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淺談半導(dǎo)體材料的應(yīng)用
篇一：論文-淺談半導(dǎo)體材料的應(yīng)用
淺談半導(dǎo)體材料的應(yīng)用
摘要：半導(dǎo)體材料是近年來新興的一種材料，它作為一種新型材料，越來越受到人們的青睞。在人們生活中，受到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。另外，半導(dǎo)體材料也是軍事國防科學(xué)中必不可少的材料之一。作為一種新型材料，半導(dǎo)體材料有著很重要的地位。
關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體；生活；材料；電工學(xué)；
0 引言
20世紀(jì)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；70年代光纖通訊技術(shù)迅速發(fā)展并逐步形成高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，是人類進(jìn)入信息時代；超晶格概念的提出及其半導(dǎo)體超晶格，量子阱材料的誕生，改變了光電器件的發(fā)展，納米技術(shù)的發(fā)展與運用使得半導(dǎo)體進(jìn)入納米時代。然而半導(dǎo)體材料的價值仍在于它的光學(xué)，電學(xué)及其他各種特性，自硅出現(xiàn)在很長時間內(nèi)，硅仍將是大規(guī)模集成電路的主要材料，如在軍事領(lǐng)域中應(yīng)用的抗輻射硅單體（NTD）,高效太陽能電池用硅單體，紅外CCD器件用硅單體的等。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展和半導(dǎo)體材料的研究，微電子技術(shù)朝著高密度，高可靠性方向發(fā)展，各種各樣新的半導(dǎo)體材料出現(xiàn)，而 GaAs和InP基材料等還是化合物半導(dǎo)體及器件的主要支柱材料。與此同時以硅材料為核心的當(dāng)代微電子技術(shù)趨向于納米級。
1 半導(dǎo)體材料的概念與特性
當(dāng)今，以半導(dǎo)體材料為芯片的各種產(chǎn)品已廣泛進(jìn)入人們的生活生產(chǎn)中，電視機，電子計算機，電子表等等，半導(dǎo)體材料為什么會擁有如此巨大的應(yīng)用，我們需要從半導(dǎo)體材料的概念和特性開始了解。
半導(dǎo)體材料是導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)。半導(dǎo)體材料是一類具有半導(dǎo)體性能、可用來制作半導(dǎo)體器件和集成電的電子材料，其電導(dǎo)率在10（U-3）～10（U-9）歐姆/厘米范圍內(nèi)。在某些情況下，半導(dǎo)體具有導(dǎo)電的性質(zhì)。首先，一般的半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)率隨溫度的升高迅速增大，各種熱敏電阻的開發(fā)就是利用了這個特性；其次，雜質(zhì)摻入對半導(dǎo)體的性質(zhì)起著決定性的作用，他們可使半導(dǎo)體的特性多樣化，使得PN結(jié)形成，進(jìn)而制作各種二極管和三極管；再次，半導(dǎo)體的電學(xué)性質(zhì)會因光照引起變化，光敏電阻隨之誕生；一些半導(dǎo)體具有較強的溫差效應(yīng)，可以利用它制作半導(dǎo)體制冷劑等；化合物半導(dǎo)體還具有超高速，低功耗，多功能，抗輻射等特性，在智能化，光纖通信等領(lǐng)域具有廣泛運用；半導(dǎo)體基片可以實現(xiàn)原器件集中制作在一個芯片上，于是產(chǎn)生了各種規(guī)模的集成電路，正是由于半導(dǎo)體材料的各種各樣的特性使得半導(dǎo)體材料擁有多種多樣的用途，在科技發(fā)展和人們的生活中起到十分重要的作用。
