III族氮化物半導體研究進展綜述報告目錄TOC\o"1-2"\h\u25340摘要 1299531引言 130802III族氮化物材料簡介 2128993III族氮化物半導體的研究現狀 3176463.1在紫外光電器件領域的研究 3257693.2在半導體照明領域的應用研究 317493.3在電力電子器件領域的研究 3178934我國進一步發展III族氮化物半導體的對策建議 4232734.1明確重點研究方向 472814.2加強產學結合的基礎研究 4124304.3加強行業聯盟化建設 568584.4加強對產業發展的資金投入 557085結論 511088參考文獻 7摘要隨著材料技術的不斷發展，以III族氮化物為代表的第三代半導體村料在越來越多的領域有了應用，例如半導體照明、高速移動通信等諸多領域的研究有了越來越多的突破。另外，以III族氮化物為代表的第三代半導體和其它領域的交叉學科也愈發給研究者們帶來了更多的驚喜。目前發展地如火如荼的新能源產業和科技電器，乃至當前的國防軍工等領域，都能夠見到越來越多的III族氮化物半導體的身影。但整體上我國對于III族氮化物半導體的研究起步相對較晚，發展速度較慢。本文正是在這樣的背景下，通過對III族氮化物第三代半導體材料發展的分析梳理，提出相關的發展對策和建議，以期對我國的半導體產業發展有所裨益。關鍵詞：III族氮化物；半導體；科技；發展1引言半導體材料的不斷發展及其應用，對我們的日常生方式產生了不可估量的影響。以硅、鉻為代表的第一代半導體材料的開發以及實用使得我們打開了半導體的大門，尤其是在計算機產業的發展過程中使得集成電路得以大規模的應用和發展。但隨著現代社會對于半導體材料性能的要求越來越高，從而引發了以GaAs以及InP為代表的第二代半導體開始逐漸凸顯其作為半導體的性能優勢，在新世紀前后引發了又一次的電子工業革命，隨著相關技術的成熟人類開始進入了光纖通信以及高速寬帶下的大數據信息化時代。但隨著智能時代的不斷發展，尤其是現代科技對于半導體材料性能有了越發高的要求，由氮化鋁、氮化鎵等所代表的第三代半導體材料開始逐漸從實驗室走向市場化的實踐過程，而其在市場化過程中也越發顯現其廣闊的未來發展前景。從它們所顯現出的物流和化學特征來看，第三代半導體都是直接帶隙半導體，能連續調節0.7-6.2eV帶隙，同時它們都具有穩定的化學結構、抗輻射和耐腐蝕等等優良的物理和化學性能。這些材料已經在實踐中證明是發展光電器件的非常合適的新型材料。可以預見的是，III族氮化物半導體在未來有著不可限量的發展前景。2III族氮化物材料簡介Ⅲ族氮化物，主要包括BN、AN、GaN、InN、AlGaN、GanN、AlnN和AlGaInN等，經過對這些物質的物理和化學實驗證明，它們都是寬帶隙材料，其寬帶隙能夠覆蓋的光波段較廣，除了一般地能夠覆蓋可見光波段之外，這些特殊III族氮化物還能覆蓋很少見到的紫外光譜。氮化物晶格普遍存在兩種結構，一種是六方對稱纖鋅礦結構，另一種是立方對稱閃鋅礦結構。如今對于III族氮化物材料的研究大多是針對兩種結構的進行研究，尤其是咋廣電領域的應用上已經取得了較大的突破.專家們通過研究發現，六方對稱纖鋅礦結構和立方對稱閃鋅礦結構在原子層面上的堆積方式存在著較大的差異，因此導致兩者性質的呈現截然不同，有很多性能表現可以說明這一點，例如，閃鋅礦的對稱性較好，但相對不穩定，而纖鋅礦的情況則與閃鋅礦所表現出的性質正好相反.氮化物這一廣泛的能帶特性，可大大地吸收太陽光中的光子，利用此材料特性制造的太陽能電池，可大大地提高光吸收效率，從而提高光能產業的發電效率。與此同時，III族氮化物材料也常常用作在二極管、化學傳感器、晶體管等電子器件等高精度的零件的制作上，推動了半導體材料及其合金材料在信息通訊以及廣電領域的廣泛應用。