电子材料讲座引言半导体材料及其特点半导体材料的分类半导体材料的应用领域半导体材料的研究进展半导体材料的发展趋势材料的使用和发展是标志人类进步的重要里程碑。其发展可以导致时代的变迁，推进人类的物质文明和社会进步。例如，“石器时代”、“铜器时代”和“铁器时代”等。言-石器时代以使用打制石器为标志的人类物质文化发展阶段，从距今约2随着人类的发展进步,发现了如何熔化铜，怎样加入锡，使其坚硬，这样就进行了人类的头部次冶金试验，并由石器时代进人铜器时代。铁器时代是人类发展史中一个极为重要的时代。人类蕞早发现和使用的铁，是天空中落下来的陨铁。地球上的天然铁是少见的，所以铁的冶炼和铁器的制造经历了一个很长的时期。当人们在冶炼青铜的基础上逐渐掌握了冶炼铁的技术之后，铁器时代就到来了。铁器坚硬、韧性高、锋利，胜过石器和青铜器。铁器的广泛使用，使人类的工具制造进入了一个全新的领域，生产力得到极大的提高。言-硅器时代?从石器时代、铜器时代，再到铁器时代。现在，没有哪一种技术像半导体技术那样迅速地改变着人们的生活方式、生产方式以及国家防御、战争方式乃至整个社会运行方式。半导体技术的发展直接依赖于半导体材料的开发、利用。半导体硅是发展IC产业的主要基础材料；硅和***化镓、磷化镓等多种化合物、固溶体半导体材料又为发展半导体光电子技术、电力电子技术、传感技术等高新技术所必不可少。以IC产业为例，它对国民经济发展的倍增效应十分显著，IC产业与信息产业及国民经济的带动关系%与IC相关，随着经济发展，这种依从关系将会越来越紧密。而且，以硅为原料的电子组件产值，早已超过了以钢为原料的产值，人类的历史因而正式进入了“硅器时代”。半导体材料是半导体科学的分支之一，它是半导体科学发展的物质基础。它的发展与半导体器件密切相关，半导体器件的需求是材料发展的动力，而材料质量的提高和新材料的出现，优化了器件的特性并促进新器件的研制。因此，半导体材料在半导体科学中乃至整个高新科技领域占有极为重要的地位。根据导电性质，将物质分为良导体（电阻率能带模型非严格定义认为：禁带宽度小于3V以下的固体为半导体，超过3年代初，由于量子力学的发展，提出了能带概念。固体能带论揭示了半导体的本质，为其后材料和器件的发展打下了坚实的理论基础。m范围；电阻率的温度系数是负的通常具有很高的热电势；具有整流效应；对光具有敏感性，能严生光伏效应或光电导效应。半导体材料有两种不同电荷类型的载流子，其数目比金属少但迁移率却较高。半导体电特性强烈地依赖于杂质!对常用半导体材料硅，室温下纯净硅的电阻m，若在其中掺入百万分之一的***，就可使材料的导电性能改变百万倍！。多种；而具有可变组分的、由元素半导体和化合物半导体所组成的相应的二元、三元、四元固溶体半导体可以说有无限多种。目前，研究得比较深入、而且制备工艺比较成熟、得到实际应用的半导体材料数量不过几十通常人们是按材料的组成和状态不同把材料分为无机半导体、有机半导体、元素半导体、化合物半导体等。无机半导体晶体材料无机半导体晶体材料包含元素半导体、化合物半导体及固溶体半导体。）元素半导体晶体：Si、Ge、Se等元素）化合物半导体及固溶体半导体化合物半导体InP、GaN、GaAs、InSb、InAsCdS、CdTe、CdSe、ZnSSiCGeS、SnTe、GeSe、PbS、PbTeAsSeSi是头部代半导体材料，集成电路中采用的Si片必须要有大的直径、高的晶体完整性、高的几何精度和高的洁净度。目前，世界电子级硅单晶材料的产量已超过1万吨，8英寸～1英寸硅片已广泛用于超大规模集成电路的制造，其中1英寸硅片约占IC用硅片的我国硅单晶材料以5英寸、6英寸为主，其生产能力在1吨左右，8英寸、1英寸硅单晶及抛光片，虽已具有小批量生产能力，但尚未应用于集成电路制造。