序号：3 半导体材料的发展现状及趋势姓名：李霄学号：1111044081班级：电科1103科目：微电子设计导论二〇一三年12 月23 日半导体材料的发展进展近况及趋向引言：随着全球科技的飞速发展成长，半导体材料在科技进展中的首要性毋庸置疑，半导体的发展进展历史很短，但半导体材料彻底改变了我们的生活，从半导体材料的发展历程、半导体材料的特性、半导体材料的种类、半导体材料的制备、半导体材料的发展。

从中我们可以感悟到半导体材料的重要性关键词：半导体、半导体材料。

一、半导体材料的进展历程20世纪50年代，锗在半导体产业中占主导位置，但锗半导体器件的耐高温和辐射性能机能较差，到20世纪60年代后期逐步被硅材料代替。

用硅制作的半导体器件，耐高温和抗辐射机能较好，非常适合制作大功率器件。

因而，硅已经成为运用最多的一种半导体材料，现在的集成电路多半是用硅材料制作的。

二是化合物半导体，它是由两种或者两种以上的元素化合而成的半导体材料。

它的种类不少，主要的有砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、锑化铟(InSb)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、硫化镉(CdS)等。

此中砷化镓是除了硅以外研讨最深切、运用最普遍的半导体材料。

氮化镓可以与氮化铟（Eg＝1.9eV）、氮化铝（Eg＝6.2eV）构成合金InGaN、AlGaN，如许可以调制禁带宽度，进而调理发光管、激光管等的波长。

三是非晶半导体。

上面介绍的都是拥有晶格构造的半导体材料，在这些材料中原子布列拥有对称性和周期性。

但是，一些不拥有长程有序的无定形固体也拥有显著的半导体特征。

非晶半导体的种类繁多，大体上也可按晶态物质的归类方式来分类。

从现在}研讨的深度来看，很有适用价值的非晶半导体材料首推氢化非晶硅（α－SiH）及其合金材料（α－SiC:H、α－SiN:H），可以用于低本钱太阳能电池和静电光敏感材料。

