半導(dǎo)體材料應(yīng)用精選(九篇)
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第1篇：半導(dǎo)體材料應(yīng)用范文
關(guān)鍵詞：電子科學(xué)技術(shù)；半導(dǎo)體材料；特征尺寸；發(fā)展；趨勢
1 對現(xiàn)階段我國電子科學(xué)技術(shù)發(fā)展進程向前推進的過程中所使用到的半導(dǎo)體材料進行分析
1.1 元素類半導(dǎo)體材料在我國電子科學(xué)技術(shù)發(fā)展初級階段得到了較為廣泛的應(yīng)用
作為出現(xiàn)最早并且得到了最為廣泛的應(yīng)用的第一代半導(dǎo)體材料，鍺、硅是其中典型性相對來說比較強的元素半導(dǎo)體材料，第一代半導(dǎo)體材料硅因為存儲量相對來說比較大、工藝也相對來說比較成熟，成為了現(xiàn)階段我國所生產(chǎn)出來的半導(dǎo)體設(shè)備中得到了最為廣泛的應(yīng)用，鍺元素是發(fā)現(xiàn)時間最早的一種半導(dǎo)體材料。在我國電子科學(xué)技術(shù)發(fā)展初級階段因其本身所具有的活潑，容易和半導(dǎo)體設(shè)備中所需要使用到的介電材料發(fā)生氧化還原反應(yīng)從而形成GEO，使半導(dǎo)體設(shè)備的性能受到一定程度的影響，致使人們在使用半導(dǎo)體設(shè)備的過程中出現(xiàn)各個層面相關(guān)問題的幾率是相對來說比較高的，并且鍺這種元素的產(chǎn)量相對于硅元素來說是比較少的，因此在我國電子科學(xué)技術(shù)發(fā)展初級階段對鍺這種半導(dǎo)體材料的研究力度是相對來說比較小的。但是在上個世紀八十年代的時候，鍺這種半導(dǎo)體材料在紅外光學(xué)領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用，并且發(fā)展速度是相對來說比較快的，在此之后，GE這種半導(dǎo)體材料在太陽能電池這個領(lǐng)域中也得到了較為廣泛的應(yīng)用。
1.2 對現(xiàn)階段我國電子科學(xué)技術(shù)發(fā)展進程向前推進的過程中所使用到大化合物半導(dǎo)體材料進行分析
現(xiàn)階段我國電子科學(xué)技術(shù)發(fā)展進程向前推進的過程中所使用到的化合物半導(dǎo)體一般情況下是可以分為第III和第V族化合物（例如在那個時期半導(dǎo)體設(shè)備中所經(jīng)常使用到的半導(dǎo)體材料GaAs Gap以及石墨烯等等），第II和第VI族化合物（例如在半導(dǎo)體設(shè)備中所經(jīng)常使用到的硫化鎘以及硫化鋅等等）、經(jīng)過了一定程度的氧化反應(yīng)后的化合物（Mn、Cu等相關(guān)元素經(jīng)過了一定程度的氧化反應(yīng)后形成的化合物）。在上文中所敘述的一些材料一般情況下都是屬于固態(tài)晶體半導(dǎo)體材料所包含的范疇之內(nèi)的，現(xiàn)階段我國電子科學(xué)技術(shù)發(fā)展進程向前推進的過程中研發(fā)出來的有機半導(dǎo)體與玻璃半導(dǎo)體等非晶體狀態(tài)的材料也逐漸成為了半導(dǎo)體設(shè)備中所經(jīng)常使用到的一種材料。
2 對現(xiàn)階段我國電子科學(xué)技術(shù)發(fā)展進程向前推進的過程中半導(dǎo)體材料使用階段發(fā)生變化的進行分析
在現(xiàn)階段我國半導(dǎo)體設(shè)備中所經(jīng)常使用到的半導(dǎo)體材料硅遵循著摩爾定律所提出的要求發(fā)展進程不斷的向前推進，現(xiàn)階段我國半導(dǎo)體設(shè)備中所使用到的硅的集成度已經(jīng)逐漸接近了極限范圍，現(xiàn)階段我國所研發(fā)出來的晶體管逐步向著10nm甚至7nm的特征尺寸逼近。但是因為硅材料本身在禁帶寬度、空穴遷移率等各個方面存在一定程度的問題，難以滿足現(xiàn)階段我國科學(xué)技術(shù)發(fā)展進程向前推進的過程中對半導(dǎo)體材料所提出的要求，在10nm這個節(jié)點范圍之中，GE/SIGE材料或許是可以代替硅材料成為半導(dǎo)體設(shè)備所需要使用到的主要材料的。在2015年的時候，IBM實驗室在和桑心以及紐約州立大學(xué)納米理工學(xué)院進行一定程度的相互合作之后推出了實際范圍內(nèi)首個7nm原型芯片，這一款芯片中所使用到的材料都是被人們稱作黑科技的“鍺硅”材料，取代了原本高純度硅元素在半導(dǎo)體材料中所占據(jù)的主導(dǎo)地位。
3 對現(xiàn)階段新興半導(dǎo)體材料的發(fā)展趨勢進行分析
因為在經(jīng)濟發(fā)展進程向前推進的背景之下，人們對半導(dǎo)體設(shè)備的性能所提出的要求也在不斷的提升，人們對半導(dǎo)體設(shè)備中所需要使用到的半導(dǎo)體材料在集成度、能耗水平以及成本等各個方面提出的要求到達了新的高度?，F(xiàn)階段，第三代半導(dǎo)體材料已經(jīng)之間的成為了半導(dǎo)體設(shè)備中使用到的主要材料之一，作為在第三代半導(dǎo)體材料中典型性相對來說比較強的材料：GaN、SIC以及zno等各種類型的材料在現(xiàn)階段發(fā)展進程向前推進的速度都是相對來說比較快的。
4 對現(xiàn)階段碳化硅這種材料的發(fā)展和在各個領(lǐng)域中得到的應(yīng)用進行分析
碳化硅是一種典型性相對來說比較高的在碳基化合物所包含的范圍之內(nèi)的半導(dǎo)體材料，其本身所具有的導(dǎo)熱性能相對于其它類型的半導(dǎo)體材料來說穩(wěn)定性是相對來說比較強的，所以在某些對散熱性要求相對來說比較高的領(lǐng)域中得到了較為廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)階段碳化硅這種半導(dǎo)體材料在太陽能電池、發(fā)電傳輸以及衛(wèi)星通信等各個領(lǐng)域中得到了比較深入的應(yīng)用，在此之外，碳化硅這種半導(dǎo)體材料在軍工行業(yè)中所得到的應(yīng)用也是相對來說比較深入的，在某些國防建設(shè)相關(guān)工作進行的過程中都使用到的了大量的碳化硅。因為和碳化硅這種材料相關(guān)的產(chǎn)業(yè)的數(shù)量是相對來說比較少的，現(xiàn)階段我國碳化硅行業(yè)發(fā)展進程向前推進的速度是相對來說比較緩慢的，但是現(xiàn)階段我國經(jīng)濟發(fā)展進程向前推進的過程中所重視的向著環(huán)境保護型的方向轉(zhuǎn)變，碳化硅材料能夠滿足這一要求，所以我國政府有關(guān)部門對碳化硅這一種創(chuàng)新型的半導(dǎo)體材料越發(fā)的重視了，隨著半導(dǎo)體行業(yè)整體發(fā)展進程不斷的向前推進，在不久的將來我國碳化硅行業(yè)的的發(fā)展一定會取得相對來說比較顯著的成果的。
5 對現(xiàn)階段我國所研發(fā)出來的創(chuàng)新型半導(dǎo)體材料氧化鋅的發(fā)展趨勢進行分析
作為一種創(chuàng)新型的半導(dǎo)體材料，氧化鋅在光學(xué)材料以及傳感器等各個領(lǐng)域中得到了較為廣泛的應(yīng)用，因為這種創(chuàng)新型的半導(dǎo)體材料具有反應(yīng)速度相對來說比較快、集成度相對來說比較高以及靈敏程度相對來說比較高等一系列的特點，和當前我國傳感器行業(yè)發(fā)展進程向前推進的過程中所遵循的微型化宗旨相適應(yīng)，因為氧化鋅這種創(chuàng)新型的半導(dǎo)體材料的原材料豐富程度是相對來說比較高的、環(huán)保性相對來說比較強、價格相對來說比較低，所以氧化鋅這種創(chuàng)新型的半導(dǎo)體材料在未來的發(fā)展前景是相對來說比較廣闊的。
6 結(jié)束語
現(xiàn)階段我國經(jīng)濟發(fā)展進程向前推進的速度是相對來說比較穩(wěn)定的，并且當今我國所處的時代是一個知識經(jīng)濟的時代，人們對半導(dǎo)體設(shè)備中所需要使用到的半導(dǎo)體材料提出了更高的要求，針對半導(dǎo)體設(shè)備中所需要使用到的半導(dǎo)體材料展開的相關(guān)研究工作的力度也得到了一定程度的提升，摩爾定律在現(xiàn)階段電子科學(xué)技術(shù)發(fā)展進程向前推進的過程中仍然是適用的，隨著人們針對半導(dǎo)體材料展開的研究相關(guān)工作得到了一定的成果，使用創(chuàng)新型半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體設(shè)備的性能得到了大幅度的提升，相信在不久的將來，半導(dǎo)體材料市場的變化是相對來說比較大的。
參考文獻
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第2篇：半導(dǎo)體材料應(yīng)用范文
【關(guān)鍵詞】電子化工材料 半導(dǎo)體材料 晶體生長技術(shù)
半導(dǎo)體材料的發(fā)展，是在器件需要的基礎(chǔ)上進行的，但從另一個角度來看，隨著半導(dǎo)體新材料的出現(xiàn)，也推動了半導(dǎo)體新器件的發(fā)展。近幾年，電子器件發(fā)展的多朝向體積小、頻率高、功率大、速度快等幾個方面[1]。除了這些之外，還要求新材料能夠耐輻射、耐高溫。想要滿足這些條件，就要對材料的物理性能加大要求，同時，也與材料的制備，也就是晶體生長技術(shù)有關(guān)。因此，在半導(dǎo)體材料的發(fā)展過程中，不僅要發(fā)展擁有特殊優(yōu)越性能的品種，還要對晶體發(fā)展的新技術(shù)進行研究開發(fā)。
1 半導(dǎo)體電子器件需要的材料1.1 固體組件所需材料
目前，半導(dǎo)體電子所需要的材料依然是以鍺、硅為主要的材料，但是所用材料的制備方法卻不一樣，有的器件需要使用拉制的材料，還有的器件需要外延的材料，采用外延硅單晶薄膜制造的固體組件，有對制造微電路有著十分重要的作用。
1.2 快速器件所需材料
利用硅外延單晶薄膜或者外延鍺的同質(zhì)結(jié)，可以制造快速開關(guān)管。外延薄膜單晶少數(shù)載流子只能存活幾個微秒[2]，在制造快速開關(guān)管的時候，采用外延單晶薄膜來制造，就可以解決基區(qū)薄的問題。
1.3 超高頻和大功率晶體管的材料
超高頻晶體管對材料的載流子有一定的要求，材料載流子的遷移率要大，在當前看來，鍺就是一種不錯的材料，砷化鎵也是一種較好的材料，不過要先將晶體管的設(shè)計以及制造工藝進行改變。大功率的晶體管就對材料的禁帶寬度有了一定的要求，硅的禁帶寬度就要大于鍺的禁帶寬度，碳化硅、磷化鎵、砷化鎵等材料，也都具有一定的發(fā)展前途。如果想要制造超高頻的大功率晶體管，就會對材料的禁帶寬度以及載流子遷移率都有一定的要求。但是，目前所常用的化合物半導(dǎo)體以及元素半導(dǎo)體，都不能完全滿足要求，只有固溶體有一定的希望。例如，砷化鎵-磷化鎵固溶體中，磷化鎵的含量為5%，最高可以抵抗500℃以上的高溫，禁帶寬度為1.7eV，當載流子的濃度到達大約1017/cm3的時候，載流子的遷移率可以達到5000cm3/ v.s[3]，能夠滿足超高頻大功率晶體的需要。