2 半導(dǎo)體的分類與制備
2．1 半導(dǎo)體的分類
半導(dǎo)體材料是導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)。半導(dǎo)體材料是一類具有半導(dǎo)體性能、可用來制作半導(dǎo)體器件和集成電的電子材料，電阻率約在1mΩ·cm～1GΩ·cm范圍內(nèi)。半導(dǎo)體材料可按化學(xué)組成來分，再將結(jié)構(gòu)與性能比較特殊的非晶態(tài)與液態(tài)半導(dǎo)體單獨列為
一類。按照這樣分類方法可將半導(dǎo)體材料分為元素半導(dǎo)體、化合物半導(dǎo)體、有機半導(dǎo)體、固溶體半導(dǎo)體和非晶態(tài)與液態(tài)半導(dǎo)體。元素半導(dǎo)體大約有十幾種，處于ⅢA族—ⅦA族的金屬元素與非金屬元素交界處，如Ge，Si，Se，Te等；化合物半導(dǎo)體分為二元化合物半導(dǎo)體和多元化合物半導(dǎo)體；有機半導(dǎo)體分為有機分子晶體、有機分子絡(luò)合物、和高分子聚合物，一般指具有半導(dǎo)體性質(zhì)的碳-碳雙鍵有機化合物，電導(dǎo)率為10-10~102Ω·cm。固溶體半導(dǎo)體是由兩個或多個晶格結(jié)構(gòu)類似的元素化合物相融合而成，有二元系和三元系之分，如ⅣA-ⅣA組成的Ge-Si固溶體，ⅤA-ⅤA組成的'Bi-Sb固溶體。原子排列短程有序、長程無序的半導(dǎo)體成為非晶態(tài)半導(dǎo)體，主要有非晶硅、非晶鍺等。
2．2半導(dǎo)體的制備
不同的半導(dǎo)體器件對半導(dǎo)體材料有不同的形態(tài)要求，包括單晶的切片、磨片、拋光片、薄膜等。半導(dǎo)體材料的不同形態(tài)要求對應(yīng)不同的加工工藝。常用的半導(dǎo)體材料制備工藝有提純、單晶的制備和薄膜外延生長。
所有的半導(dǎo)體材料都需要對原料進(jìn)行提純，要求的純度在6個“9”以上，最高達(dá)11個“9”以上。提純的方法分兩大類，一類是不改變材料的化學(xué)組成進(jìn)行提純，稱為物理提純；另一類是把元素先變成化合物進(jìn)行提純，再將提純后的化合物還原成元素，稱為化學(xué)提純。物理提純的方法有真空蒸發(fā)、區(qū)域精制、拉晶提純等，使用最多的是區(qū)域精制�；瘜W(xué)提純的主要方法有電解、絡(luò)合、萃取、精餾等，使用最多的是精餾。由于每一種方法都有一定的局限性，因此常使用幾種提純方法相結(jié)合的工藝流程以獲得合格的材料。
絕大多數(shù)半導(dǎo)體器件是在單晶片或以單晶片為襯底的外延片上做出的。成批量的半導(dǎo)體單晶都是用熔體生長法制成的。直拉法應(yīng)用最廣，80%的硅單晶、大部分鍺單晶和銻化銦單晶是用此法生產(chǎn)的，其中硅單晶的最大直徑已達(dá)300毫米。在熔體中通入磁場的直拉法稱為磁控拉晶法，用此法已生產(chǎn)出高均勻性硅單晶。在坩堝熔體表面加入液體覆蓋劑稱液封直拉法，用此法拉制砷化鎵、磷化鎵、磷化銦等分解壓較大的單晶。懸浮區(qū)熔法的熔體不與容器接觸，用此法生長高純硅單晶。水平區(qū)熔法用以生產(chǎn)鍺單晶。水平定向結(jié)晶法主要用于制備砷化鎵單晶，而垂直定向結(jié)晶法用于制備碲化鎘、砷化鎵。用各種方法生產(chǎn)的體單晶再經(jīng)過晶體定向、滾磨、作參考面、切片、磨片、倒角、拋光、腐蝕、清洗、檢測、封裝等全部或部分工序以提供相應(yīng)的晶片。在單晶襯底上生長單晶薄膜稱為外延。外延的方法有氣相、液相、固相、分子束外延等。工業(yè)生產(chǎn)使用的主要是化學(xué)氣相外延，其次是液相外延。金屬有機化合物氣相外延和分子束外延則用于制備量子阱及超晶格等微結(jié)構(gòu)。非晶、微晶、多晶薄膜多在玻璃、陶瓷、金屬等襯底上用不同類型的化學(xué)氣相沉積、磁控濺射等方法制成。 3 半導(dǎo)體材料的應(yīng)用
