 設(shè)備等。對(duì)寬禁帶器件制造而言，要求研制的外延設(shè)備、MOCVD 設(shè)備滿足襯底材料大尺寸，外延層低缺陷、高均勻性、高一致性，低成本的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)，寬禁帶器件制造還要求離子注入特殊工藝，滿足碳化硅等材料的選擇性摻雜、歐姆接觸等，最終實(shí)現(xiàn)寬禁帶器件的高性能、低成本。目前，寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)理論體系日臻完善，寬禁帶半導(dǎo)體材料日趨成熟，寬禁帶半導(dǎo)體器件也已取得突破，為寬禁帶半導(dǎo)體設(shè)備技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了巨大機(jī)遇。隨著技術(shù)的進(jìn)步。寬禁帶半導(dǎo)體器件在軍工電子、電力電子、半導(dǎo)體照明等應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒀杆贁U(kuò)大，具有巨大的市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿ΑＮ覀儽仨毧茖W(xué)分析、冷靜面對(duì)寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)帶來(lái)的歷史機(jī)遇，制訂科學(xué)的發(fā)展規(guī)劃，加大寬禁帶半導(dǎo)體設(shè)備技術(shù)的投入力度，抓住寬禁帶半導(dǎo)體發(fā)展的新機(jī)遇。5、 結(jié)束語(yǔ) 半導(dǎo)體技術(shù)已經(jīng)歷了巨大的發(fā)展, 成為發(fā)展最快的技術(shù)。它對(duì)人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展產(chǎn)生了深刻影響。新行優(yōu)惠政策的同時(shí), 還將完善我國(guó)現(xiàn)行科技法律、法規(guī)與獎(jiǎng)勵(lì)辦法, 努力提高我國(guó)高新技術(shù)專(zhuān)家、發(fā)明家和實(shí)踐革新家的地位和聲望。通過(guò)國(guó)家政