1.4 耐熱的半導(dǎo)體材料
目前比較常見的材料主要有：氧化物、Ⅱ-Ⅵ族化合物、碳化硅和磷化鎵等。但是只有碳化硅的整流器、碳化硅的二極管以及磷化鎵的二極管能夠真正做出器件。因為材料本身的治療就比較差，所以做出的器件性能也不盡人意。所以，需要對耐高溫半導(dǎo)體材料的應(yīng)用進行更進一步的研究，滿足器件的要求。
1.5 耐輻射的半導(dǎo)體材料
在原子能方面以及星際航行方面所使用的半導(dǎo)體電子器件，要有很強的耐輻照性。想要使半導(dǎo)體電子器件具有耐輻照的性能，就要求半導(dǎo)體所用的材料是耐輻照的。近幾年來，有許多國家都對半導(dǎo)體材料與輻照之間的關(guān)系進行了研究，研究的材料通常都是硅和鍺，但是硅和鍺的耐輻射性能并不理想。據(jù)研究表明，碳化硅具有較好的耐輻照性，不過材料的摻雜元素不同，晶體生長的方式也就不一樣，耐輻照的性能也就不盡相同[4]，這個問題還需要進一步研究。
2 晶體生長技術(shù)
2.1 外延單晶薄膜生長的技術(shù)
近年來，固體組件發(fā)展非常迅速，材料外延的雜質(zhì)控制是非常嚴格的，由于器件制造用光刻技術(shù)之后，對外延片的平整度要求也較高，在技術(shù)上還存在著許多不足。除了硅和鍺的外延之外，單晶薄膜也逐漸開展起來。使用外延單晶制造的激光器，可以在室內(nèi)的溫度下相干，這對軍用激光器的制造有著重要的意義。
2.2 片狀晶體的制備
在1964年的國際半導(dǎo)體會議中，展出了鍺的薄片單晶，這個單晶長為2米，寬為8至9毫米，厚為0.3至0.5毫米，每一米長內(nèi)厚度的波動在100微米以內(nèi)，單晶的表面非常光滑并且平整，位錯的密度為零[5]。如果在制造晶體管的時候，使用這種單晶薄片，就可以免去切割、拋光等步驟，不僅能夠減少材料的浪費，還可以提升晶體表面的完整程度，從而提高晶體管的性能，增加單晶的利用率。對費用的控制有重要的意義。
3 半導(dǎo)體材料的展望
3.1 元素半導(dǎo)體
到目前為止，硅、鍺單晶制備都得到了很大程度的發(fā)展，晶體的均勻性和完整性也都達到了比較高的水平，在今后的發(fā)展過程中，要注意以下幾點：①對晶體生長條件的控制要更加嚴格；②注重晶體生長的新形式；③對摻雜元素的種類進行擴展。晶體非常重要的一方面就是其完整性，晶體的完整性對器件有著較大的影響，切割、研磨等步驟會破壞晶體的完整度，經(jīng)過腐蝕之后，平整度也會受到影響。片狀單晶的完整度和平整度都要優(yōu)于晶體，能夠避免晶體的缺陷。使用片狀單晶制造擴散器件，不僅能夠改善器件的電學(xué)性能，還可以降低器件表面的漏電率，所以，要對片狀單晶制備的研究進行加強。
3.2 化合物半導(dǎo)體
化合物半導(dǎo)體主要有砷化鎵單晶和碳化硅單晶。通過幾年的研究發(fā)展，砷化鎵單晶在各個方面都得到了顯著的提高，但是仍然與硅、鍺有很大的差距，因此，在今后要將砷化鎵質(zhì)量的提升作為研究中重要的一點，主要的工作內(nèi)容有：①改進單晶制備的技術(shù)，提高單晶的完整度和均勻度；②提高砷化鎵的純度；③提高晶體制備容器的純度；④通過多種渠道對晶體生長和引入的缺陷進行研究；⑤分析雜質(zhì)在砷化鎵中的行為，對高阻砷化鎵的來源進行研究[6]。對碳化硅單晶的研制則主要是在完整性、均勻性以及純度等三個方面進行。
4 結(jié)論
半導(dǎo)體器件的性能直接受半導(dǎo)體材料的質(zhì)量的影響，半導(dǎo)體材料也對半導(dǎo)體的研究工作有著重要的意義。想要提高半導(dǎo)體材料的質(zhì)量，就要將工作的質(zhì)量提高，提高超微量分析的水平，有利于元素純度的提高，得到超純的元素。要提高單晶制備所使用容器的純度。還要對材料的性能以及制備方法加大研究，促進新材料的發(fā)展。半導(dǎo)體材料的發(fā)展也與材料的制備，也就是晶體生長技術(shù)有關(guān)。因此，在半導(dǎo)體材料的發(fā)展過程中，不僅要發(fā)展擁有特殊優(yōu)越性能的品種，也要對晶體發(fā)展的新技術(shù)進行研究開發(fā)。
參考文獻
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第3篇：半導(dǎo)體材料應(yīng)用范文
關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體材料 發(fā)展趨勢
中圖分類號：O47文獻標識碼： A 文章編號：
半導(dǎo)體信息功能材料和器件是信息科學(xué)技術(shù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)。半導(dǎo)體材料是最重要最有影響的功能材料之一，它在微電子領(lǐng)域具有獨占的地位，同時又是光電子領(lǐng)域的主要材料。半導(dǎo)體技術(shù)的迅速發(fā)展，必將深刻地影響著世界的政治、經(jīng)濟格局和軍事對抗的形式，徹底改變?nèi)藗兊纳罘绞健?/p>
一、幾種主流的半導(dǎo)體材料簡介
（一）半導(dǎo)體硅材料
硅是當前微電子技術(shù)的基礎(chǔ)材料，預(yù)計到本世紀中葉都不會改變。從提高硅集成電路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）單晶的直徑和減小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si發(fā)展的總趨勢。從進一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制適合于硅深亞微米乃至納米工藝所需的大直徑硅外延片會成為硅材料發(fā)展的主流。另外，SOI材料，包括智能剝離和SIMOX材料等也發(fā)展很快。理論分析指出30nm左右將是硅MOS集成電路線寬的“極限”尺寸。這不僅是指量子尺寸效應(yīng)對現(xiàn)有器件特性影響所帶來的物理限制和光刻技術(shù)的限制問題，更重要的是將受硅、SiO2自身性質(zhì)的限制。盡管人們正在積極尋找高K介電絕緣材料（如用Si3N4等來替代SiO2），低K介電互連材料，用Cu代替Al引線以及采用系統(tǒng)集成芯片技術(shù)等來提高ULSI的集成度、運算速度和功能，但硅將最終難以滿足人類不斷的對更大信息量需求。為此，人們除尋求基于全新原理的量子計算和DNA生物計算等之外，還把目光放在以GaAs、InP為基的化合物半導(dǎo)體材料，特別是二維超晶格、量子阱，一維量子線與零維量子點材料和可與硅平面工藝兼容GeSi合金材料等，這也是目前半導(dǎo)體材料研發(fā)的重點。
（二）半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料
以GaAs和InP為基的晶格匹配和應(yīng)變補償?shù)某Ц瘛⒘孔于宀牧弦寻l(fā)展得相當成熟，并成功地用來制造超高速、超高頻微電子器件和單片集成電路?；谏鲜霾牧象w系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探測器，紅、黃、橙光發(fā)光二極管和紅光激光器以及大功率半導(dǎo)體量子阱激光器已商品化；表面光發(fā)射器件和光雙穩(wěn)器件等也已達到或接近達到實用化水平。目前，研制高質(zhì)量的1.5μm分布反饋（DFB）激光器和電吸收（EA）調(diào)制器單片集成InP基多量子阱材料和超高速驅(qū)動電路所需的低維結(jié)構(gòu)材料是解決光纖通信瓶頸問題的關(guān)鍵。另外，用于制造準連續(xù)兆瓦級大功率激光陣列的高質(zhì)量量子阱材料也受到人們的重視。目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作為超薄層微結(jié)構(gòu)材料發(fā)展的主流方向，正從直徑3英寸向4英寸過渡；生產(chǎn)型的MBE和M0CVD設(shè)備已研制成功并投入使用，每臺年生產(chǎn)能力可高達3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英、法、美、日等尖端科技公司等都有這種外延材料出售。生產(chǎn)型MBE和MOCVD設(shè)備的成熟與應(yīng)用，必然促進襯底材料設(shè)備和材料評價技術(shù)的發(fā)展。
（三）光子晶體半導(dǎo)體材料及其發(fā)展趨勢
光子晶體是一種人工微結(jié)構(gòu)材料，介電常數(shù)周期的被調(diào)制在與工作波長相比擬的尺度，來自結(jié)構(gòu)單元的散射波的多重干涉形成一個光子帶隙，與半導(dǎo)體材料的電子能隙相似，并可用類似于固態(tài)晶體中的能帶論來描述三維周期介電結(jié)構(gòu)中光波的傳播，相應(yīng)光子晶體光帶隙（禁帶）能量的光波模式在其中的傳播是被禁止的。如果光子晶體的周期性被破壞，那么在禁帶中也會引入所謂的“施主”和“受主”模，光子態(tài)密度隨光子晶體維度降低而量子化。如三維受限的“受主”摻雜的光子晶體有希望制成非常高Q值的單模微腔，從而為研制高質(zhì)量微腔激光器開辟新的途徑。光子晶體的制備方法主要有：聚焦離子束（FIB）結(jié)合脈沖激光蒸發(fā)方法，即先用脈沖激光蒸發(fā)制備如Ag/MnO多層膜，再用FIB注入隔離形成一維或二維平面陣列光子晶體；基于功能粒子（磁性納米顆粒Fe2O3，發(fā)光納米顆粒CdS和介電納米顆粒TiO2）和共軛高分子的自組裝方法，可形成適用于可光范圍的三維納米顆粒光子晶體；二維多空硅也可制作成一個理想的3－5μm和1.5μm光子帶隙材料等。目前，二維光子晶體制造已取得很大進展，但三維光子晶體的研究，仍是一個具有挑戰(zhàn)性的課題。有科學(xué)家提出了全息光柵光刻的方法來制造三維光子晶體，并取得了進展。
第4篇：半導(dǎo)體材料應(yīng)用范文
關(guān)鍵詞半導(dǎo)體材料量子線量子點材料光子晶體
1半導(dǎo)體材料的戰(zhàn)略地位
上世紀中葉，單晶硅和半導(dǎo)體晶體管的發(fā)明及其硅集成電路的研制成功，導(dǎo)致了電子工業(yè)革命；上世紀70年代初石英光導(dǎo)纖維材料和GaAs激光器的發(fā)明，促進了光纖通信技術(shù)迅速發(fā)展并逐步形成了高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，使人類進入了信息時代。超晶格概念的提出及其半導(dǎo)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(shè)計思想，使半導(dǎo)體器件的設(shè)計與制造從“雜質(zhì)工程”發(fā)展到“能帶工程”。納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控制、操縱和制造功能強大的新型器件與電路，必將深刻地影響著世界的政治、經(jīng)濟格局和軍事對抗的形式，徹底改變?nèi)藗兊纳罘绞健?/p>