3.1元素半導(dǎo)體材料
硅在當(dāng)前的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，他不僅是半導(dǎo)體集成電路，半導(dǎo)體器件和硅太陽能電池的基礎(chǔ)材料，而且用半導(dǎo)體制作的電子器件和產(chǎn)品已經(jīng)大范圍的進(jìn)入到人們的生活，人們的家用電器中所用到的電子器件80%以上與案件都離不開硅材料。鍺是稀有元素，地殼中的含量較少，由于鍺的特有性質(zhì)，使得它的應(yīng)用主要集中與制作各種二極管，三極管等。而以鍺制作的其他錢江如探測器，也具有許多的優(yōu)點，廣泛的應(yīng)用于多個領(lǐng)域。
有機半導(dǎo)體材料具有熱激活電導(dǎo)率，如萘蒽，聚丙烯和聚二乙烯苯以及堿金屬和蒽的絡(luò)合物，有機半導(dǎo)體材料可分為有機物，聚合物和給體受體絡(luò)合物三類。有機半導(dǎo)體芯片等產(chǎn)品的生產(chǎn)能力差，但是擁有加工處理方便，結(jié)實耐用，成本低廉，耐磨耐用等特性。
3.3非晶半導(dǎo)體材料
非晶半導(dǎo)體按鍵合力的性質(zhì)分為共價鍵非晶半導(dǎo)體和離子鍵非晶半導(dǎo)體兩類，可用液相快冷方法和真空蒸汽或濺射的方法制備。在工業(yè)上，非晶半導(dǎo)體材料主要用于制備像傳感器，太陽能電池薄膜晶體管等非晶體半導(dǎo)體器件。
3.3.4化合物半導(dǎo)體材料
化合物半導(dǎo)體材料種類繁多，按元素在周期表族來分類，分為三五族，二六族，四四族等。如今化合物半導(dǎo)體材料已經(jīng)在太陽能電池，光電器件，超高速器件，微波等領(lǐng)域占據(jù)重要位置，且不同種類具有不同的應(yīng)用。
總之，半導(dǎo)體材料的發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛，隨著時間的推移和技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體材料的應(yīng)用將更加重要和關(guān)鍵，半導(dǎo)體技術(shù)和半導(dǎo)體材料的發(fā)展也將走向更高端的市場。 4 半導(dǎo)體材料的發(fā)展趨勢
電子信息材料的總體發(fā)展趨勢是向著大尺寸、高均勻性、高完整性、以及薄膜化、多功能化和集成化方向發(fā)展。當(dāng)前的研究熱點和技術(shù)前沿包括柔性晶體管、光子晶體、SiC、GaN、ZnSe等寬禁帶半導(dǎo)體材料為代表的第三代半導(dǎo)體材料、有機顯示材料以及各種納米電子材料等。
隨著電子學(xué)向光電子學(xué)、光子學(xué)邁進(jìn)，微電子材料在未來5～10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(fā)展。半導(dǎo)體微電子材料由單片集成向系統(tǒng)集成發(fā)展。
微電子技術(shù)發(fā)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(tǒng)集成發(fā)展。
1、Si、GaAs、InP等半導(dǎo)體單晶材料向著大尺寸、高均質(zhì)、晶格高完整性方向發(fā)展。椎8英寸硅芯片是目前國際的主流產(chǎn)品，椎12英寸芯片已開始上市，GaA
s芯片椎4英寸已進(jìn)入大批量生產(chǎn)階段，并且正在向椎6英寸生產(chǎn)線過渡；對單晶電阻率的均勻性、雜質(zhì)含量、微缺陷、位錯密度、芯片平整度、表面潔凈度等都提出了更加苛刻的要求。
