第3代半导体材料发展及建议
工业和信息化部原材料工业研究所王兴艳
第3代半导体材料即宽禁带半导体材料，又称高温半导体材料，主要包括碳化硅、氮化镓、氮化铝、氧化锌、金刚石等。这类材料具有宽的禁带宽度（禁带宽度大于2.2ev）、高的热导率、高的击穿电场、高的抗辐射能力、高的电子饱和速率等特点，适用于高温、高频、抗辐射及大功率器件的制作。第3代半导体材料凭借着其优异的特性，未来应用前景十分广阔。
一、大力发展第3代半导体的必要性和紧迫性
1、积极发展第3代半导体材料利国利民。第3代半导体材料可用于制作新一代电力电子器件，应用于国民经济及国家安全保障的各个领域。一方面，从社会发展的角度，当今社会发展对于电子器件提出更高的要求，如抗辐射、高功率、高能效等，第3代半导体材料的应用可以有效满足社会发展对电力电子器件的新要求；另一方面，从国家安全角度来看，第3代半导体材料可应用于军用飞机、陆地坦克以及高性能雷达系统等军事装备。
2、大力发展第3代半导体材料是有效实现我国节能降耗的有效途径。第3代半导体材料制成电子器件应用于各个领域，可有效提升效率，降低损耗。
表1 SiC材料应用领域及应用效果
3、第3代半导体材料是各国竞相发展的战略性新兴产业。第3代半导体材料因其优异的性能和广泛的应用，已受到世界各国的重视，美国、日本、欧盟等国家和地区均将其置于重要的战略位置，对其投入巨资进行支持。如2013年日本政府将SiC纳入“首相战略”，认为未来50%的节能要通过它来实现；2014年1月，美国总统奥巴马宣布设立国家下一代电力电子制造业创新研究所，五年内将至少投入1.4亿美元，对宽带隙半导体技术进行研究，从而使电力电子器件更加快速、高效和小巧。
二、第3代半导体材料发展现状及趋势
从目前第3代半导体材料和器件的研究来看，SiC和GaN较为成熟，而ZnO、AlN和金刚石等第3代半导体材料的研究还处于起步阶段。下面将重点介绍SiC 和GaN的发展情况。
1、SiC的发展现状及趋势
（1）发展现状
与传统Si材料相比，SiC材料各项性能如表2。依据不同的性能，制成的SiC 器件广泛应用于各种不同领域。如凭借其良好的导热性,制成 SiC 器件可以被用在高温工作环境中，如石油和地热钻井勘探、汽车发动机、航空、航天探测、核能开发、卫星等应用领域；凭借其宽禁带和高化学稳定性，SiC 器件可以被用在抗辐射领域；凭借其高击穿场强,制成高功率SiC 器件应用在雷达、通信和广播
电视领域；凭借其高电子饱和速率，制成高频和微波SiC 器件更是不可替代。不仅如此，SiC材料还是发光二极管和激光二极管的重要衬底材料。
表2 SiC材料各项性能
目前，全球SiC材料的生产商主要包括美国的Cree公司、Dow Corning和II-VI公司，德国的SiCrystal公司，以及我国的北京天科合达、山东天岳、东莞天域以及厦门瀚天天成等，其中美国Cree公司是全球最大的SiC材料供应商，德国SiCrystal公司是欧洲市场的主要供应商。
表3 全球SiC材料生产商的产品供应情况
我国SiC材料产业起步晚。早在1991年，美国Cree公司就成功推出SiC材料，而我国在上世纪90年代末才开始着手研究SiC材料，直到2006年9月才成
立了首家SiC材料生产企业——北京天科合达蓝光半导体有限公司。随着近几年SiC材料的快速发展，我国碳化硅材料产业发展技术水平与国外差距正在缩小。2011年北京天科合达准备进入4英寸SiC晶体量产，2013年开始进行6英寸SiC 晶体研发工作。如今，北京天科合达已经建成了SiC生长的生产线以及加工、检测、清洗、封装的生产线，发展成为亚太地区SiC晶片生产制造的先行者。
目前，国内许多高校和研究机构积极开展SiC 晶体生产的研究工作，这为我国SiC材料研究工作的开展搭建了很好的研发平台，表4是国内SiC晶体的重点研发单位。当前，SiC晶片在我国研发尚属起步阶段，SiC晶片在国内的应用较少，SiC材料产业的发展缺乏下游应用企业的支撑。
表4 国内SiC晶体的重点研发单位
（2）发展趋势
SiC材料十分符合低碳经济的发展要求，备受各国的关注，未来发展前景十分广阔。以半导体电源为例，当前全球整个半导体电源市场规模是340亿美元，但是碳化硅电源半导体市场占整个半导体电源市场的比例尚不足1%。据业内人士分析预测，碳化硅半导体电源市场将在未来十年内得到快速发展并在市场上占据一定的规模。今后，随着SiC材料在电动汽车、混合动力汽车、电源输送元器
件、LED照明、光伏应用等众多领域的应用，SiC材料将保持高速发展。据Market Research研究表明，在未来的10年内碳化硅的生产商有望达到38%的年复合增长率。
2、GaN的发展现状及趋势
（1）发展现状
与传统Si材料相比，GaN材料各项性能如表5。利用GaN材料低的热产生率和高的击穿电场，可以研制高温大功率电子器件和高频微波器件，制成金属场效应晶体管(MESFET)、异质结场效应晶体管(HFET)、调制掺杂场效应晶体管(MODFET)等新型器件；利用其宽带隙特性，制成蓝光发光器件、绿光发光器件、高亮度LED等多种类型发光器件，其中制成的蓝光发光器件可应用于高密度光盘信息存取、全光显示、激光打印机等领域，高亮度，制成的高亮度LED可用于汽车照明、交通信号、高密度DVD存储等。总之，作为第3代半导体产业发展的关键材料，GaN材料是未来新一代光电子、功率电子和高频微电子器件的重要支撑材料。
表5 GaN的各项性能
上世纪90年代之后，LED产业的快速发展大大促进了GaN的发展，其年均增长率超过30%。进入新世纪，GaN开始进军大功率电子器件市场。目前，全球涉足GaN器件的公司主要有美国的国际整流器公司、射频微系统公司、飞思卡尔（Freescale）半导体公司，德国的Azzurro公司，英国的普莱思公司，日本的富士通公司和松下公司，加拿大的氮化镓系统公司等。而在2012年，全球仅有
两三家器件供应商，2013年后陆续有多家公司推出新产品，GaN器件市场开始得以快速发展。如2013年美国IR开始商业装运GaN功率器件，同年德国Azzurro 公司推出1Bin硅基氮化镓LED晶圆，美国射频微系统公司推出世界首个用于制造射频功率晶体管的碳化硅基氮化镓晶圆，东芝推出第二代硅基氮化镓白色LED，英国普莱思半导体公司（Plessey）推光效翻倍的新一代硅基氮化镓LED。2015年，美国Qorvo公司推出雷达和无线电通信用塑料封装氮化镓晶体管，日本松下宣称2016年量产用于电源和马达控制的GaN半导体。
2012年全球氮化镓器件市场占有率由高到低依次为美国、欧洲、亚洲和世界其他地区，其中美国在全球市场占有率达32.1%。据美国透明度市场研究公司称，2012年氮化镓半导体器件市场产值约为3.8亿美元，其中军事国防和宇航部分