2幾種主要半導(dǎo)體材料的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢
2.1硅材料
從提高硅集成電路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）單晶的直徑和減小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si發(fā)展的總趨勢。目前直徑為8英寸（200mm）的Si單晶已實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，基于直徑為12英寸（300mm）硅片的集成電路（IC‘s）技術(shù)正處在由實驗室向工業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)變中。目前300mm，0.18μm工藝的硅ULSI生產(chǎn)線已經(jīng)投入生產(chǎn)，300mm，0.13μm工藝生產(chǎn)線也將在2003年完成評估。18英寸重達414公斤的硅單晶和18英寸的硅園片已在實驗室研制成功，直徑27英寸硅單晶研制也正在積極籌劃中。
從進一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制適合于硅深亞微米乃至納米工藝所需的大直徑硅外延片會成為硅材料發(fā)展的主流。另外，SOI材料，包括智能剝離（Smartcut）和SIMOX材料等也發(fā)展很快。目前，直徑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開發(fā)中。
理論分析指出30nm左右將是硅MOS集成電路線寬的“極限”尺寸。這不僅是指量子尺寸效應(yīng)對現(xiàn)有器件特性影響所帶來的物理限制和光刻技術(shù)的限制問題，更重要的是將受硅、SiO2自身性質(zhì)的限制。盡管人們正在積極尋找高K介電絕緣材料（如用Si3N4等來替代SiO2），低K介電互連材料，用Cu代替Al引線以及采用系統(tǒng)集成芯片技術(shù)等來提高ULSI的集成度、運算速度和功能，但硅將最終難以滿足人類不斷的對更大信息量需求。為此，人們除尋求基于全新原理的量子計算和DNA生物計算等之外，還把目光放在以GaAs、InP為基的化合物半導(dǎo)體材料，特別是二維超晶格、量子阱，一維量子線與零維量子點材料和可與硅平面工藝兼容GeSi合金材料等，這也是目前半導(dǎo)體材料研發(fā)的重點。
2.2GaAs和InP單晶材料
GaAs和InP與硅不同，它們都是直接帶隙材料，具有電子飽和漂移速度高，耐高溫，抗輻照等特點；在超高速、超高頻、低功耗、低噪音器件和電路，特別在光電子器件和光電集成方面占有獨特的優(yōu)勢。
目前，世界GaAs單晶的總年產(chǎn)量已超過200噸，其中以低位錯密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生長的2－3英寸的導(dǎo)電GaAs襯底材料為主；近年來，為滿足高速移動通信的迫切需求，大直徑（4，6和8英寸）的SI－GaAs發(fā)展很快。美國莫托羅拉公司正在籌建6英寸的SI－GaAs集成電路生產(chǎn)線。InP具有比GaAs更優(yōu)越的高頻性能，發(fā)展的速度更快，但研制直徑3英寸以上大直徑的InP單晶的關(guān)鍵技術(shù)尚未完全突破，價格居高不下。
GaAs和InP單晶的發(fā)展趨勢是：
（1）。增大晶體直徑，目前4英寸的SI－GaAs已用于生產(chǎn)，預(yù)計本世紀初的頭幾年直徑為6英寸的SI－GaAs也將投入工業(yè)應(yīng)用。
（2）。提高材料的電學(xué)和光學(xué)微區(qū)均勻性。
（3）。降低單晶的缺陷密度，特別是位錯。
（4）。GaAs和InP單晶的VGF生長技術(shù)發(fā)展很快，很有可能成為主流技術(shù)。
2.3半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料
半導(dǎo)體超薄層微結(jié)構(gòu)材料是基于先進生長技術(shù)（MBE，MOCVD）的新一代人工構(gòu)造材料。它以全新的概念改變著光電子和微電子器件的設(shè)計思想，出現(xiàn)了“電學(xué)和光學(xué)特性可剪裁”為特征的新范疇，是新一代固態(tài)量子器件的基礎(chǔ)材料。
（1）Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料。
GaAIAs／GaAs，GaInAs／GaAs，AIGaInP／GaAs；GalnAs／InP，AlInAs／InP，InGaAsP／InP等GaAs、InP基晶格匹配和應(yīng)變補償材料體系已發(fā)展得相當成熟，已成功地用來制造超高速，超高頻微電子器件和單片集成電路。高電子遷移率晶體管（HEMT），贗配高電子遷移率晶體管（P－HEMT）器件最好水平已達fmax=600GHz，輸出功率58mW，功率增益6.4db；雙異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HBT）的最高頻率fmax也已高達500GHz，HEMT邏輯電路研制也發(fā)展很快。基于上述材料體系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探測器，紅、黃、橙光發(fā)光二極管和紅光激光器以及大功率半導(dǎo)體量子阱激光器已商品化；表面光發(fā)射器件和光雙穩(wěn)器件等也已達到或接近達到實用化水平。目前，研制高質(zhì)量的1.5μm分布反饋（DFB）激光器和電吸收（EA）調(diào)制器單片集成InP基多量子阱材料和超高速驅(qū)動電路所需的低維結(jié)構(gòu)材料是解決光纖通信瓶頸問題的關(guān)鍵，在實驗室西門子公司已完成了80×40Gbps傳輸40km的實驗。另外，用于制造準連續(xù)兆瓦級大功率激光陣列的高質(zhì)量量子阱材料也受到人們的重視。
雖然常規(guī)量子阱結(jié)構(gòu)端面發(fā)射激光器是目前光電子領(lǐng)域占統(tǒng)治地位的有源器件，但由于其有源區(qū)極?。ā?.01μm）端面光電災(zāi)變損傷，大電流電熱燒毀和光束質(zhì)量差一直是此類激光器的性能改善和功率提高的難題。采用多有源區(qū)量子級聯(lián)耦合是解決此難題的有效途徑之一。我國早在1999年，就研制成功980nmInGaAs帶間量子級聯(lián)激光器，輸出功率達5W以上；2000年初，法國湯姆遜公司又報道了單個激光器準連續(xù)輸出功率超過10瓦好結(jié)果。最近，我國的科研工作者又提出并開展了多有源區(qū)縱向光耦合垂直腔面發(fā)射激光器研究，這是一種具有高增益、極低閾值、高功率和高光束質(zhì)量的新型激光器，在未來光通信、光互聯(lián)與光電信息處理方面有著良好的應(yīng)用前景。
為克服PN結(jié)半導(dǎo)體激光器的能隙對激光器波長范圍的限制，1994年美國貝爾實驗室發(fā)明了基于量子阱內(nèi)子帶躍遷和阱間共振隧穿的量子級聯(lián)激光器，突破了半導(dǎo)體能隙對波長的限制。自從1994年InGaAs／InAIAs／InP量子級聯(lián)激光器（QCLs）發(fā)明以來，Bell實驗室等的科學(xué)家，在過去的7年多的時間里，QCLs在向大功率、高溫和單膜工作等研究方面取得了顯著的進展。2001年瑞士Neuchatel大學(xué)的科學(xué)家采用雙聲子共振和三量子阱有源區(qū)結(jié)構(gòu)使波長為9.1μm的QCLs的工作溫度高達312K，連續(xù)輸出功率3mW.量子級聯(lián)激光器的工作波長已覆蓋近紅外到遠紅外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光譜、超高靈敏氣體傳感器、高速調(diào)制器和無線光學(xué)連接等方面顯示出重要的應(yīng)用前景。中科院上海微系統(tǒng)和信息技術(shù)研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子級聯(lián)激光器；中科院半導(dǎo)體研究所于2000年又研制成功3.7μm室溫準連續(xù)應(yīng)變補償量子級聯(lián)激光器，使我國成為能研制這類高質(zhì)量激光器材料為數(shù)不多的幾個國家之一。
目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作為超薄層微結(jié)構(gòu)材料發(fā)展的主流方向，正從直徑3英寸向4英寸過渡；生產(chǎn)型的MBE和M0CVD設(shè)備已研制成功并投入使用，每臺年生產(chǎn)能力可高達3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英國卡迪夫的MOCVD中心，法國的PicogigaMBE基地，美國的QED公司，Motorola公司，日本的富士通，NTT，索尼等都有這種外延材料出售。生產(chǎn)型MBE和MOCVD設(shè)備的成熟與應(yīng)用，必然促進襯底材料設(shè)備和材料評價技術(shù)的發(fā)展。
（2）硅基應(yīng)變異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。
硅基光、電器件集成一直是人們所追求的目標。但由于硅是間接帶隙，如何提高硅基材料發(fā)光效率就成為一個亟待解決的問題。雖經(jīng)多年研究，但進展緩慢。人們目前正致力于探索硅基納米材料（納米Si／SiO2），硅基SiGeC體系的Si1－yCy/Si1－xGex低維結(jié)構(gòu)，Ge／Si量子點和量子點超晶格材料，Si／SiC量子點材料，GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED發(fā)光器件和有關(guān)納米硅的受激放大現(xiàn)象的報道，使人們看到了一線希望。
另一方面，GeSi／Si應(yīng)變層超晶格材料，因其在新一代移動通信上的重要應(yīng)用前景，而成為目前硅基材料研究的主流。Si/GeSiMODFET和MOSFET的最高截止頻率已達200GHz，HBT最高振蕩頻率為160GHz，噪音在10GHz下為0.9db，其性能可與GaAs器件相媲美。
盡管GaAs／Si和InP／Si是實現(xiàn)光電子集成理想的材料體系，但由于晶格失配和熱膨脹系數(shù)等不同造成的高密度失配位錯而導(dǎo)致器件性能退化和失效，防礙著它的使用化。最近，Motolora等公司宣稱，他們在12英寸的硅襯底上，用鈦酸鍶作協(xié)變層（柔性層），成功的生長了器件級的GaAs外延薄膜，取得了突破性的進展。