2、在以Si、GaAs為代表的第一代、第二代半導(dǎo)體材料繼續(xù)發(fā)展的同時，加速發(fā)展第三代半導(dǎo)體材料——寬禁帶半導(dǎo)體材料SiC、GaN、ZnSe、金剛石材料和用SiGe/Si、SOI等新型硅基材料大幅度提高原有硅集成電路的性能是未來半導(dǎo)體材料的重要發(fā)展方向。
3、繼經(jīng)典半導(dǎo)體的同質(zhì)結(jié)、異質(zhì)結(jié)之后，基于量子阱、量子線、量子點的器件設(shè)計、制造和集成技術(shù)在未來5～15年間，將在信息材料和元器件制造中占據(jù)主導(dǎo)地位，分子束外延 MBE 和金屬有機化合物化學(xué)汽相外延 MOCVD 技術(shù)將得到進(jìn)一步發(fā)展和更加廣泛的應(yīng)用。
4、高純化學(xué)試劑和特種電子氣體的純度要求將分別達(dá)到lppb～0.1ppb和6N級以上，0.5μm以上的雜質(zhì)顆粒必須控制在5個/毫升以下，金屬雜質(zhì)含量控制在ppt級，并將開發(fā)替代有毒氣體的新品種電子氣體。
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篇二：半導(dǎo)體硅材料的現(xiàn)狀
一、半導(dǎo)體硅材料的現(xiàn)狀
在當(dāng)今全球超過2000億美元的半導(dǎo)體市場中，95％以上的半導(dǎo)體器件和99％以上的集成電路(LSI)都是用高純優(yōu)質(zhì)的硅拋光片和外延片制作的。在未來30-50年內(nèi)，它仍將是LSI工業(yè)最基本和最重要的功能材料。半導(dǎo)體硅材料以豐富的資源、 優(yōu)質(zhì)的特性、日臻完善的工藝以及廣泛的用途等綜合優(yōu)勢而成為了當(dāng)代電子工業(yè)中應(yīng)用最多的半導(dǎo)體材料，它還是目前可獲得的純度最高的材料之一，其實驗室純度可達(dá)12 個“9”的本征級，工業(yè)化大生產(chǎn)也能達(dá)到7～11個“9”的高純度。 由于它的優(yōu)良性能，使其在射線探測器、整流器、集成電路(IC)、硅光電池、傳感器等各類電子元件中占有極為重要的地位。同時， 由于它具有識別、存儲、放大、開關(guān)和處理電訊號及能量轉(zhuǎn)換的功能， 而使“半導(dǎo)體硅”實際上成了“微電子”和“現(xiàn)代化電子”的代名詞。
半導(dǎo)體硅材料分為多晶硅、單晶硅、硅外延片以及非晶硅、澆注多晶硅、淀積和濺射非晶硅等。自從60年代被廣泛應(yīng)用于各類電子元器件以來，其用量平均大約以每年12-16％的速度增長。目前全世界每年消耗約18,000-25,000噸半導(dǎo)體級多晶硅，消耗6000-7000噸單晶硅。1999年，全世界硅片產(chǎn)量45億平方英寸，2000 年其產(chǎn)量更高。目前全世界硅片銷售金額約60-80億美元。
現(xiàn)行多晶硅生產(chǎn)工藝主要有改良西門子法和硅烷熱分解法。主要產(chǎn)品有棒狀和粒狀兩種，主要用途是用作制備單晶硅以及太陽能電池等。生長單晶硅的工藝可分為區(qū)熔(FZ)和直拉(CZ)兩種生長工藝。區(qū)熔單晶硅(FZ-Si) 主要用于制作電力電子器件(SR、SCR、GTO等)、射線探測器、高壓大功率晶體管等；直拉單晶硅(CZ- Si) 主要用于制作LSI、晶體管、傳感器及硅光電池等。硅外延片(EPl)是在單晶襯底片上，沿單晶的結(jié)晶方向生長一層導(dǎo)電類型、電阻率、厚度和晶格結(jié)構(gòu)都符合特定器件要求的新單晶層。硅外延片主要用于制作CMOS電路，各類晶體管以及絕緣柵，雙極晶體管(IGBT)等。非晶硅、澆注多晶硅、淀積和濺射非晶硅主要用作各種硅光電池等。
二、現(xiàn)代微電子工業(yè)對半導(dǎo)體硅材料的`新要求
隨著微電子工業(yè)飛速發(fā)展，除了本身對加工技術(shù)和加工設(shè)備的要求之外，同時對硅材料也提出了更新更高的要求。