占据氮化镓半导体市场的最高份额。
我国在GaN半导体产业起步晚、起点低，为了赶超国际水平，国内近几年作了很大努力，但是仍然存在较大差距，如在大尺寸GaN HEMT外延材料工程化和产业化方面，目前国际上产业化主流水平为4英寸，技术已经相当成熟，并已经开始6英寸关键技术研发工作，而我国在GaN HEMT外延材料方面基本上还处于
4英寸的研发阶段，虽有部分实现小批量试产，但尚未形成大规模的产业化。（2）发展趋势
由于GaN材料所具有的噪声系数优良、最大电流高、击穿电压高、振荡频率高等独特优势，不仅能够满足军事雷达、激光探测、宇航、电动汽车、高速列车、太阳能、发电等多个领域的要求，同时也顺应了我国绿色经济发展趋势。随着下游应用领域的扩展和军事需求的增加，我国对高速、高温和大功率半导体器件需求的不断增长，GaN材料发展有着巨大的市场前景。未来10年，GaN材料消费年复合增长率将超过20%，并有望成为继硅和砷化镓等关键材料之后新的经济增长点。
三、发展建议
从政府方面，要加大政策支持力度，从信贷、税收、土地等多个方面对企业发展进行大力扶持；加大创新资源投入，从人员、材料、物力等多个角度对第3代半导体材料的基础研发工作和关键共性技术问题研究进行重点支持；积极搭建信息共享平台、产业化发展促进平台等一批有效促进产业发展的平台或机构，构建完善的产业发展服务体系；制定完善的产业标准体系，规范企业发展和产品质量，营造公平的市场环境；积极培育具有竞争力的龙头企业，帮助企业打造几个具有国际影响力的大品牌；积极推动官产学研用的紧密结合，加快产业化实施进程等。
从企业方面，要积极引进国外先进技术，实现“消化-吸收-创新”，努力赶超国际先进技术水平；建设开放型人才体系，积极引进一批域内的高端人才，同时健全企业内部专业人才培养体系，组建一支强有力的科研创新队伍；紧跟世界发展前沿，加大研发投入；积极与高校和科研机构组建战略联盟，就人才培养和技术研发等开展密切合作；加强企业间的交流，尤其要积极参加国际交流活动，提升企业发展水平；关注企业品牌建设，努力打造企业的拳头产品等。
实用标准文案 1、硅材料 从提高硅集成电路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）单晶的直径和减小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si发展的总趋势。目前直径为8英寸（200mm）的Si单晶已实现大规模工业生产，基于直径为12英寸（300mm）硅片的集成电路（IC‘s）技术正处在由实验室向工业生产转变中。目前300mm，0.18μm工艺的硅ULSI生产线已经投入生产，300mm，0.13μm工艺生产线也将在2003年完成评估。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功，直径27英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。 从进一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外，SOI材料，包括智能剥离（Smart cut）和SIMOX材料等也发展很快。目前，直径8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在开发中。 理论分析指出30nm左右将是硅MOS集成电路线宽的“极限”尺寸。这不仅是指量子尺寸效应对现有器件特性影响所带来的物理限制和光刻技术的限制问题，更重要的是将受硅、SiO2自身性质的限制。尽管人们正在积极寻找高K介电绝缘材料（如用Si3N4等来替代SiO2），低K介电互连材料，用Cu代替Al 引线以及采用系统集成芯片技术等来提高ULSI的集成度、运算速度和功能，但硅将最终难以满足人类不断的对更大信息量需求。为此，人们除寻求基于全新原理的量子计算和DNA生物计算等之外，还把目光放在以GaAs、InP为基的化合物半导体材料，特别是二维超晶格、量子阱，一维量子线与零维量子点材料和可与硅平面工艺兼容GeSi合金材料等，这也是目前半导体材料研发的重点。
半导体材料与器件发展趋势总结 材料是人类社会发展的物质基础与先导。每一种重大新材料的发现和应用都把人类支配自然的能力提高到一个全新的高度。材料已成为人类发晨的里程碑。本世纪中期单晶硅材料和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研究成功，导致了电子工业大革命。使微电子技术和计算机技术得到飞速发展。从20世纪70年代的初期，石英光纤材料和光学纤维的研制成功，以及GaAs等Ⅲ-Ⅴ族化合物的材料的研制成功与半导体激光器的发明，使光纤通信成为可能，目前光纤已四通八达。我们知道，每一束光纤，可以传输成千上万甚至上百万路电话，这与激光器的发明以及石英光纤材料、光纤技术的发展是密不可分的。超晶格概念的提出MBE、MOCVD先进生长技术发展和完善以及超品格量子阱材料包括一维量子线、零维量子点材料的研制成功。彻底改变了光电器件的设计思想。使半导体器件的设计与制造从过去的杂质工程发展到能带工程。出现了以“电学特性和光学特性的剪裁”为特征的新范畴，使人类跨入到以量子效应为基础和低维结构为特征的固态量子器件和电路的新时代，并极有可能触发新的技术革命。半导体微电子和光电子材料已成为21世纪信息社会的二大支柱高技术产业的基础材料。它的发展对高速计算、大容量信息通信、存储、处理、电子对抗、武器装备的微型化与智能化和国民经济的发展以及国家的安全等都具有非常重要的意义。 一、几种重要的半导体材料的发展现状与趋势 1.硅单晶材料 硅单晶材料是现代半导体器件、集成电路和微电子工业的基础。目前微电子的器件和电路，其中有90％到95％都是用硅材料来制作的。那么随着硅单晶材料的进一步发展，还存在着一些问题亟待解决。硅单晶材料是从石英的坩埚里面拉出来的，它用石墨作为加热器。所以，来自石英里的二氧化硅中氧以及加热器的碳的污染，使硅材料里面包含着大量的过饱和氧和碳杂质。过饱和氧的污染，随着硅单晶直径的增大，长度的加长，它的分布也变得不均匀；这就是说材料的均匀性就会遇到问题。杂质和缺陷分布的不均匀，会使硅材料在进一步提高电路集成度应用的时候遇到困难。特别是过饱和的氧，在器件和电路的制作过程中，它要发生沉淀，沉淀时的体积要增大，会导致缺陷产生，这将直接影响器件和电路的性能。因此，为了克服这个困难，满足超大规模集成电路的集成度的进一步提高，人们不得不采用硅外延片，就是说在硅的衬底上外延生长的硅薄膜。