2.4一維量子線、零維量子點半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料
基于量子尺寸效應(yīng)、量子干涉效應(yīng)，量子隧穿效應(yīng)和庫侖阻效應(yīng)以及非線性光學(xué)效應(yīng)等的低維半導(dǎo)體材料是一種人工構(gòu)造（通過能帶工程實施）的新型半導(dǎo)體材料，是新一代微電子、光電子器件和電路的基礎(chǔ)。它的發(fā)展與應(yīng)用，極有可能觸發(fā)新的技術(shù)革命。
目前低維半導(dǎo)體材料生長與制備主要集中在幾個比較成熟的材料體系上，如GaAlAs／GaAs，In（Ga）As／GaAs，InGaAs／InAlAs／GaAs，InGaAs／InP，In（Ga）As／InAlAs／InP，InGaAsP／InAlAs／InP以及GeSi／Si等，并在納米微電子和光電子研制方面取得了重大進展。俄羅斯約飛技術(shù)物理所MBE小組，柏林的俄德聯(lián)合研制小組和中科院半導(dǎo)體所半導(dǎo)體材料科學(xué)重點實驗室的MBE小組等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子點激光器，工作波長lμm左右，單管室溫連續(xù)輸出功率高達3.6～4W.特別應(yīng)當指出的是我國上述的MBE小組，2001年通過在高功率量子點激光器的有源區(qū)材料結(jié)構(gòu)中引入應(yīng)力緩解層，抑制了缺陷和位錯的產(chǎn)生，提高了量子點激光器的工作壽命，室溫下連續(xù)輸出功率為1W時工作壽命超過5000小時，這是大功率激光器的一個關(guān)鍵參數(shù)，至今未見國外報道。
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半導(dǎo)體材料研究的新進展
在單電子晶體管和單電子存貯器及其電路的研制方面也獲得了重大進展，1994年日本NTT就研制成功溝道長度為30nm納米單電子晶體管，并在150K觀察到柵控源－漏電流振蕩；1997年美國又報道了可在室溫工作的單電子開關(guān)器件，1998年Yauo等人采用0.25微米工藝技術(shù)實現(xiàn)了128Mb的單電子存貯器原型樣機的制造，這是在單電子器件在高密度存貯電路的應(yīng)用方面邁出的關(guān)鍵一步。目前，基于量子點的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)計算機，單光子源和應(yīng)用于量子計算的量子比特的構(gòu)建等方面的研究也正在進行中。
與半導(dǎo)體超晶格和量子點結(jié)構(gòu)的生長制備相比，高度有序的半導(dǎo)體量子線的制備技術(shù)難度較大。中科院半導(dǎo)體所半導(dǎo)體材料科學(xué)重點實驗室的MBE小組，在繼利用MBE技術(shù)和SK生長模式，成功地制備了高空間有序的InAs／InAI（Ga）As／InP的量子線和量子線超晶格結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對InAs／InAlAs量子線超晶格的空間自對準（垂直或斜對準）的物理起因和生長控制進行了研究，取得了較大進展。
王中林教授領(lǐng)導(dǎo)的喬治亞理工大學(xué)的材料科學(xué)與工程系和化學(xué)與生物化學(xué)系的研究小組，基于無催化劑、控制生長條件的氧化物粉末的熱蒸發(fā)技術(shù)，成功地合成了諸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半導(dǎo)體氧化物納米帶，它們與具有圓柱對稱截面的中空納米管或納米線不同，這些原生的納米帶呈現(xiàn)出高純、結(jié)構(gòu)均勻和單晶體，幾乎無缺陷和位錯；納米線呈矩形截面，典型的寬度為20－300nm，寬厚比為5－10，長度可達數(shù)毫米。這種半導(dǎo)體氧化物納米帶是一個理想的材料體系，可以用來研究載流子維度受限的輸運現(xiàn)象和基于它的功能器件制造。香港城市大學(xué)李述湯教授和瑞典隆德大學(xué)固體物理系納米中心的LarsSamuelson教授領(lǐng)導(dǎo)的小組，分別在SiO2／Si和InAs／InP半導(dǎo)體量子線超晶格結(jié)構(gòu)的生長制各方面也取得了重要進展。
低維半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制備的方法很多，主要有：微結(jié)構(gòu)材料生長和精細加工工藝相結(jié)合的方法，應(yīng)變自組裝量子線、量子點材料生長技術(shù)，圖形化襯底和不同取向晶面選擇生長技術(shù)，單原子操縱和加工技術(shù)，納米結(jié)構(gòu)的輻照制備技術(shù)，及其在沸石的籠子中、納米碳管和溶液中等通過物理或化學(xué)方法制備量子點和量子線的技術(shù)等。目前發(fā)展的主要趨勢是尋找原子級無損傷加工方法和納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)變自組裝可控生長技術(shù)，以求獲得大小、形狀均勻、密度可控的無缺陷納米結(jié)構(gòu)。
2.5寬帶隙半導(dǎo)體材料
寬帶隙半導(dǎo)體材主要指的是金剛石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶體等，特別是SiC、GaN和金剛石薄膜等材料，因具有高熱導(dǎo)率、高電子飽和漂移速度和大臨界擊穿電壓等特點，成為研制高頻大功率、耐高溫、抗輻照半導(dǎo)體微電子器件和電路的理想材料；在通信、汽車、航空、航天、石油開采以及國防等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。另外，III族氮化物也是很好的光電子材料，在藍、綠光發(fā)光二極管（LED）和紫、藍、綠光激光器（LD）以及紫外探測器等應(yīng)用方面也顯示了廣泛的應(yīng)用前景。隨著1993年GaN材料的P型摻雜突破，GaN基材料成為藍綠光發(fā)光材料的研究熱點。目前，GaN基藍綠光發(fā)光二極管己商品化，GaN基LD也有商品出售，最大輸出功率為0.5W.在微電子器件研制方面，GaN基FET的最高工作頻率（fmax）已達140GHz，fT=67GHz，跨導(dǎo)為260ms／mm；HEMT器件也相繼問世，發(fā)展很快。此外，256×256GaN基紫外光電焦平面陣列探測器也已研制成功。特別值得提出的是，日本Sumitomo電子工業(yè)有限公司2000年宣稱，他們采用熱力學(xué)方法已研制成功2英寸GaN單晶材料，這將有力的推動藍光激光器和GaN基電子器件的發(fā)展。另外，近年來具有反常帶隙彎曲的窄禁帶InAsN，InGaAsN，GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重視，這是因為它們在長波長光通信用高T0光源和太陽能電池等方面顯示了重要應(yīng)用前景。
以Cree公司為代表的體SiC單晶的研制已取得突破性進展，2英寸的4H和6HSiC單晶與外延片，以及3英寸的4HSiC單晶己有商品出售；以SiC為GaN基材料襯低的藍綠光LED業(yè)已上市，并參于與以藍寶石為襯低的GaN基發(fā)光器件的竟爭。其他SiC相關(guān)高溫器件的研制也取得了長足的進步。目前存在的主要問題是材料中的缺陷密度高，且價格昂貴。
II－VI族蘭綠光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美國3M公司成功地解決了II－VI族的P型摻雜難點而得到迅速發(fā)展。1991年3M公司利用MBE技術(shù)率先宣布了電注入（Zn，Cd）Se／ZnSe蘭光激光器在77K（495nm）脈沖輸出功率100mW的消息，開始了II－VI族蘭綠光半導(dǎo)體激光（材料）器件研制的。經(jīng)過多年的努力，目前ZnSe基II－VI族蘭綠光激光器的壽命雖已超過1000小時，但離使用差距尚大，加之GaN基材料的迅速發(fā)展和應(yīng)用，使II－VI族蘭綠光材料研制步伐有所變緩。提高有源區(qū)材料的完整性，特別是要降低由非化學(xué)配比導(dǎo)致的點缺陷密度和進一步降低失配位錯和解決歐姆接觸等問題，仍是該材料體系走向?qū)嵱没氨仨氁鉀Q的問題。
寬帶隙半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料往往也是典型的大失配異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，所謂大失配異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料是指晶格常數(shù)、熱膨脹系數(shù)或晶體的對稱性等物理參數(shù)有較大差異的材料體系，如GaN／藍寶石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引發(fā)界面處大量位錯和缺陷的產(chǎn)生，極大地影響著微結(jié)構(gòu)材料的光電性能及其器件應(yīng)用。如何避免和消除這一負面影響，是目前材料制備中的一個迫切要解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。這個問題的解泱，必將大大地拓寬材料的可選擇余地，開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域。
目前，除SiC單晶襯低材料，GaN基藍光LED材料和器件已有商品出售外，大多數(shù)高溫半導(dǎo)體材料仍處在實驗室研制階段，不少影響這類材料發(fā)展的關(guān)鍵問題，如GaN襯底，ZnO單晶簿膜制備，P型摻雜和歐姆電極接觸，單晶金剛石薄膜生長與N型摻雜，II－VI族材料的退化機理等仍是制約這些材料實用化的關(guān)鍵問題，國內(nèi)外雖已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。
3光子晶體
