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浅谈半导体材料的发展趋势

2019/08/23 阅读:

摘要:随着科学技术的不断发展,新兴的科技在生活的不同领域都有了重要的应用。半导体材料在电子科技进步过程中起到了基石的作用,是电子科学技术的基础,决定了电子科学技术的发展高度。从第一代硅半导体材料到第二代半导体材料到现在的第三代化合物半导体材料,半导体也处于不断的变化过程中。本文主要研究了电子科学技术中的半导体材料应用,当下发展状况以及未来发展趋势。

关键词:半导体材料;特征尺寸;摩尔定律

一、前言

半导体材料是特殊的元素或者化合物,它的性质处于导体和非导体之间,因此也就有了特殊的性质。利用半导体材料的性质可以制作发光二极管、三极管等重要元件,因此,半导体材料在整个互联网甚至工业发展过程中有不可或缺的作用。目前,随着我国计算机技术的跨越式发展,对半导体材料的需求也在不断增加,半导体材料逐渐有了很大的生产量。

二、半导体材料的应用

硅锗作为第一代半导体材料,对人类的生产和生活有着重要的影响。初代半导体的最主要应用材料就是硅,硅的储量非常大,应用到现在的半导体上十分的具有性价比。锗是半导体发展过程中发现的第一种元素,在生产半导体元件中依旧使用很广泛。随着电子科学技术和计算机技术的发展,半导体器件也有了广泛的应用。在初始阶段,我国电子科技的研究和发展主要靠第一代半导体,它们以硅和锗为材料,因为锗是活跃的,常常会与用于半导体设备的介电材料发生氧化还原反应,从而降低材料的氧化性,对半导体设备的性能有一定的影响,同时,它将直接导致半导体的使用达不到预期的结果,存在各种各样的问题。由于存在各种各样的问题,半导体设备在生产过程中出现异常的可能性会增加,而且锗的产量也不会像硅那样高,因此,在我国电子科学技术发展的初级阶段,锗在半导体材料中的研究和应用少于硅[1]。但在20世纪末,锗在红外光学领域得到了广泛的应用。从那时起,锗的用途和使用频率一直在增加。最明显的例子是在太阳能研究和开发项目中使用氧化还原锗材料。很快,人们就发现了其他可以生产半导体的材料,并且将化合物用在生产半导体中,并且有了意外惊人的效果,制作了第二代半导体,第三代半导体。

三、半导体材料的分类与发展

随着科技的发展和研究的深入,目前,半导体材料主要有半导体硅材料、半导体光子晶体材料、半导体砷化镓单晶材料等。

(一)半导体硅材料最近几年,新型半导体材料不断出现。硅以其丰富的资源、低廉的价格和优异的性能,在半导体市场上也占有重要的地位。人们日常生活中生产的大部分电子产品都是由硅基材料制成的。也有一些集成电路也是由硅或硅晶体衍生物制成的。可见硅材料在半导体的发展中非常关键。早在20世纪末,硅材料就作为电子科学技术的主要材料被研究和开发,并应用于各个领域。其年需求量也呈现出快速增长的趋势。根据当今世界硅材料的消耗量,硅在未来很可能成为电子通信和计算领域不可缺少的材料。半导体材料在机械领域中占有重要地位。如果没有硅材料对半导体材料发展的支持,半导体就不会经常更新换代,性能不断提升。半导体硅材料有多种不同的形态,各种形态的硅材料都应用在半导体生产中,在其中发挥着不同的作用[2]。

(二)光子晶体材料光子晶体是现在应用最广泛的,通过利用周期性电够晶体所出现的一种类光学型经济。光子信息主要是通过调整波纹的长度,实现半导体电子之间的间隙传达,从而使现在的电子管家能够非常良好的传递,光波实现对内部电流的传输,从而对半导体的使用有着非常好的辅助作用。然而随着现在电子技术的发展,人们对于现在内部产品的芯片重视越来越高,因此就对于电子产品的要求越来越强,所以通过减少电子产品的体积和规格,实现对现代电子产品材料的优化。因此通过光子晶体材料进行半导体的制作,已经成为现在新的计划之一。