这样，可以有效地避免氧和碳等杂质的污染，同时也会提高材料的纯度以及掺杂的均匀性。利用外延方法，还可以获得界面非常陡、过渡区非常窄的结，这样对功率器件的研制和集成电路集成度进一步提高都是非常有好处的。这种材料现在的研究现状是6英寸的硅外延片已用于工业的生产，8英寸的硅外延片，也正在从实验室走向工业生产；更大直径的外延设备也正在研制过程中。 除此之外，还有一些大功率器件，一些抗辐照的器件和电路等，也需要高纯区熔硅单晶。区熔硅单晶与直拉硅单晶拉制条件是不一样的，它在生长时，不与石英容器接触，材料的纯度可以很高；利用这种材料，采用中子掺杂的办法，制成N或P型材料，用于大功率器件及电路的研制，特别是在空间用的抗辐照器件和电路方面，它有着很好的应用前景。当然还有以硅材料为基础的SOI材料，也就是半导体/氧化物/绝缘体之意，这种材料在空间得到了广泛的应用。总之，从提高集成电路的成品率，降低成本来看的话，增大硅单晶的直径，仍然是一个大趋势；因为，只有材料的直径增大，电路的成本才会下降。我们知道硅技术有个摩尔定律，每隔18个月它的集成度就翻一番，它的价格就掉一半，价格下降是同硅的直径的增大密切相关的。在一个大圆片上跟一个小圆片上，工艺加工条件相同，但出的芯片数量则不同；所以说，增大硅的直径，仍然是硅单晶材料发展的一个大趋势。那我们从提高硅的
半导体材料的发展现状与趋势
半导体材料与器件发展趋势总结 材料是人类社会发展的物质基础与先导。每一种重大新材料的发现和应用都把人类支配自然的能力提高到一个全新的高度。材料已成为人类发晨的里程碑。本世纪中期单晶硅材料和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研究成功，导致了电子工业大革命。使微电子技术和计算机技术得到飞速发展。从20世纪70年代的初期，石英光纤材料和光学纤维的研制成功，以及GaAs 等Ⅲ-Ⅴ族化合物的材料的研制成功与半导体激光器的发明，使光纤通信成为可能，目前光纤已四通八达。我们知道，每一束光纤，可以传输成千上万甚至上百万路电话，这与激光器的发明以及石英光纤材料、光纤技术的发展是密不可分的。超晶格概念的提出MBE、MOCVD先进生长技术发展和完善以及超品格量子阱材料包括一维量子线、零维量子点材料的研制成功。彻底改变了光电器件的设计思想。使半导体器件的设计与制造从过去的杂质工程发展到能带工程。出现了以“电学特性和光学特性的剪裁”为特征的新范畴，使人类跨入到以量子效应为基础和低维结构
的制作过程中，它要发生沉淀，沉淀时的体积要增大，会导致缺陷产生，这将直接影响器件和电路的性能。因此，为了克服这个困难，满足超大规模集成电路的集成度的进一步提高，人们不得不采用硅外延片，就是说在硅的衬底上外延生长的硅薄膜。这样，可以有效地避免氧和碳等杂质的污染，同时也会提高材料的纯度以及掺杂的均匀性。利用外延方法，还可以获得界面非常陡、过渡区非常窄的结，这样对功率器件的研制和集成电路集成度进一步提高都是非常有好处的。这种材料现在的研究现状是6英寸的硅外延片已用于工业的生产，8英寸的硅外延片，也正在从实验室走向工业生产；更大直径的外延设备也正在研制过程中。 除此之外，还有一些大功率器件，一些抗辐照的器件和电路等，也需要高纯区熔硅单晶。区熔硅单晶与直拉硅单晶拉制条件是不一样的，它在生长时，不与石英容器接触，材料的纯度可以很高；利用这种材料，采用中子掺杂的办法，制成N或P型材料，用于大功率器件及电路的研制，特别是在空间用的抗辐照器件和电路方面，
序号：3 半导体材料的发展现状及趋势 姓名：李霄 学号：1111044081 班级：电科1103 科目：微电子设计导论 二〇一三年12 月23 日
半导体材料的发展进展近况及趋向 引言：随着全球科技的飞速发展成长，半导体材料在科技进展中的首要性毋庸置疑，半导体的发展进展历史很短，但半导体材料彻底改变了我们的生活，从半导体材料的发展历程、半导体材料的特性、半导体材料的种类、半导体材料的制备、半导体材料的发展。从中我们可以感悟到半导体材料的重要性 关键词：半导体、半导体材料。 一、半导体材料的进展历程 20世纪50年代，锗在半导体产业中占主导位置，但锗半导体器件的耐高温和辐射性能机能较差，到20世纪60年代后期逐步被硅材料代替。用硅制作的半导体器件，耐高温和抗辐射机能较好，非常适合制作大功率器件。因而，硅已经成为运用最多的一种半导体材料，现在的集成电路多半是用硅材料制作的。二是化合物半导体，它是由两种或者两种以上的元素化合而成的半导体材料。它的种类不少，主要的有砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、锑化铟(InSb)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、硫化镉(CdS)等。此中砷化镓是除了硅以外研讨最深切、运用最普遍的半导体材料。氮化镓可以与氮化铟（Eg＝1.9eV）、氮化铝（Eg＝6.2eV）构成合金InGaN、AlGaN，如许可以调制禁带宽度，进而调理发光管、激光管等的波长。三是非晶半导体。上面介绍的都是拥有晶格构造的半导体材料，在这些材料中原子布列拥有对称性和周期性。但是，一些不拥有长程有序的无定形固体也拥有显著的半导体特征。非晶半导体的种类繁多，大体上也可按晶态物质的归类方式来分类。从现在}研讨的深度来看，很有适用价值的非晶半导体材料首推氢化非晶硅（α－SiH）及其合金材料（α－SiC:H、α－SiN:H），可以用于低本钱太阳能电池和静电光敏感材料。非晶Se（α－Se）、硫系玻璃及氧化物玻璃等非晶半导体在传感器、开关电路及信息存储方面也有普遍的运用远景。四是有机半导体，比方芳香族有机化合物就拥有典范的半导体特征。有机半导体的电导特征研讨可能对于生物体内的基础物理历程研究起着重大推进作用，是半导体研讨的一个热点领域，此中有机发光二极管（OLED）的研讨尤为受到人们的看重。 二、半导体材料的特性 半导体材料是常温下导电性介于导电材料以及绝缘材料之间的一类功效材
