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

張雷

（中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一八研究所，河北 邯鄲 056027）

一、半導(dǎo)體材料發(fā)展的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

（一）發(fā)展現(xiàn)狀

在我國(guó)一些生產(chǎn)企業(yè)中，硅單晶材料多運(yùn)用于生產(chǎn)設(shè)備中的集成電路和微電子中，但是在硅單晶材料實(shí)際運(yùn)用中還存在著諸多問(wèn)題，比如工作人員在運(yùn)用硅單晶材料時(shí)，也要考慮石英里的二氧化硅中氧和設(shè)備加熱器的碳污染，這些因素會(huì)導(dǎo)致硅材料在使用時(shí)發(fā)生過(guò)飽和氧的現(xiàn)象，造成了生產(chǎn)環(huán)節(jié)的雜質(zhì)污染。硅單晶在使用的過(guò)程中，其長(zhǎng)度是隨著直徑的增大而加長(zhǎng)的，因此工作人員在運(yùn)用硅單晶材料時(shí)，要對(duì)材料的均勻性進(jìn)行全面的考慮，假如硅單晶材料在運(yùn)用的過(guò)程中雜質(zhì)分布不均勻，則會(huì)導(dǎo)致電路集成在使用時(shí)會(huì)出現(xiàn)大量的飽和氧，這些雜質(zhì)則直接影響著生產(chǎn)設(shè)備器件中電路的性能，所以在硅單晶材料實(shí)際使用的過(guò)程中，工作人員要在規(guī)定的底部進(jìn)行外延硅薄膜的鋪設(shè)，從而可以有效的避免硅單晶材料中氧和碳雜質(zhì)的污染。另外，在一些生產(chǎn)企業(yè)中的大功率設(shè)備中，工作人員大多數(shù)使用硅單晶材料來(lái)進(jìn)行抗輻照電路工作，由于硅單晶材料和其他生產(chǎn)材料的物理性能是不同的，硅單晶材料在高淳區(qū)熔硅環(huán)境下，不與石英容器相互接觸。另外，工作人員在使用硅單晶材料時(shí)，采用中子摻雜的方法來(lái)制成N型或者P型的材料，特別是應(yīng)用在抗輻照期間的設(shè)備中有著良好的使用前景。

（二）發(fā)展趨勢(shì)

隨著現(xiàn)在半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展和不斷進(jìn)步，我們國(guó)家的半導(dǎo)體技術(shù)應(yīng)用應(yīng)該面向更加廣闊的，至少應(yīng)該采取更新的材料更加優(yōu)化的新型設(shè)備來(lái)執(zhí)行現(xiàn)在的半導(dǎo)體生產(chǎn)。因此通過(guò)以身元素為主要材料的新型第2代半導(dǎo)體已經(jīng)出現(xiàn)在我們的身邊，這種半導(dǎo)體相較于第1代半導(dǎo)體來(lái)說(shuō)具備更好的延展性。充分的用到現(xiàn)在的許多高級(jí)電器之中，然而近年來(lái)社會(huì)通過(guò)利用光子材料和各種氮化合物生產(chǎn)出來(lái)的第3代半導(dǎo)體，它已經(jīng)成為現(xiàn)在應(yīng)用中最廣泛的半導(dǎo)體之一。

半導(dǎo)體材料目前正往集集小高性?xún)r(jià)比易獲得以及高延展性的方向發(fā)展，通過(guò)以上幾種技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)代半導(dǎo)體的新型質(zhì)量稽核，通過(guò)利用氮氧化合物生產(chǎn)的半導(dǎo)體不僅材料容易尋找，而且制作出來(lái)的半導(dǎo)體具有非常好的效果，運(yùn)用到現(xiàn)在的電子領(lǐng)域中也有非常好的作用。而且半導(dǎo)體材料作為我們現(xiàn)在電力使用最廣泛的材料之一，通過(guò)研究電子材料對(duì)于現(xiàn)在半導(dǎo)體材料的整體發(fā)展有著巨大的幫助。

二、半導(dǎo)體材料的分類(lèi)與發(fā)展

隨著科技的發(fā)展和研究的深入，目前，半導(dǎo)體材料主要有半導(dǎo)體硅材料、半導(dǎo)體光子晶體材料、半導(dǎo)體砷化鎵單晶材料等。

（一）半導(dǎo)體硅材料

人們?nèi)粘Ｉ钪猩a(chǎn)的大部分電子產(chǎn)品都是由硅基材料制成的。也有一些集成電路也是由硅或硅晶體衍生物制成的。可見(jiàn)硅材料在半導(dǎo)體的發(fā)展中非常關(guān)鍵。早在20世紀(jì)末，硅材料就作為電子科學(xué)技術(shù)的主要材料被研究和開(kāi)發(fā)，并應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。其年需求量也呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。根據(jù)當(dāng)今世界硅材料的消耗量，硅在未來(lái)很可能成為電子通信和計(jì)算領(lǐng)域不可缺少的材料。半導(dǎo)體材料在機(jī)械領(lǐng)域中占有重要地位。如果沒(méi)有硅材料對(duì)半導(dǎo)體材料發(fā)展的支持，半導(dǎo)體就不會(huì)經(jīng)常更新?lián)Q代，性能不斷提升。半導(dǎo)體硅材料有多種不同的形態(tài)，各種形態(tài)的硅材料都應(yīng)用在半導(dǎo)體生產(chǎn)中，在其中發(fā)揮著不同的作用。