光子晶體是一種人工微結(jié)構(gòu)材料，介電常數(shù)周期的被調(diào)制在與工作波長相比擬的尺度，來自結(jié)構(gòu)單元的散射波的多重干涉形成一個光子帶隙，與半導(dǎo)體材料的電子能隙相似，并可用類似于固態(tài)晶體中的能帶論來描述三維周期介電結(jié)構(gòu)中光波的傳播，相應(yīng)光子晶體光帶隙（禁帶）能量的光波模式在其中的傳播是被禁止的。如果光子晶體的周期性被破壞，那么在禁帶中也會引入所謂的“施主”和“受主”模，光子態(tài)密度隨光子晶體維度降低而量子化。如三維受限的“受主”摻雜的光子晶體有希望制成非常高Q值的單模微腔，從而為研制高質(zhì)量微腔激光器開辟新的途徑。光子晶體的制備方法主要有：聚焦離子束（FIB）結(jié)合脈沖激光蒸發(fā)方法，即先用脈沖激光蒸發(fā)制備如Ag/MnO多層膜，再用FIB注入隔離形成一維或二維平面陣列光子晶體；基于功能粒子（磁性納米顆粒Fe2O3，發(fā)光納米顆粒CdS和介電納米顆粒TiO2）和共軛高分子的自組裝方法，可形成適用于可光范圍的三維納米顆粒光子晶體；二維多空硅也可制作成一個理想的3－5μm和1.5μm光子帶隙材料等。目前，二維光子晶體制造已取得很大進展，但三維光子晶體的研究，仍是一個具有挑戰(zhàn)性的課題。最近，Campbell等人提出了全息光柵光刻的方法來制造三維光子晶體，取得了進展。
4量子比特構(gòu)建與材料
隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，計算機芯片集成度不斷增高，器件尺寸越來越小（nm尺度）并最終將受到器件工作原理和工藝技術(shù)限制，而無法滿足人類對更大信息量的需求。為此，發(fā)展基于全新原理和結(jié)構(gòu)的功能強大的計算機是21世紀人類面臨的巨大挑戰(zhàn)之一。1994年Shor基于量子態(tài)疊加性提出的量子并行算法并證明可輕而易舉地破譯目前廣泛使用的公開密鑰Rivest，Shamir和Adlman（RSA）體系，引起了人們的廣泛重視。
所謂量子計算機是應(yīng)用量子力學(xué)原理進行計的裝置，理論上講它比傳統(tǒng)計算機有更快的運算速度，更大信息傳遞量和更高信息安全保障，有可能超越目前計算機理想極限。實現(xiàn)量子比特構(gòu)造和量子計算機的設(shè)想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一個實現(xiàn)大規(guī)模量子計算的方案。其核心是利用硅納米電子器件中磷施主核自旋進行信息編碼，通過外加電場控制核自旋間相互作用實現(xiàn)其邏輯運算，自旋測量是由自旋極化電子電流來完成，計算機要工作在mK的低溫下。
這種量子計算機的最終實現(xiàn)依賴于與硅平面工藝兼容的硅納米電子技術(shù)的發(fā)展。除此之外，為了避免雜質(zhì)對磷核自旋的干擾，必需使用高純（無雜質(zhì)）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅單晶；減小SiO2絕緣層的無序漲落以及如何在硅里摻入規(guī)則的磷原子陣列等是實現(xiàn)量子計算的關(guān)鍵。量子態(tài)在傳輸，處理和存儲過程中可能因環(huán)境的耦合（干擾），而從量子疊加態(tài)演化成經(jīng)典的混合態(tài)，即所謂失去相干，特別是在大規(guī)模計算中能否始終保持量子態(tài)間的相干是量子計算機走向?qū)嵱没八匦杩朔碾y題。
5發(fā)展我國半導(dǎo)體材料的幾點建議
鑒于我國目前的工業(yè)基礎(chǔ)，國力和半導(dǎo)體材料的發(fā)展水平，提出以下發(fā)展建議供參考。
5.1硅單晶和外延材料硅材料作為微電子技術(shù)的主導(dǎo)地位
至少到本世紀中葉都不會改變，至今國內(nèi)各大集成電路制造廠家所需的硅片基本上是依賴進口。目前國內(nèi)雖已可拉制8英寸的硅單晶和小批量生產(chǎn)6英寸的硅外延片，然而都未形成穩(wěn)定的批量生產(chǎn)能力，更談不上規(guī)模生產(chǎn)。建議國家集中人力和財力，首先開展8英寸硅單晶實用化和6英寸硅外延片研究開發(fā)，在“十五”的后期，爭取做到8英寸集成電路生產(chǎn)線用硅單晶材料的國產(chǎn)化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我國應(yīng)有8～12英寸硅單晶、片材和8英寸硅外延片的規(guī)模生產(chǎn)能力；更大直徑的硅單晶、片材和外延片也應(yīng)及時布點研制。另外，硅多晶材料生產(chǎn)基地及其相配套的高純石英、氣體和化學(xué)試劑等也必需同時給以重視，只有這樣，才能逐步改觀我國微電子技術(shù)的落后局面，進入世界發(fā)達國家之林。
5.2GaAs及其有關(guān)化合物半導(dǎo)體單晶材料發(fā)展建議
GaAs、InP等單晶材料同國外的差距主要表現(xiàn)在拉晶和晶片加工設(shè)備落后，沒有形成生產(chǎn)能力。相信在國家各部委的統(tǒng)一組織、領(lǐng)導(dǎo)下，并爭取企業(yè)介入，建立我國自己的研究、開發(fā)和生產(chǎn)聯(lián)合體，取各家之長，分工協(xié)作，到2010年趕上世界先進水平是可能的。要達到上述目的，到“十五”末應(yīng)形成以4英寸單晶為主2－3噸／年的SI－GaAs和3－5噸／年摻雜GaAs、InP單晶和開盒就用晶片的生產(chǎn)能力，以滿足我國不斷發(fā)展的微電子和光電子工業(yè)的需術(shù)。到2010年，應(yīng)當實現(xiàn)4英寸GaAs生產(chǎn)線的國產(chǎn)化，并具有滿足6英寸線的供片能力。
5.3發(fā)展超晶格、量子阱和一維、零維半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料的建議
（1）超晶格、量子阱材料從目前我國國力和我們已有的基礎(chǔ)出發(fā)，應(yīng)以三基色（超高亮度紅、綠和藍光）材料和光通信材料為主攻方向，并兼顧新一代微電子器件和電路的需求，加強MBE和MOCVD兩個基地的建設(shè)，引進必要的適合批量生產(chǎn)的工業(yè)型MBE和MOCVD設(shè)備并著重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP，GaN基藍綠光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料體系的實用化研究是當務(wù)之急，爭取在“十五”末，能滿足國內(nèi)2、3和4英寸GaAs生產(chǎn)線所需要的異質(zhì)結(jié)材料。到2010年，每年能具備至少100萬平方英寸MBE和MOCVD微電子和光電子微結(jié)構(gòu)材料的生產(chǎn)能力。達到本世紀初的國際水平。
寬帶隙高溫半導(dǎo)體材料如SiC，GaN基微電子材料和單晶金剛石薄膜以及ZnO等材料也應(yīng)擇優(yōu)布點，分別做好研究與開發(fā)工作。
（2）一維和零維半導(dǎo)體材料的發(fā)展設(shè)想?；诘途S半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料的固態(tài)納米量子器件，目前雖然仍處在預(yù)研階段，但極其重要，極有可能觸發(fā)微電子、光電子技術(shù)新的革命。低維量子器件的制造依賴于低維結(jié)構(gòu)材料生長和納米加工技術(shù)的進步，而納米結(jié)構(gòu)材料的質(zhì)量又很大程度上取決于生長和制備技術(shù)的水平。因而，集中人力、物力建設(shè)我國自己的納米科學(xué)與技術(shù)研究發(fā)展中心就成為了成敗的關(guān)鍵。具體目標是，“十五”末，在半導(dǎo)體量子線、量子點材料制備，量子器件研制和系統(tǒng)集成等若干個重要研究方向接近當時的國際先進水平；2010年在有實用化前景的量子點激光器，量子共振隧穿器件和單電子器件及其集成等研發(fā)方面，達到國際先進水平，并在國際該領(lǐng)域占有一席之地?？梢灶A(yù)料，它的實施必將極大地增強我國的經(jīng)濟和國防實力。
第5篇：半導(dǎo)體材料應(yīng)用范文
1月，奧巴馬宣布在北卡羅來納州成立電力電子半導(dǎo)體先進制造業(yè)創(chuàng)新中心。2月奧巴馬宣布，在底特律成立輕型金屬材料先進制造業(yè)創(chuàng)新中心，在芝加哥成立數(shù)碼科技和數(shù)據(jù)管理技術(shù)先進制造業(yè)創(chuàng)新中心。至此，連同2012年8月在俄亥俄州成立的增量制造（3D打?。┫冗M制造業(yè)創(chuàng)新中心，美國已擁有4家國家級先進制造業(yè)創(chuàng)新中心。美國奧巴馬政府2013年提出要成立15所國家級先進制造業(yè)創(chuàng)新中心，預(yù)計今年還會成立更多的美國國家級先進制造業(yè)創(chuàng)新中心。
國家先進制造創(chuàng)新中心的設(shè)想源于美國智庫布魯金斯學(xué)會“先進工業(yè)系列”研究項目。該研究指出，先進制造業(yè)事關(guān)國家長遠競爭力，是一個國家最具戰(zhàn)略性的創(chuàng)新，是發(fā)達國家經(jīng)濟發(fā)展的原動機。研究確定了先進制造業(yè)所涉及的17個領(lǐng)域，提出了以國家投資牽引，政府部門內(nèi)部競標，民間機構(gòu)一比一資金配套，組建“國家先進制造業(yè)創(chuàng)新中心”的基本模式。
美國媒體指出，“國家先進制造業(yè)創(chuàng)新中心”是德國模式的美國翻版，德國已建成60余所此類中心。奧巴馬在2013年宣布“國家先進制造業(yè)創(chuàng)新中心”計劃時稱，設(shè)立先進制造業(yè)創(chuàng)新中心，是學(xué)習(xí)德國經(jīng)驗，扶持美國制造業(yè)和鼓勵企業(yè)在本土投資。中心將把公司、大學(xué)、其他學(xué)術(shù)與培訓(xùn)實體與聯(lián)邦機構(gòu)聚在一起，共同投資技術(shù)領(lǐng)域，促進在美國的投資和生產(chǎn)。他說，“我不希望下一個能創(chuàng)造許多就業(yè)的重大發(fā)現(xiàn)、研究和技術(shù)落入德國、中國或日本手里。我希望它發(fā)生在美國?！?/p>
以最早成立的增量制造創(chuàng)新中心為例，成立時政府投入3000萬美元，民間機構(gòu)投資3900萬美元。民間機構(gòu)包括80家公司、9所研究性大學(xué)、6個社區(qū)學(xué)院和18個非贏利機構(gòu)。大學(xué)和制造商團隊將攜手開發(fā)3D打印程序的新工具、新用途和新理解。其中一個獲得資金支持的項目是與洛克希勒·馬丁等巨頭共同研發(fā)航空、醫(yī)療等領(lǐng)域零部件的3D打印制造。
電力電子半導(dǎo)體先進制造業(yè)創(chuàng)新中心整合了18家公司、6所大學(xué)和聯(lián)邦政府機構(gòu)的力量。輕質(zhì)金屬材料先進制造創(chuàng)新中心由60個世界領(lǐng)先的高強度鋼材制造廠商、大學(xué)和實驗室組成。數(shù)碼科技和數(shù)據(jù)管理技術(shù)先進制造業(yè)創(chuàng)新中心由73個企業(yè)、大學(xué)、非盈利組織和試驗室組成。
必須指出，美國“國家先進制造業(yè)創(chuàng)新中心”均定位在制造業(yè)的最高端。以電力電子半導(dǎo)體先進制造業(yè)創(chuàng)新中心為例，就定位在處于最前沿的第三代半導(dǎo)材料領(lǐng)域。