第三代半导体材料发展面临的机遇和挑战 半导体材料是半导体产业发展的基础，20世纪30年代才被科学界所认可。随着半导体产业的发展，半导体材料也从一代、二代发展到现在的第三代，本文着重分析第三代半导体材料的特性、应用，以及我国第三代半导体材料发展面临的机遇和挑战。作为一种20世纪30年代才被科学界所认可的材料—半导体，其实它的定义也很简单。众所周知，物资存在的形式多种多样，固体、液体、气体、等离子体等，其中导电性差或不好的材料，称为绝缘体；反之，导电性好的称为导体。因此，半导体是介于导体和绝缘体之间的材料。 半导体的基本化学特征在于原子间存在饱和的共价键。作为共价键特征的典型是在晶格结构上表现为四面体结构,所以典型的半导体材料具有金刚石或闪锌矿(ZnS)的结构。 由于地球的矿藏多半是化合物，所以最早得到利用的半导体材料都是化合物,例如方铅矿(PbS)很早就用于无线电检波，氧化亚铜(Cu2O)用作固体整流器，闪锌矿(ZnS)是熟知的固体发光材料，碳化硅(SiC)的整流检波作用也较早被利用。 硒(Se)是最早发现并被利用的元素半导体，曾是固体整流器和光电池的重要材料。元素半导体锗（Ge）放大作用的发现开辟了半导体历史新的一页，从此电子设备开始实现晶体管化。 中国的半导体研究和生产是从1957年首次制备出高纯度(99.999999%～99.9999999%) 的锗开始的。采用元素半导体硅（Si）以后，不仅使晶体管的类型和品种增加、性能提高，而且迎来了大规模和超大规模集成电路的时代。以砷化镓(GaAs)为代表的Ⅲ－Ⅴ族化合物的发现促进了微波器件和光电器件的迅速发展。 随着半导体产业的发展，半导体材料也在逐渐发生变化，迄今为止，半导体材料大致经历了三代变革。现在跟随芯师爷，一起去看看第一代半导体材料。 1、第一代半导体材料 第一代半导体材料主要是指硅（Si）、锗（Ge）元素半导体。它们是半导体分立器件、集
蓝宝石晶体是第三代半导体材料GaN外延层生长最好的衬底材料之一，其单晶制备工艺成熟。 GaN为蓝光LED制作基材。 一、GaN外延层的衬底材料 1、SiC 与GaN晶格失配度小，只有3.4%，但其热膨胀系数与GaN差别较大，易导致GaN外延层断裂， 并制造成本高，为蓝宝石的10倍。 2、Si 成本低，与GaN晶格失配度大，达到17%，生长GaN比较难，与蓝宝石比较发光效率太低。 3、蓝宝石 晶体结构相同（六方对称的纤锌矿晶体结构），与GaN晶格失配度大，达到13%，易导致GaN 外延层高位错密度（108—109/cm2）。为此，在蓝宝石衬底上AlN或低温GaN外延层或SiO2层等，先进方法可使GaN外延层位错密度达到106/cm2水平。 二、蓝宝石、GaN的品质对光致发光的影响 蓝宝石单晶生长技术复杂，获得低杂质、低位错、低缺陷的单晶比较困难。蓝宝石单晶质量对GaN外延层的质量有直接的影响，其杂质和缺陷会影响GaN外延层质量，从而影响器件质量（发 光效率、漏电极、寿命等）。 蓝宝石单晶的位错密度一般为104/cm2数量级，它对GaN外延层位错密度（108—109/cm2）影 响不大。 三、蓝宝石衬底制作 主要包括粘片、粗磨、倒角、抛光、清洗等，将2英寸蓝宝石衬底由350—450μm（4英寸600μm 左右）减到小于100μm（4英寸要厚一些） 四、蓝宝石基板 市场上2英寸蓝宝石基板的主要技术参数： 高纯度—— 99.99%以上（4—5N） 晶向——主要是C面，C轴（0001）±0.3° 翘曲度——20μm 厚度——330μm—430μm±25μm 表面粗糙度—— Ra<0.3nm 背面粗糙度——Ra<1μm（不是很严格） yq_chu666 at 2010-7-06 08:53:02 这是美国公司的要求吧？ 如何降低翘曲、弯曲呀？ ljw.jump at 2010-7-06 16:41:37 国内做蓝宝石的厂家我知道有个不错的，在安徽吧 qw905 at 2010-7-06 18:26:50 还是哈工大与俄罗斯合作的泡生法-钻孔取棒最成功！ qw905 at 2010-7-06 18:29:06 一篇蓝宝石研发总结 藍寶石單晶生長技術研發Sapphire Crystal Instruction.pdf (2010-07-06 18:29:06, Size: 1.67 MB, Downloads: 28) HP-led at 2010-7-20 12:00:50 在云南，不过他去年不咋地，今年慢慢恢复生产
第三代半导体面-SiC(碳化硅)器件及其应用 作为一种新型的半导体材料，SiC以其优良的物理化学特性和电特性成为制造短波长光电子器件、高温器件、抗辐照器件和大功率／高额电子器件最重要的半导体材料．特别是在极端条件和恶劣条件下应用时，SiC器件的特性远远超过了Si器件和GaAs器件．因此，SiC器件和各类传感器已逐步成为关键器件之一，发挥着越来超重要的作用． 从20世纪80年代起，特别是1989年第一种SiC衬底圆片进入市场以来，SiC器件和电路获得了快速的发展．在某些领域，如发光二极管、高频大功率和高电压器件等，SiC器件已经得到较广泛的商业应用．发展迅速．经过近10年的发展，目前SiC器件工艺已经可以制造商用器件．以Cree为代表的一批公司已经开始提供SiC器件的商业产品．国内的研究所和高校在SiC材料生长和器件制造工艺方面也取得厂可喜的成果．虽然SiC材料具有非常优越的物理化学特性，而且SiC器件工艺也不断成熟，然而目前SiC器件和电路的性能不够优越．除了SiC材料和器件工艺需要不断提高外．更多的努力应该放在如何通过优化S5C器件结构或者提出新型的器件结构以发挥SiC材料的优势方面． 1 SiC分立器件的研究现状 目前．SiC器件的研究主要以分立器件为主．对于每一种器件结构，共最初的研究部是将相应的Si或者GaAs器件结构简单地移植到SiC上，而没有进行器件结构的优化．由于SiC的本征氧化层和Si相同，均为SiO2，这意味着大多数Si器件特别是M帕型器件都能够在Si C上制造出来．尽管只是简单的移植，可是得到的一些器件已经获得了令人满意的结果，而且部分器件已经进入厂市场．S iC光电器件，尤其是蓝光发光二极管在20世纪90年代初期已经进入市场，它是第一种大批量商业生产的SiC器件．日前高电压SiC肖特基二极管、SiC射频功率晶体管以及SiC M OSFET和MESFET等也已经有商业产品．当然所有这些SiC产品的性能还远没有发挥SiC 材料的超强特性，更强功能和性能的SiC器件还有待研究与开发．这种简单的移植往往不能完全发挥SiC材料的优势．即使在SiC器件的一些优势领域．最初制造出来的SiC器件有些还不能和相应的Si或者CaAs器件的性能相比． 为了能够更好地将SiC材料特性的优势转化为SiC器件的优势，目前正在研究如何对器件的制造工艺与器件结构进行优化或者开发新结构和新工艺以提高SiC器件的功能和性能．1．1 SiC肖特基二极管 肖特基二极管在高速集成电路、微波技术等许多领域有重要的应用．由于肖特基二极管的制造工艺相对比较简单，所以对SiC肖特基二极管的研究较为成熟．普渡大学最近制造出了阻断电压高达4．