硅外延材料产品主要是4英寸和5英寸的，6英寸外延片还未实现量产，8英寸硅外延片尚处起步阶段。8英寸、1英寸硅抛光片和外延片几乎全部依赖进口。头部代半导体材料：以锗Ge为代表的元素半导体材料；第二代半导体材料：以***化镓Ga为代表的化合物半导体材料；第三代半导体材料：以碳化硅、氮化镓Ga为代表的化合物半导体材料。由于SC和GaN材料的禁带宽度较S材料更宽，因而它们一般具有高的击穿电场、高的热导率、高的电子饱和速率及更高的抗辐射能力，因而更适合于制作高温、高频及大功率器件，故称这类材料为宽禁带半导体材料，也称高温半导体材料。、化学性能稳定、高硬度、抗磨损以及高键合能等优点。所以SC特别适合于制造高温、高频、高功率、抗辐射、抗腐蚀的电子器件。SC器件可用于航天、通信、海洋勘探、地震预报、石油钻井、机械加工、汽车电子化等重要领域。此外，六方SGaN基半导体材料是指由IN、GaN、AlN及其合金组成的族氮化物。它们是目前蕞重要一类宽禁带半导体，其主要应用领域包括：）当前在国内外非常受人瞩目的半导体照明是一种新型的高效、节能和环保光源，将取代目前使用的大部分传统光源，被称为2世纪照明光源的革命，而GaN基高效率、高亮度发光二极管LED的研制是实现半导体照明的核心技术和基时，我国首条用LED半导体照明装饰夜景的商业街正式亮灯（厦门中山路LED夜景照明工程）。LED半导体照明可以让夜景灯饰省电九成，LED半导体照明能耗只有普通照明的1，而寿命却可达1）DVD的光存储密度与作为读写器件的半导体激光器的波长的平方成反比，而GaN基短波长半导体激光器可以把当前使用的Ga基半导体激光器的DVD光存储密度提高4－5倍，将会成为光存储和处理的主流技术。）高温、高频、高功率微波器件是无线通信、国防等领域急需的电子器件，如果目前使用的微波功率管的输出功率密度提高一个数量级，微波器件的工作温度提高到3C，将解决航天航空用电子装备和民用移动通信系统的一系列难V的半导体材料称作窄带隙半导体。窄带隙半导体主要是-Te）等，还包括一些-族化合物，如HgTe、HgTe、HgTe和Hg窄带隙材料由于其禁带宽度小，对外界条件的影响比较灵敏，适用于制做敏感器件和探测器件。目前窄带隙半导体已经广泛用于红外光电探测、红外二维成像显示器、窄带可调激光器、霍尔器件、滋阻器件、热电和热磁器件等。今后一段时间内，半导体材料的发展趋势可概括如下:Si单晶作为主要半导体材料，其大直径化的进程仍将继续。直径450mm单晶已列入发展规划，直径680mm27in的单晶研制也已列入议事日程，微电子器件用GaAs，InP等也不断使用大直径晶片;对大尺寸Si晶片的几何尺寸精度和晶片表面质量要求越来越高，从而促进超精细晶片加工技术的发展;GaAs、InP、GaP等化合物半导体材料随着生产规模扩大、成本下降，其应用范围将不断扩大;SiC、GaN、金刚石等宽带隙材料是研制更高性能电力半导体器件和短波长光电器件GaN的重要材料, 这些材料制备工艺的成熟， 将有力促进电力半导体工业的发展, 也将促进大 功率、抗辐射、耐高温电子器件的研制、开发和 应用; 结构半导体材料的研制向实用化发展，使“能带工程”用于生产实践; 通过对半导体材料和相应器件设计的人工“裁剪” ，必将研制出更多、更高性能的新颖 电子、光 电子等 功能器件; 绝缘体上的硅材料、GaAsSi等异质外延材料 的发展以及Si微结构、材料的发展，将延长Si作 为主导半导体材料的“使用寿命”和扩展其应用领

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