第6篇：半導(dǎo)體材料應(yīng)用范文
《投資者報》：盡管公司認為從半導(dǎo)體轉(zhuǎn)入光伏領(lǐng)域是由于兩者技術(shù)共通，但有投資者認為公司要么是盲目跟風(fēng)，要么是原來的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)做得不好了，你認為公司是被迫轉(zhuǎn)型還是順勢而為？
安艷清：公司轉(zhuǎn)型看上去很突然，但背后的邏輯是，IC半導(dǎo)體材料和光伏硅材料同屬半導(dǎo)體材料，是同種物質(zhì)的兩種用途存在方式。公司1988年就已經(jīng)開始從事太陽能級半導(dǎo)體材料的生產(chǎn)制造，因此公司只是將光伏領(lǐng)域的太陽能半導(dǎo)體材料實施了放大。而且，由于用于芯片的IC半導(dǎo)體材料在技術(shù)方面的要求遠高于用于太陽能電池的硅材料，因此在光伏領(lǐng)域有著技術(shù)方面的先天優(yōu)勢。
另外，公司專注于半導(dǎo)體硅材料的研發(fā)、生產(chǎn)和制造，是公司的主業(yè)，IC半導(dǎo)體材料不但沒有做不下去，而且做得非常好。在全球范圍內(nèi)我們的區(qū)熔單晶硅（FZ）綜合實力排名前三，2010年我們的市場份額為12%至18%，2011年底我們占全球區(qū)熔單晶硅（FZ）市場份額約為20%。
《投資者報》：國內(nèi)做半導(dǎo)體的企業(yè)不少，為何是中環(huán)率先掌握最領(lǐng)先的技術(shù)，你認為中環(huán)技術(shù)上的優(yōu)勢主要來自于哪些方面？
安艷清：一方面來自公司這些年在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域上的技術(shù)積淀。早在2002年，環(huán)歐公司在國內(nèi)率先采用多線切割技術(shù)切割半導(dǎo)體及太陽能硅片。2007年至2009年期間，環(huán)歐公司采用國內(nèi)領(lǐng)先的晶體生長模擬技術(shù)開始研發(fā)新一代的太陽能晶體生長技術(shù)及設(shè)備。
另一方面，也離不開公司總經(jīng)理沈浩平和技術(shù)團隊多年的潛心研究。沈總1983年物理系畢業(yè)時，畢業(yè)論文就是關(guān)于薄膜電池的研究，并在重量級學(xué)術(shù)刊物上刊載，此后沈總一直在中環(huán)旗下全資子公司環(huán)歐公司從事技術(shù)研發(fā)，即便后來擔任環(huán)歐公司副總經(jīng)理，他也一直在一線工作，堅持在一線工作19年。并帶出一大批技術(shù)骨干，形成了有著核心競爭力的團隊，這才是中環(huán)技術(shù)不斷創(chuàng)新和升級的最重要源泉。
《投資者報》：目前光伏行業(yè)一片慘淡，中環(huán)股份受到的沖擊有多大？你如何看待這次光伏行業(yè)調(diào)整？
安艷清：這個行業(yè)前期是一窩蜂式涌入的跟風(fēng)行業(yè)，只要有資金，各行各業(yè)的人都可以進入，不管是專業(yè)的還是非專業(yè)的，大家都能賺到錢。在這樣的時候，像我們這樣擁有技術(shù)優(yōu)勢但規(guī)模不太大的企業(yè)是體現(xiàn)不出優(yōu)勢的，只有那些大規(guī)模生產(chǎn)的企業(yè)才有優(yōu)勢。但這樣一個人人參與人人賺錢的行業(yè)一定是不正常的，調(diào)整和洗牌是必然的。
現(xiàn)在中環(huán)一半的利潤貢獻來自光伏，當然不可能不受影響，但我們主要做單晶硅，而且是品質(zhì)較高的高端產(chǎn)品，影響相對較小。2011年下半年，30%的企業(yè)處于停產(chǎn)和半停產(chǎn)狀態(tài)，70%的處于產(chǎn)閉狀態(tài)。但我們目前一直處于滿產(chǎn)狀態(tài)。
《投資者報》：公司受影響小的原因是什么？
安艷清：我們受影響小的原因是這個行業(yè)經(jīng)歷一輪瘋狂發(fā)展后，下游客戶的需求發(fā)生了變化，前兩年是需求大供方少，上游廠商生產(chǎn)什么樣的產(chǎn)品都有市場，但現(xiàn)在下游客戶變得理性了，也變得挑剔了，需求開始向高端發(fā)展，那些產(chǎn)品品質(zhì)好的、有信譽的而高端需求在向高端企業(yè)靠攏，我們這種有長久技術(shù)實力，有市場資源和和管理資源的企業(yè)才會勝出。
但在這個洗牌過程中，無論是資本市場的人，還是行業(yè)外的人，分不清哪個是真李逵哪個是假李逵，在這種情況下，對我們公司有質(zhì)疑是可以理解的，我們也希望通過我們的業(yè)績說話，通過市場表現(xiàn)說話。
《投資者報》：一項新技術(shù)的應(yīng)用過程比較復(fù)雜，得先試生產(chǎn)，再小批量生產(chǎn)，最后才能達到工業(yè)生產(chǎn)里面的大規(guī)模生產(chǎn)。公司直拉區(qū)熔技術(shù)正式應(yīng)用到光伏領(lǐng)域并轉(zhuǎn)化為規(guī)模生產(chǎn)？對公司業(yè)績的貢獻有多少？
安艷清：公司CFZ技術(shù)的大規(guī)模生產(chǎn)不存在任何的瓶頸，因為CFZ產(chǎn)品技術(shù)是公司CZ技術(shù)和FZ技術(shù)兩種技術(shù)的融合，而且公司CZ和FZ的規(guī)?；a(chǎn)歷史超過20年。
我們不會擔心市場，公司的產(chǎn)品都是以市場為導(dǎo)向的，事實上，是因為當前時點已經(jīng)有了客戶資源，我們才宣布要規(guī)?；a(chǎn)的。對公司的業(yè)績會有大的貢獻。
《投資者報》：是因為資金有限還是擔心行業(yè)低谷產(chǎn)品市場受限？
安艷清：目前公司CFZ沒有實現(xiàn)大規(guī)?；a(chǎn)的真正瓶頸來自于資金，我們的計劃不是一次性投資之后一次性投產(chǎn)，而是循序漸進，一邊增加投入一邊擴大產(chǎn)能。
關(guān)于行業(yè)低谷產(chǎn)品市場受限的問題，我個人認為，如同手機市場中的蘋果，沒有人能阻擋蘋果手機的市場。
《投資者報》：從2009年開始，中環(huán)股份的管理層也作了調(diào)整理，現(xiàn)在看來，新的管理層為公司帶來了哪些變化？
安艷清：2009年我們七個高管中新上任四個，而且來自不同的行業(yè)，我認為對公司經(jīng)營和管理注入了一些活力，這些人不僅僅追求穩(wěn)定，也屬于“折騰型”的高管，喜歡多做些事。從業(yè)務(wù)層面看，一方面依托公司此前的技術(shù)和市場優(yōu)勢，將半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)規(guī)模放大了，通過中環(huán)領(lǐng)先項目實現(xiàn)了從材料到器件的樞紐，也布局了新能源項目，這三年里產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型與布局基本完成，并步入一個良性的發(fā)展通道。
《投資者報》：在經(jīng)營層面和市值管理方面，公司有何近期和中長期的戰(zhàn)略規(guī)劃？
安艷清：目標是至2015年力爭實現(xiàn)過百億的規(guī)模，市值達到五百億至一千億。
第7篇：半導(dǎo)體材料應(yīng)用范文
關(guān)鍵詞：光導(dǎo)光導(dǎo)開關(guān)；皮秒；脈沖發(fā)生器
中圖分類號：TN782 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599 (2012) 11-0000-02
準確可靠的觸發(fā)是脈沖功率技術(shù)研究的重要內(nèi)容。隨著脈沖功率技術(shù)的發(fā)展，觸發(fā)源技術(shù)也日新月異，新型觸發(fā)源不僅要求快導(dǎo)通前沿、高重復(fù)頻率還要有高穩(wěn)定度。上世紀70年代在線性和非線性兩種模式下，它對控制光脈沖有很好的響應(yīng)，幾乎可以實現(xiàn)與光同步，它帶領(lǐng)著脈沖功率觸發(fā)技術(shù)走到了另一個時代。
一、光導(dǎo)開光
光導(dǎo)半導(dǎo)體開關(guān)（Photoconductive Semiconductor Switch，PCSS）是超快脈沖激光器和光電半導(dǎo)體相結(jié)合形成的新型器件，通過觸發(fā)光對半導(dǎo)體材料電導(dǎo)率的控制實現(xiàn)開關(guān)的關(guān)斷和導(dǎo)通。PCSS具有響應(yīng)速度快（小于0.6ps），重復(fù)率高（GHz量級）、易于精確同步（觸發(fā)晃動僅ps量級）、不易受電磁干擾（光電隔離）、耐高壓、寄生電感電容小、結(jié)構(gòu)簡單靈活等優(yōu)點。隨著研究的不斷深入，至今已能利用光導(dǎo)開光技術(shù)研制太赫茲脈沖發(fā)生器，結(jié)合fs激光觸發(fā)，光導(dǎo)開光可以產(chǎn)生高功率皮秒脈沖和脈寬在ps量級的電磁輻射，擁有從接近直流到THz級的超寬頻帶，為超寬帶雷達的實現(xiàn)提供了可能。
GaAs光電導(dǎo)開關(guān)是由脈沖激光器與半絕緣GaAs相結(jié)合形成的器件，如圖1所示，基于內(nèi)光電效應(yīng)工作原理。
（一）光導(dǎo)開光結(jié)構(gòu)
常見的光導(dǎo)開關(guān)結(jié)構(gòu)有橫向結(jié)構(gòu)、平面結(jié)構(gòu)和相對電極結(jié)構(gòu)。根據(jù)光電導(dǎo)開關(guān)的偏置電場和觸發(fā)光脈沖的入射方向關(guān)系可將開關(guān)分為橫向開關(guān)和縱向開關(guān)兩種基本結(jié)構(gòu)，如圖2所示。當觸發(fā)光脈沖入射方向與開關(guān)偏置電場方向相互垂直時，為橫向結(jié)構(gòu)的光電導(dǎo)開關(guān)。當觸發(fā)光脈沖入射方向與開關(guān)偏置電場方向相互平行時，為縱向結(jié)構(gòu)的光電導(dǎo)開關(guān)。
橫向光電導(dǎo)開關(guān)光作用區(qū)域面積大。無論光的吸收深度是幾微米還是幾百微米，所有光都被激活區(qū)吸收。在線性模式均勻光照條件下，開關(guān)的峰值電流、上升時間和脈寬僅僅依賴于觸發(fā)光脈沖的幅值、脈寬、載流子復(fù)合時間和開關(guān)所處電路結(jié)構(gòu)。橫向光電導(dǎo)開關(guān)的缺點是在工作時，由于偏置電場穿通開關(guān)整個表面，從而使得開關(guān)的表面擊穿場強遠小于材料的本征擊穿強度。開關(guān)常常會出現(xiàn)表面閃絡(luò)或沿面放電等現(xiàn)象，從而大大限制了開關(guān)的耐壓能力和功率容量。
