电子科学技术中的半导体材料发展趋势张勃英

电子科学技术中的半导体材料发展趋势张勃英

张勃英

天津德科汽车部件有限公司天津市津南区300300

摘要：随着我国经济发展速度的不断加快，人们对电子科学技术的要求也已经变得越来越高了，为了能够更好的满足人们的需求，我们必须要不断加大对半导体材料的研究的投入力度，只有这样半导体材料的发展速度才能够变得越来越快，在进行半导体材料研究的过程中，我们必须要不断根据人们的需求来对半导体材料的性能进行调整，只有这样半导体材料的应用范围才能够变得越来越广，我国电子工业产业的发展速度才能够变得越来越快。

关键词：电子科学技术；半导体材料；发展趋势

对于电子科学技术中半导体材料发展趋势问题进行分析与研究，有利于我国应用现有的研发成果，不断引进国外的新技术，在消化、吸收的基础上进行创新性的研究，全面提高我国半导体材料研发的质量和水平，使其对促进我国经济发展与社会进步中发挥出重要作用。

一、半导体材料的应用现状

1.1硅基发光材料的应用

Si是最重要且应用最广的半导体材料，是微电子工业和太阳能光伏工业的基础材料它具有储量丰富、化学稳定性好、无环境污染、大单晶、高纯度、可掺杂、高传导率、存在高度匹配的本征氧化物绝缘体等优点特别是，拥有高度兼容的高质量本征氧化物Si02，使Si区别于锗（Ge）和嫁砷（GaAs）等其他半导体材料成为半导体行业的基础材料。当前微电子技术发展所面临的最为关键的障碍是金属互连的物理极限。把光子学器件和电子学器件集成在同一基片上，用光互连代替金属互连的光电集成技术被认为是突破金属互连物理极限的一个有效解决方案，该方案的成功实现还将催生其他的潜在应用。相对于金属导线，光数据通信提高了数据速率并避免了电磁干扰问题，特别地，它具有响应速度快、传输容量大、存储密度大、处理速度快、可微型化和集成化等优点，因此光电集成技术可以带来新的功能和实现电路板间、同一板上的芯片间，甚至同一芯片的不同核间更快的数据通信。硅基光电集成技术也可以应用于包括光交换阵列和光纤的光电组件在内的光通信其他领域。

1.2砷化镓单晶材料

砷化镓是III-V族化合物的中的一种半导体材料，与传统的硅材料相比具有更强的耐高温、抗辐射能力，因此在第二代半导体材料中具有很强的代表性。经过多年来的发展，砷化镓虽然没能完全取代硅与锗，但是砷化镓采用高质量半绝缘的单晶体进行离子注入可以生产出上乘的集成电路。而且这种材料属于III-V族化合物，具有直接跃迁的能带结构，对于光电应用有着得天独厚的优势。而随着电子科学技术的不断发展，砷化镓在集成电路上的发挥着越来越重要的作用。

1.3半导体硅材料

半导体硅材料在电子科学技术中的应用最早，也是使用较为普遍的一种材料。它包括了硅多晶、硅片、非晶硅薄膜等，均可以直接在半导体元件做材料。在制造半导体材料的过程中通常使用的是硅单晶，可以将硅多晶进行直拉或者区熔获得。在集成电路和晶体管的制造中，直拉硅以其明确的规格和复杂的工艺，成为单独一类的电路用硅单晶。而区熔硅则被使用在电力电子元件的生产上。经过多年的发展，对于硅单晶的纯度、物理性质、结构完整性和成本控制已经形成了相对成熟的理论体系。

二、电子科学技术发展半导体材料使用阶段发生的变化

现在我们所使用的半导体材料一般都是硅，现在我国半导体材料硅的集成度已经变得越来越高了，并且已经逐渐出现接近极限分为的现象，我国的晶体管也开始逐渐向着7nm的方向发展了，但是硅材料在进行使用的过程中也有存在着很多弊端，在空穴迁移、禁带宽度等方面都存在着非常多的问题，正是因为这些问题现在我国正在寻找替代硅，并且能够更好的满足人们对半导体材料需求的材料，现在SIGE材料、GE材料已经成为替代材料了，具体的详细情况还需要我们对这两种材料进行研究。