隨著III族氮化物材料在市場發展過程中應用的越來越成熟，相對于以往的第一代和第二代電子材料，III族氮化物材料的市場發展顯示出巨大的應用潛力，成為新世紀優秀材料體系的重要組成部分，如今也愈發受到了各國企業和科研機構的重視，成為當前重要領域光電器件制備的熱點材料。3III族氮化物半導體的研究現狀3.1在紫外光電器件領域的研究在紫外光電領域中最為重要的材料研究便是AlGaN。但是由于國內對AlGaN材料生長和器件的研究起步較晚，盡管在這方面也有一些突破，但是從總體上來看，在技術水平上上仍落后于西方發達國家，例如美國和日本在AlGaN方面的研究則較為成熟。對于III族氮化物半導體在紫外光電器件領域的研究，中國科學院半導體所、清華大學、廈門大學等相關的科研高校均進行了大量的基礎性研究。就AlGaN基外探測器而言，國內的華中科技大學和北京大學、國防科技大學和等國內多家科研高校進行了有關AlGaN基外探測器的研究。其中南京大學完成的項目“先進日盲紫外探測應用技術”所獲得的成果在我國的AlGaN基外探測器方面取得了較大的突破，并獲得了國家技術發明獎。3.2在半導體照明領域的應用研究在國家973和863等科技發展規劃的大力支持下，國內較早開展了III族氮化物LED器件的研究，并通過相關的科學試驗也取得了一批批優秀的科研成果。其中，由中科院半導體研究所、清華大學、武漢大學組成的研發小組，在藍光LED領域的相關研究成果已經達到了世界領先的水平。而在三維納米材料的領域中，國內對于三維納米材料的研究也主要集中在各大高校，例如，華中科技大學，深圳大學，中山大學等。現在，關于三維納米材料的研究已經能夠實現多種尺寸納米柱LED的光致發光。此外，還對微納結構表面等離激元強結構，得到了LED發光增強提高的結果，從而在很大程度上提高了白光LED的質量。而在硅基LED相關的技術研發方面，哈爾濱工業大學、中國科學院、清華大學等國國內重點高校和相關的科研機構也先后對進行了研究與開發。從當前的整體研究發展來看，目前國內硅基LED研發水平較高，處于世界領先地位。其中南昌大學成功研制出超大功率高效硅基片藍光LED芯片，并已經進行了規模化生產。3.3在電力電子器件領域的研究當前，清華大學、北京大學、中科院半導體研究所等相關高校和一些重要的科研機構如今已成為我國在半導體電力電子器件研究領域的支柱力量。在這其中，由北京大學科研團隊主導研發的4-6英寸硅襯底A1GaN/GaN異質結構二維電子氣室溫度電子遷移率在實驗室環境下已經能夠達到2240cm2/Vs，這樣的成績毫無疑問是居于當前已有的先進水平。除了眾多高校對于電力電子器件領域的研究之外，我國的許多企業開始在氮化硅基電力電子領域進行研究和開發，如此以來在這樣的發展背景下硅基電子材料和器件的產業化進程才得以在市場發展中迅速推進。就III族氮化物半導體的材料與器件的研究進展而言，當前國內研究比較深入的主要的科研院校和科研機構有是國防科技大學、清華大學以及中科院半導體研究所等。4我國進一步發展III族氮化物半導體的對策建議根據我國的發展現狀以III族氮化物為代表的第三代半導體材料的研究開發將與基礎研究和應用相結合。同時還需要重視完善半導體材料與器件性能評價指標體系發展新的表征方法，建立材料和器件的性能指標與器件性能之間更直接的關系，重視氮化物電子器件材料外延生長平臺的構建，建立工藝路線以促進氮化物半導體器件工業的進一步發展為目的的器件制造。在這其中，重點是氮化物材料的高Al和In外延生長以及自支撐的氮化鎵和氮化鎵襯底的制備，量子結構外延在紫外波段和發光器件、高效藍光、綠光和紅光LED、LDS及其工業規模的擴大、GaN異質結在均勻Si襯底上的外延以及射頻器件和電力電子器件的產業化。