電子信息材料發(fā)展趨勢(shì)課件

電子信息材料發(fā)展趨勢(shì)一、電子信息材料發(fā)展趨勢(shì)

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10～15年仍是最基本的信息材料，光電子材料、光子材料將成為發(fā)展最快和最有前途的信息材料。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。1集成電路和半導(dǎo)體器件用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。φ8英吋硅芯片是目前國(guó)際的主流產(chǎn)品，φ12英吋芯片已開始上市，GaAs芯片φ4英吋已進(jìn)入大批量生產(chǎn)階段，并且正在向φ6英吋生產(chǎn)線過渡；對(duì)單晶電阻率的均勻性、雜質(zhì)含量、微缺陷、位錯(cuò)密度、芯片平整度、表面潔凈度等都提出了更加苛刻的要求。（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1ppb～0.1ppb和6N級(jí)以上，0.5μm以上的雜質(zhì)顆粒必須控制在5個(gè)/毫升以下，金屬雜質(zhì)含量控制在ppt級(jí)，并將開發(fā)替代有毒氣體的新品種電子氣體。

2光電子材料向納米結(jié)構(gòu)、非均值、非線性和非平衡態(tài)發(fā)展

光電集成將是21世紀(jì)光電子技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。光電子材料是發(fā)展光電信息技術(shù)的先導(dǎo)和基礎(chǔ)。材料尺度逐步低維化——由體材料向薄層、超薄層和納米結(jié)構(gòu)材料的方向發(fā)展，材料系統(tǒng)由均質(zhì)到非均質(zhì)、工作特性由線性向非線性，由平衡態(tài)向非平衡態(tài)發(fā)展是其最明顯的特征。發(fā)展重點(diǎn)將主要集中在激光材料、紅外探測(cè)器材料、液晶顯示材料、高亮度發(fā)光二極管材料、光纖材料。

（1）激光晶體材料：向著大尺寸、高功率、LD泵浦、寬帶可調(diào)諧以及新波長(zhǎng)、多功能應(yīng)用方向發(fā)展。（2）紅外探測(cè)器材料：大面積高均勻性HgCdTe外延薄膜及大尺寸ZnCdTe襯底材料仍是2010年前紅外探測(cè)器所用的主要材料。（3）液晶材料：研究發(fā)展超扭曲向列型（STN）和薄膜晶體管型（TFT）顯示器所用混合液晶，提高性能，降低成本。3新型電子元器件用材料主要向小型化、片式化方向發(fā)展

磁性材料、電子陶瓷材料、壓電晶體管材料、綠色電池和材料、信息傳感材料和高性能封裝材料等將成為發(fā)展的重點(diǎn)。（1）磁性材料

從總體上說，永磁材料正在向著高磁能積、高矯頑力、高剩磁方向發(fā)展，NdFeB永磁合金最大磁能積已達(dá)52MGOe；軟磁材料正在向著高飽和磁通密度、高磁導(dǎo)率、低磁損耗、低矯頑力、高截止頻率方向發(fā)展，正在開發(fā)的納米微晶軟磁合金磁導(dǎo)率高達(dá)100,000H/m，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度可達(dá)1.3T。磁記錄器的高密度、低噪音、小型化，要求磁粉的顆粒尺寸由微米向亞微米、納米方向發(fā)展，且顆粒尺寸分布要盡可能窄。（2）電子陶瓷材料

世界各著名大公司加大了對(duì)新材料、新品種、新技術(shù)、新工藝、新裝備的投資力度。日本TDK和京都陶瓷公司的研究開發(fā)費(fèi)為2.93億美元和2.3億美元，分別占銷售額的5%和3%；美國(guó)AMP公司開發(fā)費(fèi)為5.79億美元，占銷售額的10.6%；大規(guī)模生產(chǎn)，正在迅速將傳統(tǒng)的陶瓷組件和復(fù)合元器件全面推向片式化、小型化，大幅度提高了產(chǎn)品的性能，降低了制造成本。

二我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀及與國(guó)外差距

經(jīng)過30多年發(fā)展，我國(guó)電子信息材料已經(jīng)建立起門類較齊全的科研開發(fā)體系，通過“八五”、“九五”科技攻關(guān)和技術(shù)改造，使一些用量大、用途廣、用匯多的關(guān)鍵電子信息材料的研究、開發(fā)、生產(chǎn)方面取得了較大進(jìn)展，形成了相應(yīng)的研究、開發(fā)和生產(chǎn)中心，在個(gè)別領(lǐng)域還成為生產(chǎn)大國(guó)。

半導(dǎo)體多晶硅

半導(dǎo)體多晶硅年產(chǎn)量約40噸，2000年初驗(yàn)收了年產(chǎn)100噸多晶硅的生產(chǎn)試制線；單晶硅生產(chǎn)能力為300噸/年，產(chǎn)量約260噸/年；單晶硅直徑為2～8英吋，其中以φ4英吋為主，拋光片直徑2～6英吋，產(chǎn)量合計(jì)為0.2億平方英吋；國(guó)外多晶硅生產(chǎn)廠家的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)規(guī)模為1000噸/年，拋光片0.6億平方英吋/年，全球拋光硅片的產(chǎn)量約40億平方英吋，以直徑6英吋和8英吋為主，我國(guó)拋光硅片產(chǎn)量?jī)H占世界產(chǎn)量的千分之五，拋光片直徑以φ4英吋為主，φ8英吋拋光片尚處于試制階段；新型結(jié)構(gòu)SOI材料，國(guó)內(nèi)只開展了初步研究，距實(shí)用化尚有很大距離。化合物半導(dǎo)體材料