1、對硅片表面附著粒子及微量雜質(zhì)的要求
隨著集成電路的集成度不斷提高，其加工線寬也逐步縮小，因此，對硅片的加工、清洗、包裝、儲運等工作提出了更高的新要求。對于兆位級器件，0.10μm 的微粒都可能造成器件失效。亞微米級器件要求0.1μm的微粒降到 10個／片以下，同時要求各種金屬雜質(zhì)如Fe、Cu、Cr、Ni、A1、Na等， 都要求控制在目前分析技術(shù)的檢測極限以下(約為1×1010原子／cm2)。
2、對硅片表面平整度、應(yīng)力和機械強度的要求
硅片表面的局部平整度(SFQD)一般要求為設(shè)計線寬的2／3，以64M 存儲器的加工線寬0.35μm為例，則要求硅片局部平整度在22mm2范圍內(nèi)為0.23μm，256M 電路的SFQD為0.17μm。同時，器件工藝還要求原始硅片的應(yīng)力不能過分集中， 機械強度要高，使器件的穩(wěn)定性和可靠性得到保證，但現(xiàn)在這方面硅材料尚未取得突破性進(jìn)展，仍是以后研究的一個課題。
3、對硅片表面和內(nèi)部結(jié)晶特性及氧含量的要求
對VLSI和ULSI來說，距硅片表面10μm左右厚度區(qū)域為器件活性區(qū)， 要求該區(qū)域性質(zhì)均勻且無缺陷。64M和256M電路要求硅片的氧化誘生層錯(OSF)≤20／cm2 。為達(dá)到此要求， 目前比較成熟的工藝是采用硅片吸除技術(shù)，分為內(nèi)吸除和背面損傷吸除(也叫外吸除)�，F(xiàn)在器件廠家都根據(jù)器件工藝的需要，對硅片提出了某種含氧量要求。硅材料生產(chǎn)廠應(yīng)根據(jù)用戶要求進(jìn)行控氧生長硅單晶。
4、對硅片大直徑化的要求
出于提高生產(chǎn)率、降低成本的目的，器件廠家隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大，也逐步要求增大硅片直徑，使同等規(guī)模芯片的收得率明顯提高，給器件廠家來極為顯著的經(jīng)濟效益。目前國際市場上硅片的流直徑是200mm，1999 年全球硅片用量的分布情況是： 200mm占47％； 150mm占32％； 125mm占15％；100mm占6％。2000年直徑200mm硅片的用量進(jìn)一提高，同時也提出了向300mm和400mm逐步發(fā)展要求。2001年和2002年開始逐步加大300mm硅片使用量。到2014年，直徑將達(dá)到450mm。微電子業(yè)對硅片的要求詳見表1所示。
三、近年來國際硅材料的發(fā)展?fàn)顩r
1、多晶硅概況
近年，多晶硅材料廠家的生產(chǎn)規(guī)模大多在千級經(jīng)濟規(guī)模以上，并實行綜合利用，以提高生產(chǎn)益，同時減少了對環(huán)境的污染。多采用改良西門法生產(chǎn)半導(dǎo)體級多晶硅，這樣，可使單位電耗由去每公斤300Kw／h
篇三：半導(dǎo)體硅材料
半導(dǎo)體硅材料和光電子材料的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢
隨著微電子工業(yè)的飛速發(fā)展, 作為半導(dǎo)體工業(yè)基礎(chǔ)材料的硅材料工業(yè)也將隨之發(fā)展，而光電子科技的飛速發(fā)展也使半導(dǎo)體光電子材料的研究加快步伐，所以研究半導(dǎo)體硅材料和光電子材料的發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢勢在必行�，F(xiàn)代微電子工業(yè)除了對加工技術(shù)和加工設(shè)備的要求之外,對硅材料也提出了更新更高的要求。
在當(dāng)今全球超過2000億美元的半導(dǎo)體市場中,95%以上的半導(dǎo)體器件和99%以上的集成電路都是用高純優(yōu)質(zhì)的硅拋光片和外延片制作的。在未來30-50年內(nèi),它仍將是集成電路工業(yè)最基本和最重要的功能材料。半導(dǎo)體硅材料以豐富的資源、優(yōu)質(zhì)的特性、日臻完善的工藝以及廣泛的用途等而成為了當(dāng)代電子工業(yè)中應(yīng)用最多的半導(dǎo)體材料。