9kV的4H-SiC肖特基二极管，特征导通电阻为43mΩ?c㎡，这是目前SiC 肖特基二极管的最高水平． 通常限制肖特基二极管阻断电压的主要因素是金—半肖特基接触边沿处的电场集中．所以提高肖特基二极管阻断电压的主要方法就是采用不同的边沿阻断结构以减弱边沿处的电场集中．最常采用的边沿阻断结构有3种：深槽阻断、介质阻断和pn结阻断．普放大学采用的方法是硼注入pn结阻断结构，所选用的肖特基接触金属有Ni，Ti．2000年4月Cree和K ansai联合研制出一只击穿电压高达12．3kV的SiC整流器，主要采用了新的外延工艺和改进的器件设计．该器件具有很低的导通电阻，正向导通电压只有4.9 V ,电流密度高，可以达到100A／c㎡，是同类Si器件的5倍多. 1.2 SiC功率器件 由于SIC的击穿电场强度大约为Si的8倍．所以SiC功率器件的特征导通电阻可以做得小到相应Si器件的1/400．常见的功率器件有功率MOSFET、IGBT以及多种MOS控制闸流管等．为了提高器件阻断电压和降低导通电阻，许多优化的器件结构已经被使用．表1给出了已报道的最好的SiC功率MOSFET器件的性能数据Si功率MOSFET的功率优值的理论极限
姓名：高东阳 学号：1511090121 学院：化工与材料学院专业：化学工程与工艺班级：B0901 指导教师：张芳 日期： 2011 年12月 7日
半导体材料的研究综述 高东阳辽东学院B0901 118003 摘要：半导体材料的价值在于它的光学、电学特性可充分应用与器件。随着社会的进步和现代科学技术的发展，半导体材料越来越多的与现代高科技相结合，其产品更好的服务于人类，改变着人类的生活及生产。文章从半导体材料基本概念的界定、半导体材料产业的发展现状、半导体材料未来发展趋势等方面对我国近十年针对此问题的研究进行了综述，希望能引起全社会的关注和重视。 关键词：半导体材料，研究，综述 20世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；20世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。彻底改变人们的生活方式。在此笔者主要针对半导体材料产业的发展、半导体材料的未来发展趋势等进行综述，希望引起社会的关注，并提出了切实可行的建议。 一、关于半导体材料基础材料概念界定的研究 陈良惠指出自然界的物质、材料按导电能力大小可分为导体、半导体、和绝缘体三大类。半导体的电导率在10-3～ 109欧·厘米范围。在一般情况下，半导体电导率随温度的升高而增大，这与金属导体恰好相反。凡具有上述两种特征的材料都可归入半导体材料的范围。[1] 半导体材料（semiconductormaterial）是导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。半导体材料是一类具有半导体性能、可用来制作半导体器件和集成电的电子材料，其电导率在10（U-3）～10（U-9）欧姆/厘米范围内。[2]随着社会的进步以及科学技术的发展，对于半导体材料的界定会越来越精确。 二、关于半导体材料产业的发展现状及解决对策的分析 王占国指出中国半导体产业市场需求强劲，市场规模的增速远高于全球平均水平。不过，产业规模的扩大和市场的繁荣并不表明国内企业分得的份额更大。相反，中国的半导体市场正日益成为外资公司的乐土。[3]
主持人： 观众朋友，欢迎您来到CETV学术报告厅，最近美国的一家公司生产出一千兆的芯片，它是超微技术发展史上的一个分水岭，个人电脑业的发展，也将步入一个新的历史阶段，对整个信息业来说，它的意义不亚于飞行速度突破音速的极限，当然整个技术上的突破，也要依赖于以硅材料为基础的大规模集成电路的进一步微型化，50年代以来，随着半导体材料的发现与晶体管的发明，以硅为主的半导体材料，成为整个信息社会的支柱，成为微电子、光电子等高技术产业的核心与基础，这个情况，将会持续到下个世纪的中叶，当然，面对更大信息量的需求，硅电子技术也有它的极限，将会出现新的、替补性的半导体材料。关于半导体材料的发展现状与发展趋势，请您收看中国科学院王占国院士的学术报告。 王占国： 材料已经成为人类历史发展的里程碑，从本世纪的中期开始，硅材料的发现和硅晶体管的发明以及五十年代初期的以硅为基的集成电路的发展，导致了电子工业大革命。今天，因特网、计算机的到户，这与微电子技术的发展是密不可分的，也就是说以硅为基础的微电子技术的发展，彻底地改变了世界的政治、经济的格局，也改变着整个世界军事对抗的形式，同时也深刻影响着人们的生活方式。今天如果没有了计算机，没有了网络，没有了通信，世界会是什么样子，那是可想而知的。从20世纪70年代的初期，石英光纤材料和光学纤维的研制成功，以及GaAs 等Ⅲ-Ⅴ族化合物的材料的研制成功与半导体激光器的发明，使光纤通信成为可能，目前光纤已四通八达。我们知道，每一束光纤，可以传输成千上万甚至上百万路电话，这与激光器的发明以及石英光纤材料、光纤技术的发展是密不可分的。 70年代超晶格概念的提出，新的生长设备，像分子束外延和金属有机化合物化学汽相淀积等技术的发展，以及超晶格、量子阱材料的研制成功，使半导体材料和器件的设计思想发生了彻底的改变。就硅基材料的器件和电路而言，它是靠P型与N型掺杂和PN结技术来制备二极管、晶体管和集成电路的。然而基于超晶格、量子阱材料的器件和电路的性质，则不依赖于杂质行为，而是由能带工程设计决定的。也就是说，材料和器件的光学与电学性质，可以通过能带的设计来实现。设计思想从杂质工程发展到能带工程，以及建立在超晶格、量子阱等半导体微结构材料基础上的新型量子器件，极有可能引发新的技术革命。从微电子技术短短50年的发展历史来看，半导体材料的发展对高速计算、大容量信息通信、存储、处理、电子对抗、武器装备的微型化与智能化和国民经济的发展以及国家的安全等都具有非常重要的意义。 现在，我来讲一讲几种重要的半导体材料的发展现状与趋势。我们首先来介绍硅单晶材料。硅单晶材料是现代半导体器件、集成电路和微电子工业的基础。目前微电子的器件和电路，其中有90％到95％都是用硅材料来制作的。根据预测，到2000年底，它的规模将达到60多亿平方英寸，整个硅单晶材料的产量将达到1万吨以上。目前，8英寸的硅片，已大规模地应用于集成电路的生产。到2000年底，或者稍晚一点，这个预计可能会与现在的情况稍微有点不同，有可能完成由8英寸到12英寸的过渡。预计到2007年前后，18英寸的硅片将投入生产。我们知道，直径18英寸相当于45厘米，一个长1米的晶锭就有几百公斤重。那么随着硅单晶材料的进一步发展，是不是存在着一些问题亟待解决呢？