GaAs單晶以φ2～3英吋為主，僅研制出了φ4英吋單晶樣品，生產(chǎn)能力為600千克/年；國(guó)產(chǎn)GaAs單晶性能基本能滿足器件、電路的需要，存在的主要問題是芯片表面加工質(zhì)量差，達(dá)不到開盒即用的要求；InP單晶實(shí)用化水平為φ2英吋；用于紅外焦平面器件的HgCdTe外延薄膜受襯底尺寸限制，目前最大尺寸為20mm×20mm。固體激光晶體和非線性光學(xué)晶體

我國(guó)Nd∶YAG激光晶體直徑最大尺寸達(dá)φ60mm，商品化尺寸為φ40～φ60mm，年產(chǎn)值約2000～4000萬元。我國(guó)的YVO4、Nd∶YVO4激光晶體具有國(guó)際領(lǐng)先水平，產(chǎn)品占國(guó)際市場(chǎng)的1/3；另外，Ho∶Cr∶Tm∶YAG、Er∶YAG、Ho∶Cr∶Tm∶YLF、Ti∶Al2O3等也有小批量試制能力，但未形成批量產(chǎn)品。在非線性光學(xué)晶體研究生產(chǎn)方面，我國(guó)首創(chuàng)的BBO、LBO晶體在80年代末至90年代初獨(dú)占世界市場(chǎng)。KTP、BGO、Fe∶KNbO3、BaTiO3、LAP等優(yōu)質(zhì)非線性光學(xué)晶體也已進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)，占有較大份額。國(guó)內(nèi)光纖生產(chǎn)質(zhì)量已達(dá)到國(guó)際一流水平，但制造光纖的核心材料——光纖預(yù)制棒80%～90%依靠進(jìn)口。國(guó)內(nèi)液晶材料研究和生產(chǎn)水平低，只能提供部分TN型顯示用液晶材料，還不能生產(chǎn)寬溫低粘度TN顯示用液晶。國(guó)內(nèi)壓電材料除α-SiO2產(chǎn)量較大有部分出口外，多數(shù)產(chǎn)業(yè)化水平低、規(guī)模小，高性能材料仍需進(jìn)口。電子陶瓷材料生產(chǎn)可滿足國(guó)內(nèi)需求，但產(chǎn)品質(zhì)量，特別是電子陶瓷元器件片式化程度與國(guó)際水平差距較大。國(guó)內(nèi)電池材料在均勻性、一致性、電/化學(xué)性能、比容量等方面與國(guó)外產(chǎn)品相比，存在一定的差距。三發(fā)展重點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)

1發(fā)展重點(diǎn)

1）微電子器件/電路用材料

①集成電路用φ8～φ16英吋硅拋光片及外延片滿足<0.18μm技術(shù)用的正片。②φ4～6英吋GaAs單晶片和外延材料。③φ3英吋InP單芯片。④GaAs、InP基半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料。2)光電子材料

①高功率Nd∶YAG激光晶體、可調(diào)諧Ti∶Al2O3

激光晶體、LD泵浦和新波長(zhǎng)激光晶體。②紅外探測(cè)器用大面積、高均勻性HgCdTe外延材料及CdZnTe襯底材料。③超高亮度LED用GaAs、GaP、GaN基外延材料。④半導(dǎo)體激光器(LD)用GaAs、InP、GaN基外延材料。⑤STN、TFT顯示器用液晶材料。⑥用于密集波分復(fù)用系統(tǒng)的G.655非零色散位移光纖及大尺寸光纖預(yù)制棒。⑦新型非線性光學(xué)晶體。3）新型電子元器件用材料①磁性材料

重點(diǎn)發(fā)展高性能軟磁鐵氧體、永磁鐵氧體、各向異性粘結(jié)永磁性、微波鐵氧體、納米晶磁性材料和天資記錄材料（高性能微細(xì)金屬磁粉、高性能金屬磁頭材料、磁阻效應(yīng)與磁阻材料和巨磁阻材料等）。②電子陶瓷材料

重點(diǎn)發(fā)展高性能介質(zhì)陶瓷（交流高壓瓷料、III型瓷料、MLC瓷料）、熱敏陶瓷（NTC、PTC）、壓敏陶瓷（ZnO的高壓低能及SrTiO3雙功能瓷料）、壓電陶瓷、微波陶瓷材料，全面推進(jìn)陶瓷元器件的片式化，同時(shí)發(fā)展多芯片組裝用陶瓷基板材料。④綠色電池用材料

重點(diǎn)發(fā)展鎳氫電池正、負(fù)極材料(MH合金、Ni(OH)2)和鋰離子電池正、負(fù)極材料（LiCoO2、LiMn2O4、MCMB碳材料）。⑤

信息傳感材料

用于汽車等傳感器的材料，主要有半導(dǎo)體材料和功能陶瓷材料等；用于醫(yī)療檢查和生活舒適方面?zhèn)鞲衅鞯牟牧?，主要有半?dǎo)體材料、功能陶瓷材料、高分子傳感材料和光纖材料等；用于辦公和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化方面?zhèn)鞲衅鞯牟牧希饕邪雽?dǎo)體材料和功能陶瓷材料等；用于通信廣播領(lǐng)域傳感器的材料，主要有半導(dǎo)體材料和功能陶瓷材料等。2關(guān)鍵技術(shù)