隨著國際信息產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展, 電子工業(yè)和半導(dǎo)體工業(yè)也得到了巨大發(fā)展,并且直到20世紀(jì)末都保持穩(wěn)定的15%的年增長率迅速發(fā)展,作為半導(dǎo)體工業(yè)基礎(chǔ)材料的硅材料工業(yè)也將隨之發(fā)展，所以研究半導(dǎo)體硅材料的發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢勢在必行。
一、半導(dǎo)體硅材料的發(fā)展現(xiàn)狀
由于半導(dǎo)體的`優(yōu)良性能，使其在射線探測器、整流器、集成
電路、硅光電池、傳感器等各類電子元件中占有極為重要的地位。同時,由于它具有識別、存儲、放大、開關(guān)和處理電信號及能量轉(zhuǎn)換的功能,而使“半導(dǎo)體硅”實際上成了“微電子”和“現(xiàn)代化電子”的代名詞。
二、現(xiàn)代微電子工業(yè)的發(fā)展對半導(dǎo)體硅材料的新要求 隨著微電子工業(yè)飛速發(fā)展, 除了本身對加工技術(shù)和加工設(shè)備的要求之外, 同時對硅材料也提出了更新更高的要求。
1. 對硅片表面附著粒子及微量雜質(zhì)的要求
隨著集成電路的集成度不斷提高,其加工線寬也逐步縮小,因此, 對硅片的加工、清洗、包裝、儲運等工作提出了更高的新要求。對于兆位級器件, 0.10μm的微粒都可能造成器件失效。亞微米級器件要求0.1μm的微粒降到10個/片以下同時要求各種金屬雜質(zhì)如Fe、Cu、Cr、Ni、A1、Na 等, 都要控制在目前分析技術(shù)的檢測極限以下。
2. 對硅片表面平整度、應(yīng)力和機械強度的要求
硅片表面的局部平整度(SFQD)一般要求為設(shè)計線寬的2/3,以64M存儲器的加工線寬0.35μm為例,則要求硅片局部平整度在22mm2范圍內(nèi)為0.23μm, 256M電路的SFQD為0.17μm。同時,器件工藝還要求原始硅片的應(yīng)力不能過分集中,機械強度要高,使器件的穩(wěn)定性和可靠性得到保證,但現(xiàn)在這方面硅材料尚未取得突破性進(jìn)展,仍是以后研究的一個課
題。
3. 對硅片表面和內(nèi)部結(jié)晶特性及氧含量的要求
對大規(guī)模集成電路來說, 距硅片表面10μm 左右厚度區(qū)域為器件活性區(qū),要求該區(qū)域性質(zhì)均勻且無缺陷。64M和256M電路要求硅片的氧化誘生層錯(OSF)≤20/cm2。為達(dá)到此要求,目前比較成熟的工藝是采用硅片吸除技術(shù),分為內(nèi)吸除和背面損傷吸除�，F(xiàn)在器件廠家都根據(jù)器件工藝的需要,對硅片提出了某種含氧量要求。
4. 對硅片大直徑化的要求
為了提高生產(chǎn)率、降低成本,器件廠家隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大,逐步要求增大硅片直徑,使同等規(guī)模芯片的收得率明顯提高,給器件廠家?guī)順O為顯著的經(jīng)濟效益。
三、半導(dǎo)體光電子材料
1、半導(dǎo)體激光材料
電子器件和光電子器件應(yīng)用時半導(dǎo)體材料最重要的兩大應(yīng)用領(lǐng)域。半導(dǎo)體材料Si，GaAs和GaN，InP等幾十重要的電子材料，也是重要的光電子材料。在1962年，GaAs激光二極管的問世，作為了半導(dǎo)體光電子學(xué)的開端。激光的激射波長取決于材料的帶隙，且只有具有直接帶隙的材料才能產(chǎn)生光輻射，它使注入的電子-空穴自己發(fā)生輻射復(fù)合以得到較高的電光轉(zhuǎn)化效率。