在2015年的时候，IBM实验室在和桑心以及纽约州立大学纳米理工学院进行一定程度的相互合作之后推出了实际范围内首个7nm原型芯片，这一款芯片中所使用到的材料都是被人们称作黑科技的“锗硅”材料，取代了原本高纯度硅元素在半导体材料中所占据的主导地位。

三、电子科学技术中半导体材料未来发展趋势

半导体硅材料在20世纪90年代以前一直是半导体应用主要的材料，也是第一代半导体材料重要的标志。但是，随着20世纪90年代以来网络信息技术的发展、新型材料研发的不断加强，一些新型的半导体材料被研发出来，对于促进经济的发展与社会的进步起到了重要的作用。比如：以砷化镓材料为标志的第二代半导体材料、以氮化合物为代表的第三代半导体材料。随着时代的发展与科技的进步，具有多功能、完整性、大尺寸、均强的半导体材料是一个重要的发展趋势。比如：大规模集成化的半导体材料将会获得非常大的发展。而在微电子方面，具有系统集成特点的芯片将会出现，并且在微电子产品中进行广泛的应用。为此，我们需要从几个方面入手，全面发展我国的半导体材料。

3.1发展砷化镓化合物

从提炼的技术和应用的水平而言，我国在砷化镓化合物方面的发展与世界上一些发达国家还存在一定的差距。因此，从政府方面而言，需要其起到积极引导的作用，促进我国砷化镓化合物研发企业进行强强联合，通过整合信息资源和技术优势，不断提高我国研发砷化镓化合物材料的能力，使得这些企业获得应有的经济效益与社会效益。

3.2发展新型硅材料

半导体硅材料是一种传统类型的半导体材料，具有在众多领域中应用的价值。因此，对于我国来讲，我们需要应用新技术进行半导体新型硅材料的研发工作，缩小与世界上发达国家之间的差距。比如：加大对半导体研发的投入力度，通过理论联系实际的方式培养出更多、更优秀的研发人才，尤其是可以操作新型高技术硅材料提取设备的专业人才，全面提高我国电子科学技术的质量和水平，使其在促进我国经济发展中贡献出新的力量。

3.3发展超晶管和一维微结构材料

电子产品的发展和集成电路的应用，对于半导体材料提出了新的要求。因此，我们在引进国外先进晶体提炼技术的同时，需要对于引进的技术进行消化、吸收、研发、创新，尤其是需要对于传统晶体管生产模式的创新，以我国现有的经济水平，不断提升超晶管和一维微结构材料研发、应用的水平。虽然，我国对于一维微结构半导体材料研发目前处于探索阶段，但是我们需要明确其研发的意义与价值。比如：纳米晶体管技术的研发主要是应用一维微结构半导体材料完成的。具体来讲，我国需要集中自己的财力、人力、物力资源全面进行这些新型半导体材料的研发力度，使其对促进我国经济发展，满足人们生活发挥出重要的作用。

3.4重视纳米材料的研究和应用

由于科学家对纳米半导体的不断研究，许多以前解释不清的问题，现在可以更准确的被描述。新的理论将被引入来描述纳米材料电子的行为，这将介观物理、量子物理和混纯物理推向新的高度。随着对纳米材料研究的日趋深入，其在物理、化学、化工等领域的作用我们都有目共睹，在航天、生物医学、能源等领域也是大显身手。

结语：

基于国内经济飞速发展及社会需求的大环境下，国内很多半导体材料也得到了较好的发展。因此，为了进一步了解半导体材料在国内经济发展中起到的重要作用，应深入分析半导体材料在当前电子科学技术中的具体应用情况，以使其得到更好的应用及管理。

参考文献：

[1]陈芳,魏志鹏,刘国军,等.扫描近场光学显微技术在半导体材料表征领域应用的研究进展[J].材料导报,2014,28(23):28-33.

[2]陈彩云,徐东.半导体材料的应用研究进展[J].山东工业技术,2016,20(9):219.

[3]胡凤霞.浅谈半导体材料的性能与应用前景[J].新教育时代电子杂志（教师版）,2016,15(13):267.