簡論電子科學(xué)技術(shù)中的半導(dǎo)體材料發(fā)展趨勢

文/錢晨，湖南省長沙市南雅中學(xué)

引言

從半導(dǎo)體的發(fā)展歷程來看，先后經(jīng)歷了硅到砷化鎵、磷化錮再到碳化硅、氮化鎵的轉(zhuǎn)變。在電子科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用越來越趨向于高度集成，并呈現(xiàn)出尺寸小禁帶寬增大的現(xiàn)象。我國的社會生產(chǎn)中半導(dǎo)體材料在集成電路、計算機、信通行業(yè)都發(fā)揮著十分重要的作用。針對半導(dǎo)體材料的發(fā)展趨勢分析，不僅促進了電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，也推動了其它相關(guān)行業(yè)的進步?？梢姡瑢Π雽?dǎo)體材料的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進行探討具有很高的實用價值和研究意義。

1　半導(dǎo)體材料的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1　光子晶體

光子晶體是上世紀90年代提出的一項人工微結(jié)構(gòu)，這種材料本身具有光子帶隙，因為能選擇性的使某一個范圍內(nèi)的波通過而阻止其它波長的光。從這種結(jié)構(gòu)特性不難發(fā)現(xiàn)，光子晶體有著天然的禁帶特性，已經(jīng)投產(chǎn)使用立馬就收到了市場的認可和青睞。尤其在部分微電子行業(yè)中，光子晶體更是被寄予厚望。出于對電子產(chǎn)品芯片質(zhì)量的安全工藝的考慮，人們越來越重視集成技術(shù)的運用來實現(xiàn)對工藝和技術(shù)的革新。因此在現(xiàn)階段，對于光子晶體在實際中的應(yīng)用還需要不斷的提高技術(shù)水平。

1.2　砷化鎵單晶材料

砷化鎵是III-V族化合物的中的一種半導(dǎo)體材料，與傳統(tǒng)的硅材料相比具有更強的耐高溫、抗輻射能力，因此在第二代半導(dǎo)體材料中具有很強的代表性。經(jīng)過多年來的發(fā)展，砷化鎵雖然沒能完全取代硅與鍺，但是砷化鎵采用高質(zhì)量半絕緣的單晶體進行離子注入可以生產(chǎn)出上乘的集成電路。而且這種材料屬于III-V族化合物，具有直接躍遷的能帶結(jié)構(gòu)，對于光電應(yīng)用有著得天獨厚的優(yōu)勢。而隨著電子科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，砷化鎵在集成電路上的發(fā)揮著越來越重要的作用。

1.3　半導(dǎo)體硅材料

半導(dǎo)體硅材料在電子科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用最早，也是使用較為普遍的一種材料。它包括了硅多晶、硅片、非晶硅薄膜等，均可以直接在半導(dǎo)體元件做材料。在制造半導(dǎo)體材料的過程中通常使用的是硅單晶，可以將硅多晶進行直拉或者區(qū)熔獲得。在集成電路和晶體管的制造中，直拉硅以其明確的規(guī)格和復(fù)雜的工藝，成為單獨一類的電路用硅單晶。而區(qū)熔硅則被使用在電力電子元件的生產(chǎn)上。經(jīng)過多年的發(fā)展，對于硅單晶的純度、物理性質(zhì)、結(jié)構(gòu)完整性和成本控制已經(jīng)形成了相對成熟的理論體系。

2　半導(dǎo)體材料在電子科學(xué)技術(shù)中的發(fā)展趨勢

2.1　超晶管和一維微結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

近些年，隨著電子科學(xué)技術(shù)的進一步深入，許多新材料和新技術(shù)被引入到集成電路的生產(chǎn)和制造上。而對于電子科學(xué)技術(shù)而言，材料和技術(shù)正是行業(yè)水平提高的關(guān)鍵。在過去很長一段時間里，我國的電子科技行業(yè)只是一味的引進歐美的先進提煉工藝，忽略了對技術(shù)的學(xué)習(xí)和研發(fā)。結(jié)合我國現(xiàn)在的發(fā)展情況，應(yīng)該加大對超晶管和一維微結(jié)構(gòu)的開發(fā)，我們目前對這方面的研究還有所缺失，但是超晶管與一維微結(jié)構(gòu)在未來將會有巨大的發(fā)展，相關(guān)的行業(yè)應(yīng)該認識到其中的利害關(guān)系。一維微結(jié)構(gòu)在納米晶體技術(shù)當(dāng)中的應(yīng)用就說明了，在未來很長一段時間里這將是我們研究的重點內(nèi)容。

2.2　碳化硅材料的應(yīng)用

碳化硅材料在導(dǎo)熱性能方面具有較強的穩(wěn)定性，這是它優(yōu)于其它材料的特征。在部分有著較高散熱性需求的電子科技領(lǐng)域，就很依賴于這種材料。比如說太陽能、衛(wèi)星通信、發(fā)電傳輸?shù)龋@些行業(yè)又都是十分重要且發(fā)展勢頭迅猛的行業(yè)，因此，對于碳化硅的研究和應(yīng)用應(yīng)該予以足夠的重視。而且碳化硅作為一種半導(dǎo)體材料在我國的軍工領(lǐng)域也有著舉足輕重的作用。然而這些上述的行業(yè)在我國目前的發(fā)展還處于較為初級的階段，并沒有十分普及。隨著經(jīng)濟模式的轉(zhuǎn)型，對于環(huán)保的呼聲越來越高，而且相關(guān)的高端電子科技產(chǎn)業(yè)也得到了發(fā)展的機遇，筆者認為，在將來很長一段時間里碳化硅都將作為一種主要的半導(dǎo)體材料在電子科學(xué)技術(shù)中被廣泛應(yīng)用。

3　結(jié)語

綜上所述，通過對電子科學(xué)技術(shù)發(fā)展中常用半導(dǎo)體材料進行分析，主要從超晶管、一維微結(jié)構(gòu)材料、碳化硅材料，新型硅材料等方面著手，談了談半導(dǎo)體材料的應(yīng)用和未來發(fā)展趨勢。希望國內(nèi)應(yīng)用當(dāng)前的研究成果，積極引入新技術(shù)，并在應(yīng)用、研究方面不斷創(chuàng)新，從而提升國內(nèi)半導(dǎo)體材料研發(fā)水平及質(zhì)量，這對推動國內(nèi)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展、社會進步等方面具有重要參考意義。

【參考文獻】

[1]付婧.淺談電子科學(xué)技術(shù)中的半導(dǎo)體材料發(fā)展趨勢[J].數(shù)碼世界，2017（03）：111.

[2]譚永麟.對電子科學(xué)技術(shù)中的半導(dǎo)體材料發(fā)展趨勢淺析[J].2017（22）：380.