縱向結(jié)構(gòu)開關(guān)可以減少開關(guān)表面電場，從而提高開關(guān)的擊穿電壓。但這種開關(guān)的主要缺點是開關(guān)至少需要一個透明電極，而這種透明電極的制作工藝非常復(fù)雜。此外開關(guān)芯片的吸收深度對開關(guān)的瞬態(tài)特性有較大影響。
橫向開關(guān)和縱向開關(guān)各有優(yōu)缺點，具體選用哪一種結(jié)構(gòu)的開關(guān)，要根據(jù)開關(guān)的具體應(yīng)有來決定。由于橫向光電導(dǎo)開關(guān)制作簡單，有較大光照面積和電導(dǎo)通道，可以用較寬波長范圍的光來觸發(fā)，因而在制作大功率光電導(dǎo)開關(guān)時主要采用橫向結(jié)構(gòu)的開關(guān)。
（二）光導(dǎo)開關(guān)半導(dǎo)體材料
光導(dǎo)開關(guān)的發(fā)展與半導(dǎo)體材料技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。在半導(dǎo)體材料的發(fā)展過程中，一般將以硅（Si）為代表的半導(dǎo)體材料稱為第一代半導(dǎo)體材料；將以砷化鎵（GaAs）為代表的化合物半導(dǎo)體稱為第二代半導(dǎo)體材料：將以碳化硅（SiC）為代表的寬禁帶化合物半導(dǎo)體稱為第三代半導(dǎo)體材料。與之相對應(yīng)，相繼出現(xiàn)了Si光導(dǎo)開關(guān)、GaAs光導(dǎo)開關(guān)和SiC光導(dǎo)開關(guān)。
Si光導(dǎo)開關(guān)，由于Si禁帶寬度窄，載流子遷移率低等特點不適合制作超快大功率光導(dǎo)開關(guān)；GaAs光導(dǎo)開關(guān)，雖然GaAs的大暗態(tài)電阻率和寬禁帶有利于制作大功率器件，但由于GaAs熱導(dǎo)率低、抗高輻射性能較差，運行過程中容易出現(xiàn)熱奔和鎖定效應(yīng)，限制了GaAs光導(dǎo)開關(guān)窄高溫、高重復(fù)速率、高功率和高輻射環(huán)境中的使用；SiC光導(dǎo)開關(guān)可以將觸發(fā)光的能力大大降低，但其在高電壓下容易擊穿，在高重復(fù)頻率下容易出現(xiàn)熱擊穿，且只能工作在線性模式下。
二、皮秒脈沖源
項目主要任務(wù)就是研制一個高穩(wěn)定度快脈沖源裝置，該裝置的主要功能是：接到系統(tǒng)給出的觸發(fā)指令后，打開電光開關(guān)，輸出脈寬約為2ns的光脈沖，驅(qū)動光導(dǎo)開關(guān)輸出高壓脈沖信號。要求輸出的高壓脈沖信號前沿小于200ps，幅度為3～5kV，系統(tǒng)晃動時間不大于250ps。
本方案的基本工作原理如圖3所示：利用高壓電源對儲能電容充電，充電完成后，激光器在接到觸發(fā)脈沖指令時，發(fā)出脈寬為2ns的光脈沖信號驅(qū)動光導(dǎo)開關(guān)，儲能電容內(nèi)存儲的能量通過光導(dǎo)開關(guān)釋放到取樣電阻上，輸出高壓脈沖信號。
本項目技術(shù)關(guān)鍵點主要在于兩個方面：a.主脈沖波形的質(zhì)量，包括主脈沖的峰值、脈寬、前后沿以及穩(wěn)定性；b.觸發(fā)脈沖至主脈沖1的時間間隔T1的穩(wěn)定性。為了獲得滿足技術(shù)指標要求的主脈沖信號，主放電回路擬采用光導(dǎo)開關(guān)對貯能元件進行放電。由于光導(dǎo)開關(guān)具有高速導(dǎo)通和關(guān)斷、高穩(wěn)定性的特點，只要選擇合適的基本回路參數(shù)可以確保獲得高質(zhì)量的滿足指標要求的主脈沖信號。電路基本參數(shù)仿真機波形如圖4、5、6所示。
三、結(jié)論
光導(dǎo)開關(guān)在2ns激光脈沖控制下，輸出高壓脈沖與控制光脈沖響應(yīng)良好，上升時間169ps，脈寬2ns。利用光導(dǎo)開關(guān)設(shè)計的皮秒脈沖發(fā)生器可以在重復(fù)頻率下工作，圖7為75kHz下高壓脈沖輸出波形。
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第8篇：半導(dǎo)體材料應(yīng)用范文
關(guān)鍵詞：電子材料與元器件;教學(xué)內(nèi)容;教學(xué)方法
中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9324（2016）41-0090-02
一、電子材料與元器件課程簡介
電子材料與元器件課程是電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的基礎(chǔ)性課程，是后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。進入21世紀后，隨著以集成電路技術(shù)為基石的電子信息技術(shù)的加速發(fā)展，各類電子器件及系統(tǒng)都在朝著小型化、集成化的方向發(fā)展，而其中的集成化不僅意味著要盡可能地實現(xiàn)系統(tǒng)中電路的單芯片集成，而且要實現(xiàn)將包括聲、光、電、磁等物理量感知的傳感器集成在系統(tǒng)中，實現(xiàn)多功能集成[1]。
處于電子科學(xué)與技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈前端的電子材料與元器件是眾多核心基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，是計算機網(wǎng)絡(luò)、通訊、數(shù)字音頻等系統(tǒng)和相關(guān)產(chǎn)品發(fā)展的基礎(chǔ)[2]。
二、電信學(xué)院電子材料與元器件課程參考教材內(nèi)容的選取
我院電子科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)，采用科學(xué)出版社出版、王巍主編的，普通高等教育電子科學(xué)與技術(shù)類特色專業(yè)系列規(guī)劃教材《現(xiàn)代電子材料與元器件》作為“電子材料與元器件”課程的主要參考教材，其內(nèi)容涵蓋了電子信息技術(shù)中的主要電子材料與器件類型。筆者結(jié)合國內(nèi)外研究動態(tài)、應(yīng)用前景及發(fā)展趨勢，并考慮我院微電子教研室及教師的研究特長以及電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)需求等多方面因素，對授課內(nèi)容進行了適當?shù)脑鰷p。
1.增強半導(dǎo)體材料內(nèi)容。半導(dǎo)體材料是集成電路的基礎(chǔ)，在信息的存儲、傳輸、加工處理和顯示方面都有重要的應(yīng)用[1]。筆者授課過程中除了介紹半導(dǎo)體材料結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、制備工藝方法外，還增加了有機半導(dǎo)體材料、液晶材料等相關(guān)內(nèi)容，為集成電路的設(shè)計與制造、發(fā)光顯示儲備了扎實的半導(dǎo)體材料基礎(chǔ)知識。
2.增強光電子材料與器件內(nèi)容。授課時，詳細介紹了光纖材料、激光材料與器件，還增加了半導(dǎo)體中光吸收及光電效應(yīng)基礎(chǔ)知識、光電導(dǎo)效應(yīng)型與光伏效應(yīng)型光敏器件相關(guān)內(nèi)容。
3.增強敏感陶瓷材料與器件內(nèi)容。除了講解常見敏感陶瓷器件特性及應(yīng)用外，增加了各種敏感器件結(jié)構(gòu)、制作工藝和ZnO、SnO2等無機敏感陶瓷材料和有機敏感材料的制備方法、工藝等內(nèi)容，為信息技術(shù)中傳感器的設(shè)計與制作奠定扎實的基礎(chǔ)。
4.增加了化合物晶體缺陷化學(xué)內(nèi)容。鑒于我校電子科學(xué)與技術(shù)相關(guān)教師在傳感器、光電、太陽能電池等方面的研究，以及國內(nèi)外對于高性能敏感陶瓷材料與器件和太陽能電池等涉及到新能源材料與器件方面的迫切需求，結(jié)合筆者在納米半導(dǎo)體材料與器件方面的研究，授課中增加了缺陷化學(xué)表示方法、晶體中缺陷平衡、雜質(zhì)對晶體中缺陷平衡影響、晶體中點缺陷擴散與分布等相關(guān)內(nèi)容。為敏感陶瓷材料制備，太陽能電池材料制備奠定良好的基礎(chǔ)。
5.弱化磁性材料與器件內(nèi)容?？紤]到磁性材料的獨特性，授課時只講述磁性材料特性、應(yīng)用，對于磁性元器件內(nèi)容采用學(xué)生自學(xué)的方式。
三、課程教學(xué)方法改進
1.課堂講授與研討并行。該課程采取課堂講授與研討并行，學(xué)習(xí)與研討相結(jié)合的教學(xué)方法，提倡教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生研討問題，從而提高學(xué)生對于汲取、創(chuàng)造知識的興趣。通過研討啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，使整個課堂教學(xué)成為教師為輔、學(xué)生為主，教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生互動的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[3]。
研討的內(nèi)容可以為教師擬題，學(xué)生自選。采取分組討論，并且每一組派代表到講臺上進行相應(yīng)內(nèi)容的講解，所有學(xué)生進行討論。從而促使學(xué)生主動出擊去學(xué)習(xí)、解決相關(guān)問題，最終實現(xiàn)教師傳授、學(xué)生自學(xué)研究、教師與學(xué)生相互解惑的教學(xué)模式。
2.與實驗中心“聯(lián)動教學(xué)”機制。我院傳統(tǒng)課程講授往往局限于普通的多媒體教室，學(xué)生無論是聽取教師傳授還是互動研討都是憑空進行學(xué)習(xí)和理解。筆者講授該課程是采取與實驗中心“聯(lián)動教學(xué)”模式，使傳統(tǒng)的課堂講授與研討“搬入”實驗中心相關(guān)實驗室進行，學(xué)生在真實接觸電子材料的制備和元器件制作的過程中，更加深入地理解所學(xué)的知識，并能夠更好地啟發(fā)并鍛煉學(xué)生提出問題、分析研討問題、解決問題的能力。該課程的講授采取二分之一學(xué)時分配機制，即：一半學(xué)時在普通多媒體教室進行;一半學(xué)時在相應(yīng)電子材料與元器件實驗室“聯(lián)動教學(xué)”進行。
