半導(dǎo)體材料的性能分析及其應(yīng)用

黃與琦

摘要：社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展為各行各業(yè)帶來(lái)了更大的挑戰(zhàn)和更好的發(fā)展機(jī)遇，對(duì)于半導(dǎo)體行業(yè)來(lái)說(shuō)，要求材料的更好運(yùn)用和對(duì)技術(shù)的不斷革新，半導(dǎo)體物理也成為材料物理重要的研究方向。針對(duì)這種情況，本文主要闡述半導(dǎo)體的具體含義及其分類，根據(jù)不同類型的半導(dǎo)體，對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)想和展望，希望為我國(guó)的半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展盡一份綿薄之力。

關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體材料;概念及分類;應(yīng)用;發(fā)展前景

中圖分類號(hào)：TN304?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?文章編號(hào)：1672-9129（2020）10-0077-02

當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的三大推動(dòng)力是能源、材料和信息。其中以半導(dǎo)體為代表的電子材料的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用都是時(shí)代關(guān)注的重點(diǎn)。半導(dǎo)體材料在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用極大地提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。同時(shí)促進(jìn)了工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、科技、教育、衛(wèi)生以及生物工程、航空航天等各個(gè)領(lǐng)域的全面發(fā)展。以保障在未來(lái)的科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展中能夠更好地發(fā)揮半導(dǎo)體材料的作用。

1?半導(dǎo)體的分類

自然界的物質(zhì)和材料千千萬(wàn)萬(wàn)，如果按導(dǎo)電能力劃分，可以將所有的物質(zhì)分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體三種。其中半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，其電阻率在1mΩ/cm～1GΩ/cm之間。半導(dǎo)體可以用來(lái)做半導(dǎo)體器件和集成電路的電子材料。依據(jù)半導(dǎo)體材料的化學(xué)成分，可以將半導(dǎo)體分為元素半導(dǎo)體、無(wú)機(jī)化合物半導(dǎo)體、有機(jī)化合物半導(dǎo)體和非晶態(tài)半導(dǎo)體[ 1 ]。

半導(dǎo)體材料其實(shí)出現(xiàn)在人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)角落，無(wú)處不在，比如人們生活中必備的電視機(jī)，個(gè)人電腦，微波爐，電磁爐等其中都會(huì)有半導(dǎo)體的存在并且半導(dǎo)體在這些機(jī)器中都扮演著重要的角色。個(gè)中原因，是半導(dǎo)體具有特殊的性質(zhì)決定的，在這個(gè)電氣時(shí)代，半導(dǎo)體具有導(dǎo)電性的同時(shí)卻是屬于導(dǎo)體和絕緣體之間的一種材料，導(dǎo)電能力具有方向性。

2?半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響因素

半導(dǎo)體特殊的導(dǎo)電性質(zhì)，受很多方面的影響，其中不只包括半導(dǎo)體本身的形態(tài)，還包括外界的溫度的高低，磁場(chǎng)和電場(chǎng)的強(qiáng)弱等。因此，不同的材料具有不同的導(dǎo)電性質(zhì)，相同材料在不同的外界環(huán)境中也表現(xiàn)出不盡相同的導(dǎo)電特性。常見的一些例子，本征半導(dǎo)體，在日常溫度下，會(huì)有很高的電阻，不屬于良好的導(dǎo)體。我們向純度較高的半導(dǎo)體材料中添加雜質(zhì)，隨著雜質(zhì)的不斷加入，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性受到影響，一般情況下，我們添加的雜質(zhì)越多，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性越差。N型半導(dǎo)體是一種雜質(zhì)半導(dǎo)體，依靠電子進(jìn)行導(dǎo)電，而P型半導(dǎo)體則是用空穴進(jìn)行導(dǎo)電的。半導(dǎo)體材料豐富多樣，我們?cè)诎雽?dǎo)體材料上有著多種選擇，根據(jù)不同的要求選擇相應(yīng)的半導(dǎo)體材料。