4.1明確重點研究方向針對我國目前的研究狀況和第三代半導體的發展趨勢與規律，應明確把高A1組分、高In組分以及氮化鋁和氮化鎵襯底，同時紫外、藍綠紅光LED和LDs材料以及相關器件的規模化和產業化需要在未來的發展中將其作為重點來研發，而在商業化應用上，則應該將產業發展的重點放在異質結構外延及射頻器件及其電力電子器件的制備及產業化上，從而形成前端研究、后端生產的更加完整的發展價值鏈，從而才能使得我國的半導體產業能夠有更加健康的發展體系，從而才能使得產業獲得更加長遠的發展。4.2加強產學結合的基礎研究在未來的半導體發展規劃中我們更加需要注意的是對于第三代半導體材料以及物理與器件的聯合基礎研究，并在此基礎上進一步提高材料與器件兩方面的研究和應用的協同創新能力，從而反過來去增強基礎研究的深度。形成更加良好的發展體系，如此才能提高源頭創新的比重。我們需要認識到我國對于III族氮化物半導體的研究大多集中在各大知名高校中，因此其中涉及的產業化問題則需要我們重點關注，在這樣的發展局勢下便需要進一步強化各大高校的研究單位與各個企業之間的緊密的互動與聯系，形成產學研整體價值鏈，從而形成和加強從第三代半導體到光電、電力電子器件到產品開發的完整的研究鏈，從而更加能夠在整體上提高我國關于III族氮化物半導體研究成果的轉化能力。4.3加強行業聯盟化建設加強行業聯盟建設是加快III族氮化物半導體產業化迅速發展和成熟的重要方法。我們應該清醒地認識到當前國外研究III族氮化物半導體的研究在整體上比我國要早，取得的科研成果也更加豐富，III族氮化物半導體的許多核心技術都由國外掌控。因此，我國關于III族氮化物半導體的研究要想能夠彎道超車，則必須加強行業聯盟化建設。可以加強和拓展以中科院半導體研究所、清華大學、國防科技大學等高等院校和科研機構為核心的III族氮化物半導體第三代半導體產業技術創新戰略聯盟、半導體照明聯合實驗室，從而形成更加高效的第三代半導體創新基地以及其他重點研發機構為基礎的國家級平臺，形成更加完整的產學研價值一體化體系，通過強強聯合形成規模效應，從而增強高新技術的轉化能力和產業化能力。4.4加強對產業發展的資金投入要想使得我國III族氮化物半導體行業能夠獲得持續不斷的發展，那么大規模的產業發展投資則是必不可少的。從當前我國的產業形勢來看，我們應當大力鼓勵我國發達地區去發展III族氮化物半導體產業化，尤其是我國廣電產業較為發達的珠三角、長三角地區，更加應該做好充分的準備，做好關于第三代半導體的未來發展投入，充分借鑒國外相關產業先進的生產經驗，引進高水平的人才團隊，充分利用我國的高校資源，做好產學研的一體化服務。從國家角度來講，也應該去積極協國家和社會資本關于III族氮化物半導體的研發投入的方向，實現產學研優勢互補、互利共贏，從而實現我國半導體產業的健康發展。5結論隨著世界各國對于III族氮化物半導體材料的研究進一步深入，我們對于III族氮化物的認識也越來越清晰。相對于以往的第一代和第二代電子材料，III族氮化物材料的市場發展顯示出巨大的應用潛力，成為新世紀優秀材料體系的重要組成部分，如今也愈發受到了各國企業和科研機構的重視，成為當前重要領域光電器件制備的熱點材料。但在實踐過程中我們也意識到III族氮化物半導體也存在一些問題，例如產物純度和產率較低，大規模商業化較難以及應用領域還顯得較為狹窄等等。但是我們可以確信的是，半導體材料的不斷發展及其應用，對我們未來的日常生方式將會產生了不可估量的影響，因此我們有必要弄清當前III族氮化物半導體材料發展及其未來的趨勢，從而更好地應對未來國家之間關于新科技和新材料的競爭。

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