半导体材料发展简史

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1、半导体材料的发展简史半导休材料是半导休工业的基础，它的发展对半导体工业的发展具有极大的影响。如果按化学成分及内部结构，半导体材料大致可以分为以下几类：—是元素半导体材料,包括错(Ge)、硅(Si)、硒(Se)、硼(B)等。20世纪50年代，错在半导体工业中占主导地位，但铭半导体器件的耐高温和抗辐射性能较差，到20世纪60年代后期逐渐被硅材料取代。用硅制造的半导体器件，耐高温和抗辐射性能较好，特别适宜制作大功率器件。因此，硅己成为应用最多的一种半导体材料，口前的集成电路大多数是用硅材料制造的。二是化合物半导体，它是由两种或两种以上的元索化合而成的半导体材料。它的种类很多，重耍的

2、有硼化镣(GaAs)、磷化钢(InP)、鎌俗I(InSb)、氮化镣(GaN)、碳化硅(SiC)、硫化镉(CdS)等。其屮碑化镣是除硅Z外研究最深入、应用最广泛的半导休材料。由于碎化稼是一种直接带隙的半导体材料，并且具有禁带宽度宽、电子迁移率高的优点，因而神化稼材料不仅可直接研制光电子器件，如发光二极管、可见光激光器、近红外激光器、量子阱大功率激光器、红外探测器和高效太阳能电池等，而且在微电了方面，以半绝缘砌化铢(Si・GaAs)为基体，用直接离子注入自对准平而工艺研制的碑化镣高速数字电路、微波单片电路、光电集成电路、低噪声及大功率场效应晶体管，具有速度快、频率高、低功耗和抗辐

3、射等特点。碳化硅由于其抗辐射能力强、耐高温和化学稳定性好，在航天技术领域有着广泛的应用。氮化镌材料是近十年才成为研究热点，它是一种宽禁带半导体材料(Eg=3.4eV),具有纤锌矿结构的氮化镣属于直接跃迁型半导体，是制作绿光、蓝光、紫光乃至紫外发光二极管、探测器和激光器的材料。氮化纟家可以与氮化锢(Eg=1.9eV)、氮化铝(Eg=6.2eV)形成合金InGaN、AlGaN,这样可以调制禁带宽度，进而调节发光管、激光管等的波长。三是非晶半导体。上面介绍的都是具有确定晶格结构的半导体材料，在这些材料中原了排列具有对称性和周期性。然而，一些不貝有长程有序的无定形固体(非品体)也具冇

4、明显的半导体特征。非品半导体的种类繁多，大体上也可按品态物质的归类方法来分类。从目前研究的深度来看，颇有实用价值的非晶半导体材料首推氢化非晶硅(a—SiH)及其合金材料(a—SiC:H、a—SiN:H),可以用于低成本太阳能电池和静电光敏感材料。非晶Se(a-Se)＞硫系玻璃及氧化物玻璃等非晶半导体在传感器、开关电路及信息存储方面也有广泛的应用丽景。四是冇机半导体，例如芳香族冇机化合物就具冇典型的半导体特征。冇机半导体的电导特性研究可能对生物体内的基本物理过程研究起着重大推动作用，是半导体研究的一个热门领域，其屮有机发光二极管(OLED)的研究尤其受到人们的重视。半导体材料有

5、重要的战略地位，上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程霍纳米技术的发展和应用，将使人类能从原了、分了或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路，必将深刻地着世界的、格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式。常用的半导体材料分为元素半导体和化合物半导体。元素半导

6、体是由单一元索制成的半导体材料。主要冇硅、错、硒等，以硅、错应用最广。化合物半导体分为二元系、三元系、多元系和冇机化合物半导体。二元系化合物半导体冇III.V族(如碎化铢、磷化铢、磷化锢等)、11-VI族(如硫化镉、硒化镉、晞化锌、硫化锌等)、IV・VI族(如硫化铅、硒化铅等)、“・IV族(如碳化硅)化合物。三元系和多元系化合物半导体主要为三元和多元固溶体，如镣铝神固溶体、镣错不巾磷固溶体等。有机化合物半导体有蔡、恿、聚丙烯月青等，还处于研究阶段。此外，还冇非品态和液态半导体材料，这类半导体与品态半导体的最大区别是不具有严格周期性排列的晶体结构。而硅材料则是最重要的半导体材料

7、之一，从提高硅集成电路成品率，降低成本看，增大直拉硅(CZ—Si)单晶的直径和减小微缺陷的密度仍是今后CZ-Si发展的总趋势。目丽直径为8英寸(200mm)的Si单晶已实现大规模工业生产,基于直径为12英寸(300mm)硅片的集成电路(ICM)技术正处在由实验室向工业生产转变中。目前300mm,0」8pm工艺的硅ULSI生产线己经投入生产，300mm,0.13pn工艺生产线也将在2003年完成评估。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功，直径27英寸硅E晶研制也正在积极筹划中