3?以應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)橐暯堑陌雽?dǎo)體應(yīng)用

半導(dǎo)體材料的光生伏特效應(yīng)是太陽(yáng)能電池運(yùn)行的基本原理?，F(xiàn)階段半導(dǎo)體材料的光伏應(yīng)用已經(jīng)成為一大熱門，是目前世界上增長(zhǎng)最快、發(fā)展最好的清潔能源市場(chǎng)。太陽(yáng)能電池的主要制作材料是半導(dǎo)體材料，判斷太陽(yáng)能電池的優(yōu)劣主要的標(biāo)準(zhǔn)是光電轉(zhuǎn)化率，光電轉(zhuǎn)化率越高，說(shuō)明太陽(yáng)能電池的工作效率越高。根據(jù)應(yīng)用的半導(dǎo)體材料的不同，太陽(yáng)能電池分為晶體硅太陽(yáng)能電池、薄膜電池以及Ⅲ-Ⅴ族化合物電池。薄膜電池相比于晶體硅更能降低生產(chǎn)成本，其中非晶硅（a-Si）電池是最早實(shí)現(xiàn)商品化的薄膜電池，目前最好的轉(zhuǎn)化率為13%。多晶和微晶硅電池的有源區(qū)比較薄，可以保證在材料質(zhì)量下降的同時(shí)維持器件性能不變，其中最高的轉(zhuǎn)化效率是23.7%。

4?對(duì)零維半導(dǎo)體和一維半導(dǎo)體的發(fā)展前景展望

就目前的發(fā)展情況來(lái)看，維半導(dǎo)體和一維半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)材料的固態(tài)納米量值器發(fā)展尚不成熟，沒有達(dá)到健壯和穩(wěn)定的發(fā)展階段，對(duì)其深入的研究沒有有效的成果總結(jié)，但是例如零維半導(dǎo)體和一維半導(dǎo)體等低維度材料的固態(tài)納米量值器對(duì)于半導(dǎo)體材料后續(xù)進(jìn)一步的發(fā)展有著舉足輕重的關(guān)鍵性影響，低維度材料的固態(tài)納米量值器的發(fā)展和成熟會(huì)帶來(lái)微電子技術(shù)和光電子技術(shù)的發(fā)展革新，帶來(lái)新的發(fā)展篇章。在此需要特別提到，制造水平的高低可以說(shuō)直接決定了納米結(jié)構(gòu)材料質(zhì)量的好壞，提高納米結(jié)構(gòu)材料質(zhì)量的質(zhì)量需要相當(dāng)?shù)目蒲兴?，需要相?dāng)充足的人力資源投入和資金投入，二者缺一不可，只有同時(shí)具備人力和財(cái)力才能為發(fā)展提供不竭的動(dòng)力。目前我國(guó)在量子器件研制，量子點(diǎn)材料制備，半導(dǎo)體量子線等方面相較其領(lǐng)先水平都有一定的差距，發(fā)展需要人力和資源的投入，相關(guān)部門可以通過(guò)政策為其獲取外界的關(guān)注度，以此來(lái)為其發(fā)展做準(zhǔn)備。只有不斷為半導(dǎo)體行業(yè)提供良好的發(fā)展環(huán)境，有足夠的社會(huì)關(guān)注度，才能不斷促進(jìn)半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，使半導(dǎo)體行業(yè)成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的有力推手，促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展騰飛。

結(jié)論：半導(dǎo)體領(lǐng)域是一個(gè)廣泛的知識(shí)技術(shù)領(lǐng)域，本文只能簡(jiǎn)單的對(duì)半導(dǎo)體材料的分類、性能和應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述，實(shí)際上的半導(dǎo)體類型劃分更加細(xì)致，應(yīng)用更加復(fù)雜，同時(shí)存在著材料上的優(yōu)勝劣汰，產(chǎn)品上的更新?lián)Q代，將來(lái)隨著半導(dǎo)體材料的技術(shù)突破，更多優(yōu)質(zhì)廉價(jià)的半導(dǎo)體材料應(yīng)用到生產(chǎn)生活中，人類社會(huì)又將迎來(lái)一場(chǎng)技術(shù)變革。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳彩云，徐東.半導(dǎo)體材料的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016（9）：219.

[2]周高還.有機(jī)半導(dǎo)體材料性能研究與應(yīng)用前景[J].電子工業(yè)專用設(shè)備，2015，44（11）：25-27，31.

[3]戴英杰.半導(dǎo)體材料在傳感器中的應(yīng)用[J].吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2017（9）：63-64.