非晶Se（α－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普遍的运用远景。

四是有机半导体，比方芳香族有机化合物就拥有典范的半导体特征。

有机半导体的电导特征研讨可能对于生物体内的基础物理历程研究起着重大推进作用，是半导体研讨的一个热点领域，此中有机发光二极管（OLED）的研讨尤为受到人们的看重。

二、半导体材料的特性半导体材料是常温下导电性介于导电材料以及绝缘材料之间的一类功效材料。

靠电子以及空穴两种载流子实现导电，常温下电阻率平常在10-5～107欧·米之间。

平常随温度升高而上升；若掺入活性杂质或者用光、射线辐照，可以使其电阻率有几个数量级的转变。

1906年制成了碳化硅1947年创造晶体管以后，半导体材料作为一个特殊的的材料领范畴获得了很大的进展}，并成为电子产业以及高技能领域{中不可缺乏的材料。

特性和参数半导体材料的导电性对某些微量杂质极敏感。

纯度高的半导体材料称为本征半导体，常温下其电阻率很高，是电的不良导体。

在高纯半导体材料中掺入适量杂质后，因为杂质原子供给导电载流子，使材料的电阻率大为下降。

这类掺杂半导体常称为杂质半导体。

杂质半导体靠导带电子导电的称N型半导体，靠价带空穴导电的称P 型半导体。

不同类型半导体间接触组成PN结或者半导体与金属接触时，因电子或者空穴浓度差而发生分散，在接触处构成位垒，于是这类接触拥有单向导电性。

使用PN结的单向导电性，可以制成具备差别功效的半导体器件，如二极管、三极管、晶闸管等。

另外，半导体材料的导电性对外界前提（如热、光、电、磁等因素）的转变异常敏感，据此可以制作各类敏感元件，用于信息转换。

半导体材料的特征参数有禁带宽度、电阻率、载流子迁徙率、非平衡载流子寿命以及位错密度。

禁带宽度由半导体的电子态、原子组态决定，反应组成这类材料的原子中价电子从约束状态激起到自由状态所需的能量。

电阻率、载流子迁徙率反映材料的导电本领。

非平衡载流子寿命反应半导体材料在外界作用下内部载流子由非均衡状态向均衡状态过渡的弛豫特征。

位错<是晶体中最多见的一类缺点。

位错密度用来权衡半导体单晶材料晶格完备性的水平，对非晶态半导体材料，则没有这一参数。

半导体材料的特征参数不但能反映半导体材料与其他非半导体材料之间的差别，首要的是能反映各类半导体材料之间乃至同一种材料在差别情形下，其特征的量值差别。

三、半导体材料的种类半导体材料可按化学组成来分，再将构造与性能对比特别的非晶态与液态半导体单独{列为一类。

遵照如许分类要领可将半导体材料分为元素半导体、无机化合物半导体、有机化合物半导体以及非晶态与液态半导体。

元素半导体：在元素周期表的ⅢA族至ⅦA族散布着11种拥有半导性的元素，此中C是金刚石。

C、P、Se拥有绝缘体与半导体两种形态;B、Si、Ge、Te拥有半导性；Sn、As、Sb 具备半导体与金属两种形态。

P的熔点与沸点过低,Ⅰ的蒸汽压过高、容易分化，因此它们的适用价值不大。

As、Sb、Sn的稳固态是金属，半导体是不稳固的形态。

B、C、Te也因制备工艺上的艰难以及机能方面的局限性而还没有被应用。

所以这11种元素半导体中惟独Ge、Si、Se 3种元素已获得应用。

Ge、Si仍是全部半导体材料中应用最广泛的两种材料。

半导体材料无机化合物半导体：分二元系、三元系等。

二元系囊括：1、Ⅳ-Ⅳ族:SiC以及Ge-Si合金都拥有闪锌矿的构造。

2、Ⅲ-Ⅴ族:由周期表中Ⅲ族元素Al、Ga、In以及V族元素P、As、Sb组成，典范的代表为GaAs。

它们都拥有闪锌矿构造,它们在应用方面仅次于Ge、Si,有很大的成长前程。

3、Ⅱ-Ⅵ族:Ⅱ族元素Zn、Cd、Hg以及Ⅵ族元素S、Se、Te构成的化合物，是一些主要的光电材料。

ZnS、CdTe、HgTe拥有闪锌矿构造。

4、Ⅰ－Ⅶ族：Ⅰ族元素Cu、Ag、Au以及Ⅶ族元素Cl、Br、I构成的化合物，此中CuBr、CuI拥有闪锌矿构造。

5、Ⅴ-Ⅵ族：Ⅴ族元素As、Sb、Bi以及Ⅵ族元素S、Se、构成的化合物具备的形式如Bi2Te3、Bi2Se3、Bi2S3、As2Te3等是主要的温差电材料。

6、第四周期中的B族以及过渡族元素Cu、Zn、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni的氧化物,为主要的热敏电阻质料。

7、某些稀土族元素Sc、Y、Sm、Eu、Yb、Tm与Ⅴ族元素N、As或者Ⅵ族元素S、Se、Te构成的化合物。

除了这些二元系化合物外另有它们与元素或者它们之间的固溶体半导体。

三元系囊括：1、族:这是由一个Ⅱ族以及一个Ⅳ族原子去替换Ⅲ－Ⅴ族中两个Ⅲ族原子所组成的。

比方ZnSiP2、ZnGeP2、ZnGeAs2、CdGeAs2、CdSnSe2等。

2、族：这是由一个Ⅰ族以及一个Ⅲ族原子去替换Ⅱ-Ⅵ族中两个Ⅱ族原子所组成的, 如CuGaSe2、AgInTe2、AgTlTe2、CuInSe2、CuAlS2等。

3、：这是由一个Ⅰ族以及一个Ⅴ族原子去替换族中两个Ⅲ族原子所组成,如Cu3AsSe4、Ag3AsTe4、Cu3SbS4、Ag3SbSe4等。

四、半导体材料的分类及应用能源、资料与信息被以为是现今正在崛起的新技能革命的三大支柱。

材料方面, 电子材料的进展特别惹人注视。

以大范围以及超大规模集成电路为核心的电脑的出现极大地推进了当代科学技能各个方方面面的进展,一个又一个重要意义的半导体出产新工艺、新资料以及新仪器接续出现, 并快速变成生产力以及生产工具, 有利的地推进了集成电路产业的高速成长。

