我們身邊的半導(dǎo)體材料

我們身邊的半導(dǎo)體材料自然界的物質(zhì)、材料按導(dǎo)電能力大小可分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體三大類。半導(dǎo)體的電阻率在1mΩ·cm～1GΩ·cm范圍（上限按謝嘉奎《電子線路》取值，還有取其1/10或10倍的；因角標(biāo)不可用，暫用當(dāng)前描述）。在一般情況下，半導(dǎo)體電導(dǎo)率隨溫度的升高而增大，這與金屬導(dǎo)體恰好相反。1.主要種類半導(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(dú)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、無機(jī)化合物半導(dǎo)體、有機(jī)化合物半導(dǎo)體和非晶態(tài)與液態(tài)半導(dǎo)體。有機(jī)化合物半導(dǎo)體：已知的有機(jī)半導(dǎo)體有幾十種，熟知的有萘、蒽、聚丙烯腈、酞菁和一些芳香族化合物等，它們作為半導(dǎo)體尚未得到應(yīng)用。非晶態(tài)與液態(tài)半導(dǎo)體：這類半導(dǎo)體與晶態(tài)半導(dǎo)體的最大區(qū)別是不具有嚴(yán)格周期性排列的晶體結(jié)構(gòu)。2.實(shí)際運(yùn)用制備不同的半導(dǎo)體器件對(duì)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(duì)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。

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作出的。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(chǎng)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。3.相關(guān)材料最早得到利用的半導(dǎo)體材料都是化合物,例如方鉛礦(PbS)很早就用于無線電檢波，氧化亞銅(Cu2O)用作固體整流器，閃鋅礦(ZnS)是熟知的固體發(fā)光材料，碳化硅(SiC)的整流檢波作用也較早被利用。硒(Se)是最早發(fā)現(xiàn)并被利用的元素半導(dǎo)體，曾是固體整流器和光電池的重要材料。元素半導(dǎo)體鍺（Ge）放大作用的發(fā)現(xiàn)開辟了半導(dǎo)體歷史新的一頁，從此電子設(shè)備開始實(shí)現(xiàn)晶體管化。中國的半導(dǎo)體研究和生產(chǎn)是從1957年首次制備出高純度(99.999999%～99.9999999%)的鍺開始的。采用元素半導(dǎo)體硅（Si）以后，不僅使晶體管的類型和品種增加、性能提高，而且迎來了大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的時(shí)代。以砷化鎵(GaAs)為代表的Ⅲ－Ⅴ族化合物的發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了微波器件和光電器件的迅速發(fā)展。

4.典型的半導(dǎo)體材料1.硅寬帶隙半導(dǎo)體材料氮化鎵、碳化硅和氧化鋅等都是寬帶隙半導(dǎo)體材料。器件的工作溫度可以很高，比如說碳化硅可以工作到600攝氏度；金剛石如果做成半導(dǎo)體，溫度可以更高，器件可用在石油鉆探頭上收集相關(guān)需要的信息。它們還在航空、航天等惡劣環(huán)境中有重要應(yīng)用。廣播電臺(tái)、電視臺(tái)，唯一的大功率發(fā)射管還是電子管，沒有被半導(dǎo)體器件代替。這種電子管的壽命只有兩三千小時(shí)，體積大，且非常耗電；如果用碳化硅的高功率發(fā)射器件，體積至少可以減少幾十到上百倍，壽命也會(huì)大大增加，所以高溫寬帶隙半導(dǎo)體材料是非常重要的新型半導(dǎo)體材料。2.量子阱激光器基于超晶格、量子阱材料已經(jīng)發(fā)展得很成熟，廣泛地應(yīng)用于光通信、移動(dòng)通訊、微波通訊的領(lǐng)域。量子級(jí)聯(lián)激光器是一個(gè)單極器件，是近十多年才發(fā)展起來的一種新型中、遠(yuǎn)紅外光源，在自由空間通信、紅外對(duì)抗和遙控化學(xué)傳感等方面有著重要應(yīng)用前景，中國在此領(lǐng)域做出了國際先進(jìn)水平的成果。3.新型有機(jī)半導(dǎo)體材料

據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，一個(gè)國際科研團(tuán)隊(duì)首次研制出了一種含巨大分子的有機(jī)半導(dǎo)體材料，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，擁有卓越的電學(xué)特性，而且成本低廉，可被用于制造現(xiàn)代電子設(shè)備中廣泛使用的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

在目前的消費(fèi)市場(chǎng)上，電子產(chǎn)品都很昂貴，主要因?yàn)殡娨暀C(jī)、電腦和手機(jī)等電子產(chǎn)品都由硅制成，制造成本很高;而碳基(塑料)有機(jī)電子產(chǎn)品不僅制造方便、成本低廉，而且輕便柔韌可彎曲，代表了“電子設(shè)備無處不在”這一未來趨勢(shì)。5.發(fā)展現(xiàn)狀

相對(duì)于半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)，半導(dǎo)體材料市場(chǎng)長期處于配角的位置，但隨著芯片出貨量增長，材料市場(chǎng)將保持持續(xù)增長，并開始擺脫浮華的設(shè)備市場(chǎng)所帶來的陰影。

日本保持最大半導(dǎo)體材料市場(chǎng)的地位。然而臺(tái)灣、ROW、韓國也開始崛起成為重要的市場(chǎng)，材料市場(chǎng)的崛起體現(xiàn)了器件制造業(yè)在這些地區(qū)的發(fā)展。美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)(SIA)統(tǒng)計(jì)，日本繼續(xù)保持在半導(dǎo)體材料市場(chǎng)中的領(lǐng)先地位，消耗量占總市場(chǎng)的22%。2004年臺(tái)灣地區(qū)超過了北美地區(qū)成為第二大半導(dǎo)體材料市場(chǎng)