半导体材料的发展历程

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半导体材料的发展历程 [复制链接]

  导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体，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路的电子材料。

  目前的半导体材料已经发展到第三代。第一代半导体材料主要以硅(Si)、锗(Ge)为主，20世纪50年代，Ge在半导体中占主导地位，主要应用于低压、低频、中功率晶体管以及光电探测器中，但是Ge半导体器件的耐高温和抗辐射性能较差，到60年代后期逐渐被Si器件取代。用Si材料制造的半导体器件，耐高温和抗辐射性能较好。Si储量极其丰富，提纯与结晶方便，二氧化硅(SiO2)薄膜的纯度很高，绝缘性能很好，这使器件的稳定性与可靠性大为提高，因此Si已经成为应用最广的一种半导体材料。目前95%以上的半导体器件和99%以上的集成电路都是由Si材料制作。在21世纪，它的主导和核心地位仍不会动摇。但是Si材料的物理性质限制了其在光电子和高频高功率器件上的应用。

  20世纪90年代以来，随着移动通信的飞速发展、以光纤通信为基础的信息高速公路和互联网的兴起，以砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)为代表的第二代半导体材料开始崭露头脚。GaAs、InP等材料适用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件，是制作高性能微波、毫米波器件及发光器件的优良材料，广泛应用于卫星通讯、移动通讯、光通信、GPS导航等领域。但是GaAs、InP材料资源稀缺，价格昂贵，并且还有毒性，能污染环境，InP甚至被认为是可疑致癌物质，这些缺点使得第二代半导体材料的应用具有很大的局限性。

  第三代半导体材料主要包括SiC、GaN、金刚石等，因其禁带宽度(Eg)大于或等于2.3电子伏特(eV)，又被称为宽禁带半导体材料。和第一代、第二代半导体材料相比，第三代半导体材料具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率和高键合能等优点，可以满足现代电子技术对高温、高功率、高压、高频以及抗辐射等恶劣条件的新要求，是半导体材料领域最有前景的材料，在国防、航空、航天、石油勘探、光存储等领域有着重要应用前景，在宽带通讯、太阳能、汽车制造、半导体照明、智能电网等众多战略行业可以降低50%以上的能量损失，最高可以使装备体积减小75%以上，对人类科技的发展具有里程碑的意义。