半导体数字集成电路、摹拟集成电路、存储器、专用集成电路以及微处理器, 不管是在集成度以及稳固可靠方面, 还是在出产本钱接续下降方面都上了一个又一个新水平,有力地促进了人类在生物工程、航空航天、工业、农业、科技、贸易、教育、卫生等范畴的全面成长, 也大大便利以及丰盛了人们的平常生活。

半导体集成电路的成长水平, 是权衡一个国家的经济实力以及科技前进的主要标杆之一,但是半导体材料又是集成电路成长的一个主要基石。

“半体体材料”作为电子材料的代表, 在生产出产实践的客观要求刺激下, 科技工作已发现了数以千计的具备半导体特征的材料, 并正在努力研究、开辟以及使用具备非凡机能机能的材料。

五、半导体材料的发展及趋势1、硅材料从提高硅集成电路制品率，降本钱来看，增大直拉硅（CZ－Si）单晶的直径以及减小微缺点的密度仍是以后CZ－Si进展的总趋向。

现在直径为8英寸（200mm）的Si单晶已大范围产业生产，基于直径为12英寸（300mm）硅片的集成电路（IC's）技巧正处在由尝试向工业出产转变中。

现在{300mm，0.18μm 工艺的硅ULSI生产出产线已投入出产，300mm，0.13μm工艺出产线也将在2003年完成评估。

18英寸重达41千克的硅单晶以及18英寸的硅园片已在试验研制成功，直径27英寸硅单晶研制也正在努力计划中。

从提高硅IC'S的速率和集成度看，研制适宜于硅深亚微米以致纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料成长的主流。

此外，SOI资料，包含智能剥离（Smart cut）和SIMOX材料等也进展很快。

现在，直径8英寸的硅外延片和SOI材料已经研制成功，更大尺寸的片材也在开辟中。

理论剖析指出30nm上下将是硅MOS集成电路线路宽的“极限”尺寸。

这不但是指量子尺寸效应答现有器件特征影响所带来的物理限定和光刻技能的限定问题，更主要的是将受硅、SiO2本身性质的限定。

虽然人们正在踊跃寻觅高K介电绝缘材料（如用Si3N4等来替换SiO2），低K介电互连材料，用Cu取代Al引线以和采取集成芯片技巧等来提高ULSI的集成度、运算速率和功效，但硅将终究难以满足人类不断增大的信息量需求。

为此，人们除了追求基于最新原理的量子计算和DNA生物的计算等以外，还把眼光放在以GaAs、InP为基的化合物半导体资料，尤其是二维超晶格、量子阱，一维量子线与零维量子点材料和可与硅平面工艺兼容GeSi合金材料等，这也是现在半导体材料质料研发的重点方向。

2、GaAs和InP单晶材料GaAs和InP与硅差别，它们都是直接带隙材料，具备电子饱和漂移速率高，耐高温，抗辐照等特色；在超高速、超高频、低功耗、低噪音器件和电路，尤其在光电子器件和光电集成方面占据特殊的地位。

GaAs和InP单晶的进展趋势是：1、增大晶体直径，现在4英寸的SI－GaAs 已经用于出产，估计本世纪初的头几年直径为6英寸的SI－GaAs也将投入工业应用。

2、增大材料的电学和光学微区匀称性。

3、GaAs和InP单晶的VGF生长技巧成长很快，颇有可能成为主流技术。

美国物理学家组织网近来报导，一个世界性科研团队初次研制出了一种含庞大分子的有机半导体材质，其构造稳固，具有出色的电学特征，而且本钱低廉，可被用于制作当代电子装备中普遍应用的场效应晶体管。