（二）砷化鎵單晶材料

砷化鎵是一種耐高溫、耐輻射的材料。主要應(yīng)用于微電子、光電子材料等領(lǐng)域。在一些高速運(yùn)行的電子設(shè)備中用處非常大。近年來(lái)，通信技術(shù)的采用的信道的頻率在不斷增加，生產(chǎn)中使用的砷化鎵的數(shù)量也逐漸增加。由于目前GaAs單晶材料的研發(fā)起步不如其他國(guó)家早，隨著一些企業(yè)的崛起，半導(dǎo)體材料的生產(chǎn)機(jī)會(huì)也越來(lái)越多。

（三）光子晶體材料

光子晶體是現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的，通過(guò)利用周期性電夠晶體所出現(xiàn)的一種類(lèi)光學(xué)型經(jīng)濟(jì)。光子信息主要是通過(guò)調(diào)整波紋的長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體電子之間的間隙傳達(dá)，從而使現(xiàn)在的電子管家能夠非常良好的傳遞，光波實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)部電流的傳輸，從而對(duì)半導(dǎo)體的使用有著非常好的輔助作用。然而隨著現(xiàn)在電子技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)于現(xiàn)在內(nèi)部產(chǎn)品的芯片重視越來(lái)越高，因此就對(duì)于電子產(chǎn)品的要求越來(lái)越強(qiáng)，所以通過(guò)減少電子產(chǎn)品的體積和規(guī)格，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)代電子產(chǎn)品材料的優(yōu)化。因此通過(guò)光子晶體材料進(jìn)行半導(dǎo)體的制作，已經(jīng)成為現(xiàn)在新的計(jì)劃之一。

三、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)優(yōu)化發(fā)展的對(duì)策

（一）法律政策手段支持

我國(guó)對(duì)于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)要從其相關(guān)產(chǎn)業(yè)著手，主要就是電子產(chǎn)業(yè)、計(jì)算機(jī)行業(yè)以及各種信息技術(shù)為基礎(chǔ)的產(chǎn)業(yè)作為戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，一定要重點(diǎn)發(fā)展相關(guān)產(chǎn)業(yè)。同時(shí)要積極將半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)進(jìn)行控制，要給我國(guó)的半導(dǎo)體廠(chǎng)商留下一定的發(fā)展成長(zhǎng)空間。通過(guò)戰(zhàn)術(shù)與戰(zhàn)略的形式從法律政策角度為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)營(yíng)造出最好的外部環(huán)境。

（二）半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)人才的培養(yǎng)

首先就是技術(shù)人才的培養(yǎng)，要將國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體科研人才派往國(guó)外先進(jìn)半導(dǎo)體生產(chǎn)技術(shù)企業(yè)進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而才能夠?yàn)槲覈?guó)帶來(lái)更多先進(jìn)的半導(dǎo)體研發(fā)技術(shù)；另外，半導(dǎo)體應(yīng)用人才，能夠?qū)雽?dǎo)體產(chǎn)品與其他產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)合，為各種信息技術(shù)的提升帶來(lái)更多可能性。

（三）金融支持

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展形式同傳統(tǒng)的工業(yè)不同，一方面其在R ＆ D與制造工藝方面，需要龐大的高技術(shù)人才資源；還有另外一方面，其所需要的資金近乎天文數(shù)字。加上技術(shù)與工藝的發(fā)展速度是十分迅速的，但是這種設(shè)備競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)將會(huì)消失，只能夠通過(guò)不斷的長(zhǎng)期高密度的資金投入。因此這就需要將半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)與金融進(jìn)行掛鉤，通過(guò)金融融通的功能為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)提供更多的資金。主要的形式就是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基金，通過(guò)這種產(chǎn)業(yè)基金能夠?yàn)榘雽?dǎo)體產(chǎn)業(yè)各端的企業(yè)提供足夠的資金，保證對(duì)半導(dǎo)體研發(fā)資金的持續(xù)投入。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在半導(dǎo)體材料研制上已經(jīng)有了重大的成就，但是為了使我國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展質(zhì)量得到進(jìn)一步的提升，半導(dǎo)體材料的研發(fā)人員應(yīng)當(dāng)立足于當(dāng)前半導(dǎo)體材料的應(yīng)用現(xiàn)狀，運(yùn)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段，進(jìn)行更高性能的半導(dǎo)體材料的研發(fā)，創(chuàng)造出一個(gè)良好的應(yīng)用前景。