我们知道硅单晶材料是从石英的坩埚里面拉出来的，它用石墨作为加热器。所以，来自石英里的二氧化硅中氧以及加热器的碳的污染，使硅材料里面包含着大量的过饱和氧和碳杂质。过饱和氧的污染，随着硅单晶直径的增大，长度的加长，它的分布也变得不均匀；这就是说材料的均匀性就会遇到问题。杂质和缺陷分布的不均匀，会使硅材料在进一步提高电路集成度应用的时候遇到困难。特别是过饱和的氧，在器件和电路的制作过程中，它要发生沉淀，沉淀时的体积要增大，会导致缺陷产生，这将直接影响器件和电路的性能。因此，为了克服这个困难，满足超大规模集成电路的集成度的进一步提高，人们不得不采用硅外延片，就是说在硅的衬底上外延生长的硅薄膜。这样，可以有效地避免氧和碳等杂质的污染，同时也会提高材料的纯度以及掺杂的均匀性。利用外延方法，还可以获得界面非常陡、过渡区非常窄的结，这样对功率器件的研制和集成电路集成度进一步提高都是非常有好处的。这种材料现在的研究现状是6英寸的硅外延片已用于工业的生产，8英寸的硅外延片，也正在从实验室走向工业生产；更大直径的外延设备也正在研制过程中。 除此之外，还有一些大功率器件，一些抗辐照的器件和电路等，也需要高纯区熔硅单晶。区熔硅单晶与直拉硅单晶拉制条件是不一样的，它在生长时，不与石英容器接触，材料的纯度可以很高；利用这种材料，采用中子掺杂
第三代半导体材料碳化硅 一、第三代半导体发展简述 半导体产业的基石是芯片。制作芯片的核心材料按照历史进程分为三代：第一代半导体材料（主要为目前广泛使用的高纯度硅）、第二代化合物半导体材料（砷化镓、磷化铟）、第三代化合物半导体材料（碳化硅、氮化镓）。 第三代半导体材料也称为禁带半导体材料，是指禁带宽度在2.3eV（电子伏特）及以上的半导体材料（硅的禁带宽度为1.12eV），其中较为典型的和成熟的包括碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等，其余包括氧化锌（ZnO）、金刚石、氮化铝（AlN）等的研究尚处于起步阶段。 第三代半导体材料在禁带宽度、热导率、介电常数、电子漂移速度方面的特性使其适合制作高频、高功率、高温、抗辐射、高密度集成电路；其在禁带宽度方面的特性使其适合制作发光器件或光探测器等。 5G基站射频器件对高频材料的需求，以及功率器件正向着大功率化、高频化、集成化方向发展的趋势凸显出了第三代半导体材料的重要性及广阔前景。而该领域基本由美日企业主导，我国相对薄弱，研发仍主要集中于军工领域。 国家战略新兴产业政策中多次提到以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体器件，随着国内多家企业开始重视该领
域，积极布局相关项目，我国的第三代半导体材料及器件有望实现较快发展。 二、第三代半导体---碳化硅概述 碳化硅是第三代化合物半导体材料的，具有优越的物理性能：高禁带宽度（对应高击穿电场和高功率密度）、高电导率、高热导率。 半导体芯片分为集成电路和分立器件，但不论是集成电路还是分立器件，基本结构都可以划分为“衬底—外延—器件”结构。碳化硅在半导体中存在的主要形式是作为衬底材料。 图：碳化硅晶片产业链
广州创亚企业管理顾问有限公司 第三代宽禁半导体材料GaN （氮化镓）研究分析
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一、5G应用的关键材料 （一）认识第三代半导体材料 1、半导体材料的由来 2、第一代半导体材料 3、第二代半导体材料 4、第三代半导体材料（二）第三代半导体材料的特点 1、碳化硅（SiC） 2、氮化镓（GaN） 二、氮化镓（GaN） （一）GaN技术的发展历史（二）GaN的优点 1、GaN 在电力电子领域：高效率、低损耗与高频率 2、GaN 在微波射频领域：高效率、大带宽与高功率 3、与第二代半导体材料GaAs更具优势 三、GaN市场 （一）市场空间 1、0~900V的低压市场空间宏大 2、GaN RF 市场即将大放异彩
（二）射频是主战场 1、GaN 是射频器件的合适材料 2、5G应用的关键技术 3、GaN 电力电子器件典型应用：快充电源四、GaN产业链 （一）GaN工艺与流程 （二）芯片制造过程 1、流程 2、GaN衬底 3、GaN外延片 4、GaN外延使用不同衬底的区别 5、GaN器件设计与制造
由于地球的矿藏多半是化合物，所以最早 得到利用的半导体材料都是化合物,例如方铅矿(PbS)很早就用于无线电检波，氧化亚铜(Cu2O)用作固体整流器，闪锌矿(ZnS)是熟知的固体 发光材料，碳化硅(SiC)的整流检波作用也较 早被利用。 硒(Se)是最早发现并被利用的元素半导体，曾是固体整流器和光电池的重要材料。元素半 导体锗（Ge）放大作用的发现开辟了半导体历 史新的一页，从此电子设备开始实现晶体管化。 中国的半导体研究和生产是从1957年首次制备出高纯度(99.999999%～99.9999999%) 的锗开始的。采用元素半导体硅（Si）以后，不仅使晶体管的类型和品种增加、性能提高，而且迎来了大规模和超大规模集成电路的时代。以砷化镓(GaAs)为代表的Ⅲ－Ⅴ族化合物的发现促进了微波器件和光电器件的迅速发展。
半导体材料研究的新进展 作者简介王占国，1938年生，半导体材料物理学家，中科学院院士。现任中科院 半导体所研究员、半导体材料科学重点实验室学委会主任和多个国际会议顾问委员会 委员。主要从事半导体材料和材料物理研究，在半导体深能级物理和光谱物理研究， 半导体低维结构生长、性质和量子器件研制等方面，取得多项成果。先后获国家自然 科学二等奖、国家科技进步三等奖，中科院自然科学一等奖和科技进步一、二和三等 奖及何梁何利科技进步奖等多项，在国内外学术刊物和国际会议发表论文180多篇， 被引用数百次。摘要本文重点对半导体硅材料，GaAs和InP单晶材料，半导体超晶格、量子阱材料，一维量子线、零维量子点半导体微结构材料，宽带隙半导体材料，光子 晶体材料，量子比特构建与材料等目前达到的水平和器件应用概况及其发展趋势作了 概述。最后，提出了发展我国半导体材料的建议。关键词半导体材料量子线量子点材 料光子晶体1半导体材料的战略地位上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其 硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人 类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功， 彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米科学技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水 平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路，必将深刻地影响着世界的政治、 经济格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式。