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电子科学技术中的半导体材料发展趋势
作者: 佚名 时间:2019-7-17文章来源:百度访问量:972

摘要:半导体材料是一种介于导体与非导体之间的一种特殊物质,它的电阻率相对较低。经过对半导体材料的加工可以制作出发光二极管、晶体管、集成电路以及电子管等,对通讯、计算机、网络等众多行业的发展起着决定性作用。近年来由于我国经济的飞速增长,我国电子类产品的生产数量也在逐渐增加,半导体材料的出口贸易额也有了显著提高。如今半导体材料的生产与应用正逐渐成为衡量一个国家综合国力的重要标志之一。

关键词:电子科学技术;半导体材料;发展;趋势

中图分类号:o47文献标识码:a

1半导体材料概念及发展概况

早在18世纪中叶,在电磁学领域有诸多贡献的英国科学家法拉第就发现了一种叫做硫化银的半导体材料,这种材料的电阻会随着温度的不断升高而降低,这也是当时首次涉足半导体材料领域,但是在当时并没有引起太多的关注。到了20世纪,尽管人们对半导体材料的了解和认识也不够全面和深刻,但是当时对半导体材料的研究已经逐步增多;到20世纪20年代,随着固体物理学和量子力学的发展以及理论的进步,科学家们还对半导体材料中的电子态和电子传输过程进行了更深入的研究,对材料的性能、特征也逐渐有了一个清晰的了解和认识;20世纪50年代左右,为了改善晶体管的特性并提高晶体管的使用稳定性,半导体材料的研究得到了迅速发展。半导体材料是一种用来制作半导体器件与集成电路的材料,可用来导电,且其导电能力介于导体和绝缘体之间,另外,半导体材料还可用来制造芯片与晶圆。随着温度的升高,半导体材料的晶格震动会加剧电子的产生,从而可以导电。目前,半导体制造工艺复杂,程序繁琐,应用起来有一定的复杂性,但是其应用与进步也带动了上游专用材料以及产业设备的升级改造与长远发展。

1.1半导体砷化镓单晶材料

砷化镓具有耐高温、抗辐射能力的特征,主要应用于微型电子和光电子材料等领域中,广泛应用在一些运行速度快的电路中。近年来,人们对通信技术使用频率不断增加,生产使用砷化镓的数量也在不断提高,由于我国对砷化镓这种单晶材料的研发起步时间较晚,随着我国一部分电子企业的兴起,我国也有了更多的机会去开发研制半导体材料。

1.2半导体光子晶体材料

光子晶体是一种在光学尺度上具有周期性介电结构的人工设计和制造的晶体,它的介电常数周期被人为的调到与光波相似的尺度,与半导体的电子能的间隙相比差距近似为零,所以光子晶体是不能够传播禁带能量光波的。如今微电子技术的不断发展使人们对电子产品中的芯片要求越来越严格,但是电子产品的体积越来越小,同时又受到生产技术的制约而无法实现人们对信息的高品质要求。因此,发展全新的电子技术成为了新时代带新计划。

2半导体材料在电子科学技术中的应用

硅、锗作为第一代的半导体材料对人类生产生活有着重要的影响,第一代半导体的主要材料是硅元素和锗元素,由于硅元素的储备量大的特点,硅元素也成为了我国现阶段生产半导体所需要的主要材料,锗是人们在研发半导体材料过程中最早被发现的元素,它也在半导体设备应用中得到了的广泛的应用。在我国研发电子科学技术的初级阶段中,因为锗元素具有活泼性的特点,所以容易与半导体设备材料中用到的介电材料发生氧化还原反应,从而生成geo(氧化锗),这种物质的产生一定程度上对半导体设备的使用性能产生了影响,同时就会直接导致人们在使用半导体时出现各种各样的问题,所以半导体设备在使过程中出现异常的机率就会随之增高,并且锗元素的产量没有硅元素多,因此在我国电子科学技术发展的刚刚起步的阶段中对于锗元素在半导体材料中的研究和应用力度相对于硅元素来说就比较少。但是在20世纪末的时候,锗元素在红外光学领域得到了较为广泛的应用,此后锗元素被多次应用的频率也在不断增高,最明显的例子就是太阳能这一新型能源的研发项目中使用到了锗被氧化还原后的材料。

3半导体材料的发展趋势

在二十世纪末之前,由于国家发展起步晚,所以在科学技术上和电子设备的生产能力相对落后的条件下,半导体的主要材料就只有硅材料,硅材料的应用也为电子技术的发展奠定了扎实的基础,更是成为了第一代半导体制作材料的重要标志;随着国家科技的不断进步,人们对信息的需求量也越来越多,因此电子产业就要研发出能够适应社会需求的电子产品,其中以砷化镓为代表的第二代半导体就被研发出来,第二代半导体主要解决了人们对社会信息需求量大的问题,主要应用于微型电子和光电子等领域。目前,第三代半导体主要是一些以氮的氧化物、光电晶体管以及柔性晶体管作为电子产业生产的主要原料。随着电子产品逐渐向微型电子领域过渡,半导体材料仍旧会成为未来研发科技的基础材料。微电子的主要目的是在一定程度上缩小电子器件的体积,因此,在增加芯片的面积来提高对信息的处理频率和速度上,半导体材料要由传统的单片集成过渡到系统集成方面去发展。

结束语

随着我国信息技术的高速发展和电子科学技术的不断进步,各行各业使用电子科学技术的频率也在不断提高。其中半导体的使用在电子科学技术中起到了非常大的作用,它的出现使我国电子salon365 官网在信息时代在世界科学技术不断发展的背景下上升了一个新的台阶,也使电子科学技术事业在推进信息时代的发展中起到了决定性作用。从第一代的半导体材料硅元素、锗元素等到现在使用的第三代半导体材料氧化硅、氧化锌等,可以看出现阶段我国电子科学技术研发的半导体材料正在向着低尺寸、禁带宽度更宽以及高集成度的方向快速发展。其中半导体材料在应用通讯、纳米制造以及电子等领域中的应用也给人类在生产生活中带来了极大的便利,同时还对促进社会进步有着积极的作用。综上所述,以上内容就是对电子科学技术中的半导体材料发展趋势的论述。

参考文献

[1]刘欣然.氧化物磁性半导体的电场调控磁性研究[d].山东大学,2018.

[2]黄海.二维半导体材料及其场效应结构光电器件研究[d].中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所),2018.

(黄金键厦门市天马微电子有限公司 福建 厦门361101)

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