1、精選優質文檔-傾情為你奉上半導體材料的應用學院：物理學院學號：姓名：艾尼瓦爾江·吐爾遜導師: 李興華半導體材料的應用1. 介紹半導體材料是是一類具有半導體性能（導電能力介于導體與絕緣體之間，電阻率約在1m·cm1G·cm范圍內）、可用來制作半導體器件和集成電路的電子材料。反映半導體內在基本性質的卻是各種外界因素如、等作用于半導體而引起的物理效應和現象，這些可統稱為半導體材料的半導體性質。半導體材料可按化學組成來分，再將結構與性能比較特殊的與液態半導體單獨列為一類。按照這樣分類方法可將半導體材料分為元素半導體、半導體、半導體和非晶態與液態半導體。新型有機半導體材料，

2、其結構穩定，擁有卓越的電學特性，而且成本低廉，可被用于制造現代電子設備中廣泛使用的場效應晶體管。有機半導體是一種塑料材料，其擁有的特殊結構讓其具有導電性。2.半導體材料的地位上世紀中葉，單晶硅和半導體晶體管的發明及其硅集成電路的研制成功，導致了革命；上世紀70年代初石英光導纖維材料和GaAs激光器的發明，促進了光纖通信技術迅速發展并逐步形成了高新技術產業，使人類進入了信息。超晶格概念的提出及其半導體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設計思想，使半導體器件的設計與制造從“雜質工程”發展到“能帶工程”。納米技術的發展和應用，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、強大的新型器件與電路，必將深刻影響世界的、格局和軍事對抗的形式，徹底改變人們的生活方式。3. 發展歷程第一代半導體是“元素半導體”，典型如硅基和鍺基半導體。其中以硅基半導體技術較成熟，應用也較廣，一般用硅基半導體來代替元素半導體的名稱。硅基半導體器件的頻率只能做到10GHz。第二代半導體材料是化合物半導體。化合物半導體是以砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）和氮化鎵(GaN)等為代表，其中以砷化鎵技術較成熟，應用也較廣。化合物半導體不同於硅半導體的性質主要有二: 一是化合物半導體的電子遷移率較硅半導體快許多，因此適用于高頻傳輸，在無線電通訊如手機、基地臺、無線區域網絡、衛星通訊、衛星定位等皆有

4、應用；二是化合物半導體具有直接帶隙，這是和硅半導體所不同的，因此化合物半導體可適用發光領域。目前化合物半導體器件工作頻率已經達到100GHz。當前化合物半導體產業的發展主要體現在半導體照明技術、汽車光電子市場、新一代光纖通信技術、軍用光電子等。4. 半導體材料的產業現狀1. 多晶硅多晶硅是制備單晶硅和太陽能電池的原料，主要生產方法為改良西門子法。全球多晶硅市場供大于求，隨著半導體市場的恢復和太陽能用多晶硅的增長，多晶硅供需將逐步平衡。我國多晶硅嚴重短缺。我國多晶硅工業起步于50年代，60年代實現工業化生產。由于技術水平低、生產規模太小、環境污染嚴重、生產成本高，目前只剩下峨嵋半導體材料廠和洛陽

5、單晶硅廠2個廠家生產多晶硅。2001年生產量為80t7，僅占世界產量的0.4%，與當今信息產業的高速發展和多晶硅的市場需求急劇增加極不協調。我國這種多晶硅供不應求的局面還將持續下去。2. 單晶硅生產單晶硅的工藝主要采用直拉法(CZ)、磁場直拉法(MCZ)、區熔法(FZ)以及雙坩鍋拉晶法。硅晶片屬于資金密集型和技術密集型行業，在國際市場上產業相對成熟，市場進入平穩發展期。集成電路高集成度、微型化和低成本的要求對半導體單晶材料的電阻率均勻性、金屬雜質含量、微缺陷、晶片平整度、表面潔凈度等提出了更加苛刻的要求，晶片大尺寸和高質量成為必然趨勢。我國單晶硅技術及產業與國外差距很大，國內供給明顯不足，基本

6、依賴進口，我國硅晶片的技術差距和結構不合理可見一斑。在現有形勢和優勢面前發展我國的硅單晶和IC技術面臨著巨大的機遇和挑戰。3. 砷化鎵材料用于大量生產砷化鎵晶體的方法是傳統的LEC法(液封直拉法)和HB法(水平舟生產法)。移動電話用電子器件和光電器件市場快速增長的要求，使全球砷化鎵晶片市場以30%的年增長率迅速形成數十億美元的大市場，預計未來20年砷化鎵市場都具有高增長性。雖然我國是砷和鎵的資源大國，但僅能生產品位較低的砷、鎵材料(6N以下純度)，主要用于生產光電子器件。集成電路用砷化鎵材料的砷和鎵原料要求達7N，基本靠進口解決。我國應重視具有獨立知識產權的技術和產品開發，發展我國的砷化鎵產業

7、。4. 氮化鎵材料GaN半導體材料的商業應用研究始于1970年，其在高頻和高溫條件下能夠激發藍光的特性一開始就吸引了半導體開發人員的極大興趣。但GaN的生長技術和器件制造工藝直到近幾年才取得了商業應用的實質進步和突破。由于GaN半導體器件在光電子器件和光子器件領域廣闊的應用前景，其廣泛應用預示著光電信息乃至光子信息時代的來臨。因GaN材料尚處于產業初期，我國與世界先進水平差距相對較小。中科院半導體所自主開發的GaN激光器2英寸外延片生產設備，打破了國外關鍵設備部件的封鎖。我國應對大尺寸GaN生長技術、器件及設備繼續研究，爭取在GaN等第三代半導體產業中占據一定市場份額和地位。5.半導體材料的應

8、用隨著電子學向光電子學、光子學邁進，微電子材料在未來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展。半導體微電子材料由單片集成向系統集成發展。 微電子技術發展的主要途徑是通過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，由單片集成向系統集成發展。半導體材料在微波器件上用于場效應管、體效應晶體管、硅雪崩二極管、電調變容二極管等。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，當漂移載流子的飽和速度大于聲學波時，就可以通過壓電效應使聲學波放大。在傳感器上利用某種變換功能，將被測物理量變換為可測定量的器件。6. 結語本世紀以來，以數字化通信、數字化交換、數字化處理技術為主的數字化生活正在向我們招手，一步步地向我們走來清晨，MP3音箱播放出悅耳的晨曲，催我們按時起床；上班途中，打開隨身攜帶的筆記本電腦，進行新一天的工作安排；上班以后，通過互聯網召開網絡會議、開展遠程教學和實時辦公；在下班之前，我們遠程啟動家里的空調和濕度調節器，保證家中室溫適宜；下班途中，打開手機，悠然自在觀看精彩的影視節目；進家門前，我們接收網上訂購的貨物；回到家中，和有線電視臺進行互動，觀看和下載喜歡的影視節目和歌曲，制作多