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半导体材料研究与开发            【字体:
半导体材料研究与开发
作者:穆玉隆    文章来源:本站原创    点击数:    更新时间:2007-1-5    
一、半导体材料的发展历程
    新型半导体材料的研究和突破,常常导致新的技术革命和新兴产业的发展。以氮化镓为代表的第三代半导体材料,是继第一代半导体材料(以硅基半导体为代表)和第二代半导体材料(以砷化镓和磷化铟为代表)之后,在近10年发展起来的新型宽带半导体材料。作为第一代半导体材料,硅基半导体材料及其集成电路的发展导致了微型计算机的出现和整个计算机产业的飞跃,并广泛应用于信息处理、自动控制等领域,对人类社会的发展起了极大的促进作用。硅基半导体材料虽然在微电子领域得到广泛应用,但硅材料本身间接能带结构的特点限制了其在光电子领域的应用。随着以光通信为基础的信息高速公路的崛起和社会信息化的发展,第二代半导体材料崭露头角,砷化镓和磷化铟半导体激光器成为光通信系统中的关键元器件。同时,砷化镓高速器件也开拓了移动通信的新产业。
    第三代半导体材料的兴起,是以氮化镓材料P-型掺杂的突破为起点,以高效率蓝绿光发光二极管和蓝光半导体激光器的研制成功为标志的。它将在光显示、光存储、光照明等领域有广阔的应用前景。比如用高效率蓝绿光发光二极管制作的超大屏幕全色显示,可用于室内室外各种场合的动态信息显示,使超大型、全平面、高清晰、无辐射、低功耗、真彩色大屏幕显示领域也占相当大的比重。高效率白光发光二极管作为新型高效节能固体光源,使用寿命超过10万小时,可比白炽灯节电5-10倍,达到了节约资源、减少环境污染的双重目的,定将在世界范围内引发照明电光源的一场划时代的深刻革命。蓝光半导体激光器用于制作下一代DVD,可以比现在的CD光盘提高存储密度20倍以上。另一方面,氮化镓材料宽带隙的特点也保证了它在高温、大功率以及紫外光探测器等半导体器件的应用前景。它具有高可靠性、高效率、快速响应、长寿命、全固体化、体积小等优点,在宇宙飞船、火箭羽烟探测、大气探测、火灾等领域内将发挥重大作用。在未来10年里,氮化镓材料将成为市场增幅最快的半导体材料,到2006年将达到30亿美元的产值,占化合物半导体市场总额的20%。同时,作为新型光显示、光存储、光照明、光探测器件,可促进上千亿美元相关设备、系统的新产业的形成。
    二、当前半导体材料的研究热点和趋势
    当前半导体材料的研究主要集中在氮化镓材料生长研究,材料基本物理参数的测定,材料物理性质的研究,以及各种新器件的设计和应用研究。材料生长研究包括各种外延生长研究和体单晶的生长研究。有机金属汽相外延(MOCVD)是目前应用最广的生长方法,可生长高质量薄膜材料、量子阱异质结材料和各种器件结构。蓝绿发光二极管和激光器基本都是采用该方法制作的。卤化物气相外延(HVPE)生长速率高,可用于制作外延衬底以进一步提高MOCVD生长材料的质量。氮化镓体单晶的生长研究难度较大,目前只有很少研究报道,但这是一种非常重要的研究方向,氮化镓材料器件的充分优化和发展,有可能依赖于体单晶制作的外延衬底。
    由于氮化镓材料是一种新型的半导体材料,且难于获得高质量单晶材料,至今许多材料基本物理参数尚未测定,许多物理性质尚未开发研究。开展这方面的研究,充分了解氮化镓材料的各种光学性质、电学性质、力学性质、以及各种化学性质,将有助于充分利用这些性质优化应用器件的设计,开发新型器件,甚至开发出新的高技术应用领域。目前氮化镓器件的研究包括蓝绿发光二极管和蓝光激光器、可见光盲紫外探测器、高频大功率场效应晶体管,以及应用于高温及恶劣环境的器件。   
文章录入:穆玉隆    责任编辑:穆玉隆 
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