2几种主要半导体材料的发 展现状与趋势2.1硅材料从提高硅集成电路成品率，降低成本看，增大直拉硅（Z－Si）单晶的直径和减小微缺陷的密度仍是今后Z－Si发展的总趋势。目前直径为8英寸（200）的Si单晶已实现大规模工业生产，基于直径为12英寸（300）硅片的集成电 路（I’s）技术正处在由实验室向工业生产转变中。目前300，0．18μ工艺的硅 ULSI生产线已经投入生产，300,0．13μ工艺生产线也将在2003年完成评估。18英 寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功，直径27英寸硅单 晶研制也正在积极筹划中。从进一步提高硅I’S的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外，SI材料，包括智能剥离（Sartut）和SIX材料等也发展很快。目前，直径8英寸的硅外延片和 SI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在开发中。理论分析指出30n左右将是硅S集
半导体行业发展趋势分析 新型计算架构浪潮推动，中国半导体产业弯道超车机会来临
核心观点： ●2018，半导体市场供需两旺，中国市场迎弯道超车机遇 需求端新市场新应用推动行业成长：1）比特币市场的火爆带动矿机需求快速增加，ASIC 芯片矿机凭借设计简单，成本低，算力强大等优势被大量采用。国内ASIC 矿机芯片厂商比特大陆、嘉楠耘智、亿邦股份自身业绩高增长的同时，其制造与封测环节供应商订单快速增长。2）汽车电子、人工智能、物联网渐行渐近，带动行业成长。供给端国内建厂潮加剧全球半导体行业资本开支增长，上游确定性受益。 ● 1 月半导体行情冰火两重天 A 股市场：18 年1 月以来（至1 月26 日）申万半导体指数下跌9.03%，半导体板块跑输电子行业5.9 个百分点，跑输上证综指16.59 个百分点，跑 输沪深300 指数17.72 个百分点；其中制造（-5.59%）>封装（-5.64%）> 分立器件（-5.66%）>存储器（-5.85%）>设计（-7.34%）>设备（-9.57%）> 材料（-11.17%）；估值大幅回落。海外市场：费城半导体指数上涨6.79%，创历史新高，首次超过2001 年最高值；矿机及人工智能带动GPU 需求量增长，英伟达作为全球GPU 龙头深度受益，1 月以来（至1 月26 日）股价上涨22.14%；设备龙头整体上涨。 ●12 月北美半导体设备销售额创历史新高，存储芯片价格平稳波动 根据WSTS 统计，11 月全球半导体销售额达376.9 亿美金，同比增长21.5%，环比增长1.6%，创历史新高。其中北美地区半导体11 月销售额87.7 亿美金，同比增长40.2%，环比增长2.6%，是全球半导体销售额增长最快区域。分版块看，12 月北美半导体设备销售额23.88 亿美金，同比增长27.7%，环比增长16.35%，创历史新高；存储芯片价格1 月以来（至1 月26 日）价格 波动。 ●投资建议 我们认为国内IC 产业进入加速发展时期，由市场到核“芯”突破这一准则不断延续，从智能手机领域起步，未来有望在人工智能、汽车电子、5G、物联网等新兴市场实现加速追赶。本月重点推荐卡位新兴应用市场，业绩快速成长的华天科技、长电科技，建议关注通富微电；同时下游资本开支扩张带给上游设备领域的投资机会，建议关注北方华创、长川科技。
2011-2015年中国半导体材料行业市场调 研及投资前景预测报告 半导体材料是指电阻率在10-3~108Ωcm，介于金属和绝缘体之间的材料。半导体材料是制作晶体管、集成电路、电力电子器件、光电子器件的重要基础材料，支撑着通信、计算机、信息家电与网络技术等电子信息产业的发展。电子信息产业规模最大的是美国。近几年来，中国电子信息产品以举世瞩目的速度发展，半导体材料及应用已成为衡量一个国家经济发展、科技进步和国防实力的重要标志。 中国报告网发布的《2011-2015年中国半导体材料行业市场调研及投资前景预测报告》共十六章。首先介绍了半导体材料相关概述、中国半导体材料市场运行环境等，接着分析了中国半导体材料市场发展的现状，然后介绍了中国半导体材料重点区域市场运行形势。随后，报告对中国半导体材料重点企业经营状况分析，最后分析了中国半导体材料行业发展趋势与投资预测。您若想对半导体材料产业有个系统的了解或者想投资半导体材料行业，本报告是您不可或缺的重要工具。 本研究报告数据主要采用国家统计数据，海关总署，问卷调查数据，商务部采集数据等数据库。其中宏观经济数据主要来自国家统计局，部分行业统计数据主要来自国家统计局及市场调研数据，企业数据主要来自于国统计局规模企业统计数据库及证券交易所等，价格数据主要来自于各类市场监测数据库。 第一章半导体材料行业发展概述 第一节半导体材料的概述 一、半导体材料的定义 二、半导体材料的分类 三、半导体材料的特点 四、化合物半导体材料介绍 第二节半导体材料特性和制备 一、半导体材料特性和参数 二、半导体材料制备
第三节产业链结构及发展阶段分析 一、半导体材料行业的产业链结构 二、半导体材料行业发展阶段分析 三、行业所处周期分析 第二章全球半导体材料行业发展分析 第一节世界总体市场概况 一、全球半导体材料的进展分析 二、全球半导体材料市场发展现状 三、第二代半导体材料砷化镓发展概况 四、第三代半导体材料GaN发展概况 第二节世界半导体材料行业发展分析 一、2010年世界半导体材料行业发展分析 二、2011年世界半导体材料行业发展分析 三、2011年半导体材料行业国外市场竞争分析 第三节主要国家或地区半导体材料行业发展分析 一、美国半导体材料行业分析 二、日本半导体材料行业分析 三、德国半导体材料行业分析 四、法国半导体材料行业分析 五、韩国半导体材料行业分析 六、台湾半导体材料行业分析 第三章我国半导体材料行业发展分析 第一节2010年中国半导体材料行业发展状况 一、2010年半导体材料行业发展状况分析 二、2010年中国半导体材料行业发展动态 三、2010年半导体材料行业经营业绩分析 四、2010年我国半导体材料行业发展热点 第二节2011年半导体材料行业发展机遇和挑战分析一、2011年半导体材料行业发展机遇分析