(三)砷化镓单晶材料砷化镓是一种耐高温、耐辐射的材料。主要应用于微电子、光电子材料等领域。在一些高速运行的电子设备中用处非常大。近年来,通信技术的采用的信道的频率在不断增加,生产中使用的砷化镓的数量也逐渐增加。由于目前GaAs单晶材料的研发起步不如其他国家早,随着一些企业的崛起,半导体材料的生产机会也越来越多。

四、半导体材料的发展趋势

我国的半导体技术发展比较晚,因此现在内部的技术比较落后,因此在使用的基本材料只有归,因此在对于现在硅材料的使用上,我们国家的开采量以及各项研究比例都已经达到了世界先进水平。但是随着现在半导体技术的不断发展和不断进步,我们国家的半导体技术应用应该面向更加广阔的,至少应该采取更新的材料更加优化的新型设备来执行现在的半导体生产。因此通过以身元素为主要材料的新型第2代半导体已经出现在我们的身边,这种半导体相较于第1代半导体来说具备更好的延展性。充分的用到现在的许多高级电器之中,然而近年来社会通过利用光子材料和各种氮化合物生产出来的第3代半导体,它已经成为现在应用中最广泛的半导体之一。半导体材料目前正往集集小高性价比易获得以及高延展性的方向发展,通过以上几种技术实现对现代半导体的新型质量稽核,通过利用氮氧化合物生产的半导体不仅材料容易寻找,而且制作出来的半导体具有非常好的效果,运用到现在的电子领域中也有非常好的作用。而且半导体材料作为我们现在电力使用最广泛的材料之一,通过研究电子材料对于现在半导体材料的整体发展有着巨大的帮助,通过对现在半导体材料的体积改善也顺应的,使得现在电力发展也是非常大的进步。

五、加快半导体材料发展的措施

(一)加强硅材料开发数量硅元素一直是半导体中最容易获得的材料之一,因此就必须要加大硅的开采量,通过开采更多的硅矿是相对现在的硅的开采,而且应该加强施工设施对于硅开采的尝试,加强硅开采的效率。我国硅的发展程度比其他国家要低,因此,我们有必要多多关注硅的生产。它是生产半导体的重要材料,能很大程度影响科技和经济发展。硅的发展在于提取,如何提取精炼硅是现在应该关注的问题[4]。因此,如果想要发展我国科技,必须找到硅萃取的新的方法,不断培养人才,引进设备,促进其发展。

(二)加大晶体提取力度与其他发达国家相比,砷化镓及其相关化合物的晶体萃取存在较大的差距。由于目前我们晶体加工和提取工作采用旧的技术,砷化镓这种化合物半导体的制作成功率不高,因此在进行制作的时候就要注重成功率以及制作水平,提高他的制作效果。

(三)促进光子晶体的发展超晶体是光子晶体,是微电子和光电子技术发展的目标。大力发展超晶可以为我国在新时期的发展提供力量。发展超晶体需要依靠我国强大的经济实力持续不断地探索。我们应该培养这方面人才并且引进先进设备,不断提高光电子产品的存储数量。同时,中国应引进新的技术,进一步开发和开发光子晶体材料,为中国经济发展和科技进步提供动力。

六、结束语

中国的经济实现了飞速发展,现在中国正处于国家科技飞速发展的时代,人们对半导体器件的要求也越来越高,所以国家需要大量的半导体元件。但是,近年来,随着社会的发展,人们对硅材料的使用已经达到极限。因此,我们要加大开发的力度,鼓励企业进行新材料的开发。

参考文献

[1]付婧.浅谈电子科学技术中的半导体材料发展趋势[J].数码世界,2017(3):111–111.

[2]周泽恩.浅谈电子科学技术半导体材料发展趋势[J].中国化工贸易,2017(22).

[3]杨海鸥.探究低维半导体结构中的电子运输[J].科技创新导报,2017(16).

[4]魏修宇.半导体用高纯钨靶材的制备技术与应用[J].硬质合金,2017.

作者:邢轶斌 康永 单位:飞思卡尔半导体有限公司

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