產(chǎn)生激光的條件有：
1、形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)使受激輻射占優(yōu)勢；2、具有共振腔以實現(xiàn)光量子放大；3、外界輸入能量至少要達(dá)到閥值，使激光管的增益至少等于損耗。 2、半導(dǎo)體顯示材料半導(dǎo)體顯示材料有發(fā)光二極管LED和電致發(fā)光顯示。 發(fā)光二極管LED發(fā)光二極管LED它是由數(shù)層很薄的摻雜半導(dǎo)體材料制成。當(dāng)通過正向電流時，n區(qū)電子獲得能量越過PN結(jié)的禁區(qū)與p區(qū)的空穴復(fù)合以光的形式釋放出能量。而LED廣泛應(yīng)用于各方面，現(xiàn)如今的半導(dǎo)體白光照明、車內(nèi)照明、交通信號燈、裝飾燈、大屏幕全彩色顯示系統(tǒng)、太陽能照明系統(tǒng)、以及紫外、藍(lán)外激光器、高容量藍(lán)光DVD、激光打印和顯示等。 為了實現(xiàn)高亮度白光LED，我們可以通過紅綠藍(lán)三種LED可以組合成為白光；也可以基于紫外光LED，通過三基色粉，組合成為白光；也可基于藍(lán)光LED，通過黃色熒光粉激發(fā)出藍(lán)光，組合成為白光。 電致發(fā)光 電致發(fā)光又稱為場致發(fā)光，與LED的低電場結(jié)型發(fā)光相比，是一種高電場作用下發(fā)光。電致發(fā)光材料分為粉末發(fā)光材料和薄膜發(fā)光材料。 半導(dǎo)體粉末發(fā)光材料的發(fā)光特性主要有一線特殊雜質(zhì)作為激活劑和共激活劑所決定的，ZnS粉末常用Cu作為激活劑；Al、Ga、In等作為共激活劑。其中對于ZnS粉末，用Mn、Cu作激活劑可以發(fā)黃光，用Ag作為激活劑可以發(fā)藍(lán)光，用Cd、Ag作為激活劑發(fā)出紅綠光。 薄膜發(fā)光材料發(fā)光機理和粉末材料基
本相同，但薄膜材料可以在高頻電壓下工作，發(fā)光亮度也較高。 陰極射線管是將電信號轉(zhuǎn)換成光學(xué)圖像的電子束管，常見的由彩色電視顯像管，它的光電轉(zhuǎn)換時通過其中的熒光屏來實現(xiàn)的，所用的藍(lán)粉和綠粉以ZnS為主。 3、太陽能電池材料太陽能電池材料分為硅電池材料和化合物半導(dǎo)體材料。硅電池材料有單晶硅電池、多晶硅電池、帶狀硅電池和薄膜硅電池材料�；衔锇雽�(dǎo)體材料有CuInSe2電池、CdTe電池、GaAs電池和GaSb電池。
四、半導(dǎo)體材料的發(fā)展趨勢
隨著硅的直徑增大,雜質(zhì)氧等雜質(zhì)在硅錠和硅片中的分布也變得不均勻,這將嚴(yán)重的影響集成電路的成品率,特別是高集成度電路。為避免氧的沉淀帶來的問題,可采用外延的辦法解決。即用硅單晶片為襯底,然后在其上通過氣相反應(yīng)方法再生長一層硅,如2個微米、個微米或0.5個微米厚等。這一層外延硅中的氧含量就可以控制到1016/cm3以下,器件和電路就做在外延硅上,而不是原來的硅單晶上,這樣就可解決由氧導(dǎo)致的問題。盡管成本將有所提高,但集成電路的集成度和運算速度都得到了顯著提高, 這是目前硅技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。目前硅的集成電路大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到0.13-0.09微米,進(jìn)一步將到0.07微米,也就是70個納米甚至更小。根據(jù)預(yù)測,到2022年,硅集成電路技術(shù)的線寬可能達(dá)到10個納米,這個尺度被認(rèn)為是硅集成電路的“物理。
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