半导体材料的历史现状及研究进展(精)
半导体材料的研究进展 摘要:随着全球科技的快速发展,当今世界已经进入了信息时代,作为信息领域的命脉,光电子技术和微电子技术无疑成为了科技发展的焦点。半导体材料凭借着自身的性能特点也在迅速地扩大着它的使用领域。本文重点对半导体材料的发展历程、性能、种类和主要的半导体材料进行了讨论,并对半导体硅材料应用概况及其发展趋势作了概述。 关键词:半导体材料、性能、种类、应用概况、发展趋势 一、半导体材料的发展历程 半导体材料从发现到发展,从使用到创新,拥有这一段长久的历史。宰二十世纪初,就曾出现过点接触矿石检波器。1930年,氧化亚铜整流器制造成功并得到广泛应用,是半导体材料开始受到重视。1947年锗点接触三极管制成,成为半导体的研究成果的重大突破。50年代末,薄膜生长激素的开发和集成电路的发明,是的微电子技术得到进一步发展。60年代,砷化镓材料制成半导体激光器,固溶体半导体此阿里奥在红外线方面的研究发展,半导体材料的应用得到扩展。1969年超晶格概念的提出和超晶格量子阱的研制成功,是的半导体器件的设计与制造从杂志工程发展到能带工程,将半导体材料的研究和应用推向了一个新的领域。90年代以来随着移动通信技术的飞速发展,砷化镓和磷化烟等半导体材料成为焦点,用于制作高速高频大功率激发光电子器件等;近些年,新型半导体材料的研究得到突破,以氮化镓为代表的先进半导体材料开始体现出超强优越性,被称为IT产业的新发动机。 新型半导体材料的研究和突破,常常导致新的技术革命和新兴产业的发展.以氮化镓为代表的第三代半导体材料,是继第一代半导体材料(以硅基半导体为代表和第二代半导体材料(以砷化镓和磷化铟为代表之后,在近10年发展起来的新型宽带半导体材料.作为第一代半导体材料,硅基半导体材料及其集成电路的发展导致了微型计算机的出现和整个计算机产业的飞跃,并广泛应用于信息处理、自动控制等领域,对人类社会的发展起了极大的促进作用.硅基半导体材料虽然在微电子领域得到广泛应用,但硅材料本身间接能带结构的特点限制了其在光电子领域的应用.随着以光通
https://www.doczj.com/doc/a57237673.html,/ CMIC：第三代半导体材料呈双雄并立格局 【CMIC讯】第一代半导体材料以硅、锗为主，第二代半导体材料以砷化镓、磷化铟为主，从上世界五六十年代以来，两代半导体材料为工业进步、社会发展做出了巨大贡献。如今，以碳化硅、氮化镓、氧化锌、金刚石、氮化铝为代表的宽禁带半导体材料以更大的优势力压第一、二代半导体材料成为佼佼者，统称第三代半导体材料。 与第一、二代半导体材料相比，第三代半导体材料具有更宽的禁带宽度，更高的击穿电场，更高的热导率，更高的电子饱和速率及更高的抗辐射能力，更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件，通常又被称为宽禁带半导体材料（禁带宽度大于2.2ev），亦称为高温半导体材料。从目前第三代半导体材料和器件的研究来看，较为成熟的是碳化硅和氮化镓半导体材料，而氧化锌、金刚石、氮化铝等材料的研究尚属起步阶段。在一番纷纷扰扰之后，碳化硅和氮化镓无疑成为第三代半导体材料双雄，发展最为迅速。 上世纪90年代之后，氮化镓进入快速发展时期，年均增长率达到30%，日益成为大功率LED的关键性材料。此后，氮化镓也同碳化硅一起，进军功率器件市场。2012年，氮化镓市场中仅有两三家器件供应商，2013年以来，陆续有很多公司推出新产品，整体市场空间得到了较好扩充。 碳化硅的商业化应用在21世纪才全面铺开，但商业化生产的碳化硅早在1987年就存在了。与低一级的Si相比，碳化硅有诸多优点：有高10倍的电场强度，高3倍的热导率，宽3倍禁带宽度，高1倍的饱和漂移速度。因为这些特点，用SiC制作的器件可以用于极端的环境条件下，微波及高频和短波长器件是目前已经成熟的应用市场，而在军用相控阵雷达、通信广播系统中，用SiC做为衬底的高亮度蓝光LED则是全彩色大面积显示屏的关键器件。碳化硅的市场被产业界颇为看好，根据预测，到2022年，其市场规模将达到40亿美元，年平均复合增长率可达到45%。 在发展早期，因碳化硅与氮化镓两者的应用领域不同，其直接竞争的机会并不大。但未来随着功率半导体市场向两边横向发展，二者狭路相逢必不可免，届时孰强孰弱，自有定论。 来源：中国市场情报中心（CMIC）
1、硅材料 从提高硅集成电路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ - Si）单晶的直 径和减小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si 发展的总趋势。目前直径为8 英寸（200mm ）的Si 单晶已实现大规模工业生产，基于直径为12英寸（300mm ）硅片的集成电路（IC‘s）技术正处在由实验室向工业生产转变中。目前300mm , 0.18阿工艺的硅ULSI生产线已经投入生产，300mm , 0.13阿工艺生产线也将在2003年完成评估。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功，直径27英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。 从进一步提高硅IC‘S 的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外，SOI 材料，包括智能剥离（Smart cut ）和SIMOX材料等也发展很快。目前，直径8英寸的硅外延片和SOI 材料已研制成功，更大尺寸的片材也在开发中。 理论分析指出30nm 左右将是硅MOS 集成电路线宽的“极限”尺寸。这不仅是指量子尺寸效应对现有器件特性影响所带来的物理限制和光刻技术的限制问题，更重要的是将受硅、SiO2 自身性质的限制。尽管人们正在积极寻找高K 介电绝缘材料（如用Si3N4等来替代SiO2 ），低K介电互连材料，用Cu代替Al 引线以及采用系统集成芯片技术等来提高ULSI 的集成度、运算速度和功能，但硅将最终难以满足人类不断的对更大信息量需求。为此，人们除寻求基于全新原理的量子计算和DNA 生物计算等之外，还把目光放在以GaAs、InP 为基的化合物半导体材料，特别是二维超晶格、量子阱，一维量子线与零维量子点材料和可与硅平面工艺兼容GeSi 合金材料等，这也是目前半导体材料研发的重点。 2、GaAs 和InP 单晶材料