3.多媒體教學(xué)與實驗教學(xué)相輔相成。多媒體教學(xué)是指采用計算機和視頻技術(shù)相結(jié)合的一種教學(xué)方式，與傳統(tǒng)的教學(xué)方式不同，它有其自身鮮明的特色，如信息量輸入緊湊、量多、質(zhì)高，文字圖像清晰直觀、風(fēng)格多樣，內(nèi)容豐富等等[4]。電子材料與元器件課程教學(xué)中，采用多媒體教學(xué)能豐富多彩地演示各種元器件結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體材料的制備工藝等相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容。并且在教學(xué)過程中輔以相關(guān)的視頻，讓學(xué)生更加清楚地了解電子材料制備、元器件制作相關(guān)設(shè)備，更清楚地理解相應(yīng)的原理。并且安排相應(yīng)的配套實驗，讓學(xué)生真正能動手接觸實物，不但可增強學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的興趣，而且可以提高學(xué)生對電子材料及元器件實體的感性認識，達到理論與實踐相結(jié)合的目的。
4.理論考試與科學(xué)研究相結(jié)合。素質(zhì)教育的電子材料與元器件課程學(xué)生評價機制應(yīng)該區(qū)別于傳統(tǒng)的僅考試評價方式，教師應(yīng)將學(xué)生的平時表現(xiàn)、理論基礎(chǔ)知識掌握、實踐動手能力、科學(xué)研究（綜合訓(xùn)練項目）等納入對學(xué)生的評價體系中。課程考核除了前面提到的配套實驗外，還包括平時表現(xiàn)、考試和綜合訓(xùn)練情況。考試是檢驗學(xué)生對電子材料與元器件課程基礎(chǔ)知識掌握程度的手段，但不宜開發(fā)學(xué)生自身科學(xué)研究的潛力，有時更無法判別學(xué)生對所學(xué)知識是死記硬背還是融會貫通。我院本課程實施過程中要進行綜合訓(xùn)練項目，即通過分組開展綜合訓(xùn)練題目（題目可以是教師提出，也可根據(jù)自身知識儲備自擬），進行電子材料或元器件相關(guān)設(shè)計，最終形成綜合訓(xùn)練報告，并且所做設(shè)計要分組在課堂上進行展示講解和討論。
5.學(xué)生對該課程授課的評價。雖然教師在進行課程設(shè)計過程中可提出一些創(chuàng)新性的方式方法，但畢竟只是從教師的角度去設(shè)計課程。我院在面向每一屆電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生開設(shè)電子材料與元器件課程后，開展學(xué)生對本課程講授內(nèi)容、授課方式方法等的意見和建議的活動，并形成書面意見書存檔。從學(xué)生角度了解學(xué)生各方面的需求，集思廣益發(fā)揮學(xué)生對于本課程創(chuàng)新性的教學(xué)方式方法。
四、結(jié)語
本文通過對電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)特點以及電子材料與元器件課程性質(zhì)及內(nèi)容的分析，結(jié)合國內(nèi)外研究動態(tài)、應(yīng)用前景及發(fā)展趨勢，并考慮教學(xué)單位及教師的研究特長以及電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)需求等多方面因素，對電子材料與元器件教學(xué)內(nèi)容的選取、教學(xué)方式方法的改進等方面進行了改革。教學(xué)過程中增強了半導(dǎo)體材料、光電子材料與器件、敏感陶瓷材料與器件內(nèi)容，增加了化合物晶體的缺陷化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容。對電子材料與元器件課程的教學(xué)方式方法提出了課堂講授與研討并行、與實驗中心“聯(lián)動教學(xué)”機制、多媒體教學(xué)與實驗教學(xué)相輔相成、理論考試與科學(xué)研究相結(jié)合、學(xué)生對課程授課評價的改進，以便提高本課程的教學(xué)質(zhì)量，提升本專業(yè)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)。
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The Reform in Teaching of Electronic Materials and Component Course
ZHONG Tie-gang，JIANG Fang，ZHAO Wang
（College of Electronics and Information Engineering，Liaoning Technical University，Huludao，Liaoning 125105，China）
第9篇：半導(dǎo)體材料應(yīng)用范文
關(guān)鍵詞：熱電材料；Seebeck效應(yīng)；教學(xué)體會
中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）14-0235-02
近年來，隨著全球人口的增長，能源危機越來越嚴重，因此開發(fā)新能源已經(jīng)刻不容緩。熱電材料是一種利用載流子的傳輸，實現(xiàn)熱能和電能之間相互轉(zhuǎn)換的功能材料。采用熱電材料制備的發(fā)電器件具有無噪聲、無污染、無機械振動等優(yōu)點，對于節(jié)能減排具有重要意義。熱電材料的理論基礎(chǔ)是Seebeck效應(yīng)，這是物理學(xué)中的一個基本概念，同時也是我校為本科生開設(shè)的《新能源與芯時代》這門研討課程中的一個重要概念。然而對于這一基本概念，學(xué)生卻較難完全理解和掌握。為了提高教學(xué)效果，本人經(jīng)過多次的嘗試和努力，最終總結(jié)出了以下這種有效的教學(xué)方法。
一、通過視頻播放和提問來引入Seebeck效應(yīng)的基本概念
如何引起學(xué)生對Seebeck效應(yīng)學(xué)習(xí)的興趣，對于提高教學(xué)效果至關(guān)重要。因此，本人在介紹Seebeck效應(yīng)之前，首先通過視頻的播放，為學(xué)生展示熱電發(fā)電材料目前在各個領(lǐng)域的應(yīng)用，引起學(xué)生的注意，激起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。然后通過提問以下問題，如：（1）當大家在打一個重要電話的時候，手機突然沒有電了，而周圍并沒有固定和移動電源，我們能否使用熱電發(fā)電器件為手機充電？（2）能否將人體釋放的熱量轉(zhuǎn)變成電能為低功率的電子產(chǎn)品充電？（3）能否在炎熱的沙漠地區(qū)，使用熱電發(fā)電器件為微型軍用電子產(chǎn)品供電？等。通過上述問題的提問，進一步刺激學(xué)生對熱電材料應(yīng)用的思考，為引入Seebeck效應(yīng)奠定基礎(chǔ)。
二、通^示意圖講解Seebeck效應(yīng)的原理
Seebeck效應(yīng)是由德國科學(xué)家賽貝克（Seebeck）于1821年發(fā)現(xiàn)的，因此被命名為Seebeck效應(yīng)[1]。其原理如下[2，3]：將兩種半導(dǎo)體材料連接在一起，如果接頭處的溫度不同（一端置于熱源上，溫度為T1；另一端置于冷源上，溫度為T2，且T1=T2+T），那么在開路位置就會產(chǎn)生開路電壓（V），且V可以按照公式1進行計算：
V=Sab（T1-T2）=TSab （公式1）
其中：Sab為材料a和b的Seebeck系數(shù)，Sab可以由公式2進行計算。
Sab=■■（公式2）
從公式1和2可以看出，V和T、Sab成正比。不同材料的Seebeck系數(shù)是不同的，一般來說，無機半導(dǎo)體材料，如：Bi-Te基合金、Pb-Te基合金、具有較高的Seebeck系數(shù)；導(dǎo)電高分子如聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯、聚（3，4-乙烯二氧噻吩）等去摻雜時一般也具有較高的Seebeck系數(shù)；碳材料如：碳納米管、石墨烯、炭黑等Seebeck系數(shù)較低。其實Seebeck系數(shù)的大小并不能完全決定材料的熱電性能，因為材料的熱電性能是由無量綱熱電優(yōu)值ZT來決定的，ZT的計算見公式3：
ZT=■（公式3）
式中，S、σ、T和κ分別為Seebeck系數(shù)、電導(dǎo)率、熱力學(xué)溫度和熱導(dǎo)率。
三、通過示意圖結(jié)合動畫講解Seebeck效應(yīng)的物理機制
在上述Seebeck效應(yīng)基本概念的基礎(chǔ)上，通過示意圖結(jié)合動畫演示的方式為學(xué)生進一步講解Seebeck效應(yīng)的物理機制（具體示意圖和動畫見參考文獻[4]）。對于P型半導(dǎo)體材料來說，當材料中沒有溫度梯度時，材料中的載流子（空穴）是均勻分布的，但是當材料中一旦存在溫度梯度時，材料中熱端的空穴就會向冷端進行擴散，擴散的結(jié)果就會導(dǎo)致熱端的空穴越來越少，而冷端的空穴越來越多，當達到平衡后，熱端和冷端之間形成了電勢差。N型半導(dǎo)體材料與P型半導(dǎo)體材料類似，當N型半導(dǎo)體材料中存在溫度梯度時，材料中熱端的電子就會從向冷端擴散，當達到平衡后，熱端和冷端之間同樣會形成電勢差[4]。一個P型或者N型單元所產(chǎn)生的輸出電壓是有限的，往往難以滿足電子設(shè)備的要求，因此為了提高器件的輸出電壓，工業(yè)上通常將很多對P型和N型材料串聯(lián)起來，以達到使用效果（如圖2）。
四、通過問題討論進一步加深理解和應(yīng)用拓展
通過上述介紹，學(xué)生已經(jīng)基本理解和掌握了Seebeck效應(yīng)這一知識點，為了進一步引發(fā)學(xué)生關(guān)于此內(nèi)容的理解和應(yīng)用拓展，最后請學(xué)生簡單的討論如如何提高器件的輸出電流？通過這一問題的討論，引發(fā)學(xué)生對于Seebeck效應(yīng)具體應(yīng)用的思考。同時通過討論使學(xué)生理解提高器件的輸出電流的一個解決方案就是將多個P型和N型單元交替、規(guī)律的并聯(lián)起來
五、結(jié)語
目前熱電發(fā)電材料和器件已經(jīng)應(yīng)用到各個領(lǐng)域，如軍事、航空、航天、醫(yī)療、日常生活等。Seebeck效應(yīng)則是熱電發(fā)電材料和器件的理論基礎(chǔ)，因此對于Seebeck效應(yīng)的理解和掌握對于《新能源與芯時代》課程的學(xué)習(xí)以及學(xué)生以后從事熱電發(fā)電材料和器件的研究工作以及至關(guān)重要。本人采用上述教學(xué)方法使得教學(xué)效果大幅度提高，當然本人將繼續(xù)摸索、思考、和總結(jié)，期望《新能源與芯時代》課程的每一個章節(jié)均能取得優(yōu)異的教學(xué)效果。
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