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半導(dǎo)體材�
閱讀�33943時間�2011-09-14 14:48:16

  半導(dǎo)�材料是電�(dǎo)率在10�10歐/厘米之間的材料。在一般情況下,半�(dǎo)體電�(dǎo)率隨溫度的升高而增�,這與金屬�(dǎo)體恰好相�。凡具有上述兩種特征的材料都可歸入半�(dǎo)體材料的范圍。半�(dǎo)體材料是最重要最有影響的功能材料之一,它在微電子�(lǐng)域具有獨占的地位,同時又是光電子�(lǐng)域的主要材料�

�(fā)展歷�

  半導(dǎo)體材料從�(fā)�(xiàn)到發(fā)展,從使用到�(chuàng)�,擁有這一段長久的歷史。宰二十世紀(jì)初,就曾出現(xiàn)過點接觸礦石檢波��1930�,氧化亞銅整流器制造成功并得到廣泛�(yīng)�,是半導(dǎo)體材料開始受到重視�1947年鍺點接觸三極管制成,成為半�(dǎo)體的研究成果的重大突破�50年代�,薄膜生長激素的開發(fā)和集成電路的�(fā)明,是的微電子技�(shù)得到�(jìn)一步發(fā)��60年代,砷化鎵材料制成半導(dǎo)體激光器,固溶體半導(dǎo)體此阿里奧在紅外線方面的研究�(fā)�,半�(dǎo)體材料的�(yīng)用得到擴��1969年超晶格概念的提出和超晶格量子阱的研制成�,是的半�(dǎo)體器件的�(shè)計與制造從雜志工程�(fā)展到能帶工程,將半導(dǎo)體材料的研究和應(yīng)用推向了一個新的領(lǐng)��90年代以來隨著移動通信技�(shù)的飛速發(fā)展,砷化鎵和磷化煙等半導(dǎo)體材料成為焦點,用于制作高速高頻大功率激�(fā)光電子器件等;近些年,新型半�(dǎo)體材料的研究得到突破,以氮化鎵為代表的先�(jìn)半導(dǎo)體材料開始體�(xiàn)出超強優(yōu)越�,被稱為IT�(chǎn)�(yè)的新�(fā)動機�

特�

  1、電阻率

  半導(dǎo)體材料是一種具有特殊導(dǎo)電性能的功能材�,其電阻率處于導(dǎo)體電阻率� 0.00001Ω.cm以下)和絕緣體電阻率(10000000000Ω.cm)之間。例如純硅(Si)材料的電阻率約�100000Ω.cm 。半�(dǎo)體材料的電阻率對其雜�(zhì)含量、環(huán)境溫度、以及光�、電�、磁場、壓力等外界條件有非常高的靈敏��

  2、能�

  在孤立原子中的電子分別處在具有一定能量的電子軌道�。而在晶體中,原先在不同孤立原子中但具有相同能級的許多電子形成晶體�,由于量子效�(yīng),即 Pauli 原理的限制不能有兩個電子處于相同的狀�(tài),它們的能量必定彼此錯開,各自處在一個能量略有差異的一組子能級�,形成能�。根�(jù)電子的能量分�,在某些能量范圍�(nèi)是不許有電子存在的稱之為禁帶,即能帶之間的間隙。由價電子填充的能帶,稱之為價帶或滿�。價帶以上的能帶基本上是空的,其中的允許電子存在的能帶稱為導(dǎo)�。根�(jù)價帶與導(dǎo)帶的分布情況,可以獲得金�、半�(dǎo)體和絕緣�。在一般情況下,半�(dǎo)體的�(dǎo)帶底有少量電�,價帶頂有少量空穴,半導(dǎo)體的�(dǎo)電就是依靠導(dǎo)帶底的少量電子或價帶�?shù)纳倭靠昭�?/FONT>

  3、滿帶電子不�(dǎo)�

  �(dāng)價帶中存在一定的空穴和導(dǎo)帶中存在一定量的電子時,半�(dǎo)體材料才能導(dǎo)�。即,半�(dǎo)體材料的�(dǎo)電行為取決于價帶中的空穴和導(dǎo)帶中的電��

  4、直接帶隙和間接帶隙

  價帶的電子可以通過熱激�(fā)或光照等激�(fā)到導(dǎo)帶中�。由光照激�(fā)價帶的電子到�(dǎo)帶而形成電� � 空穴對的這個過程稱為本征光吸收�

  在非豎直躍遷過程�,光子主要提供躍遷所需要的能量,而聲子則主要提供所需要的動量。與豎直躍遷相比,非豎直躍遷是一個二級過�,發(fā)生的幾率要小得多,我們把�(dǎo)帶底和價帶頂處于k空間不同點的半導(dǎo)體稱為間接帶隙半�(dǎo)體� (在晶體材料�,聲子的波長一般介于光子與電子波長之間� �

  �(dǎo)帶中的電子躍遷到價帶空帶能級而發(fā)射光�� 是上述光吸收的逆過程, 稱為電子 —� 空穴對復(fù)合發(fā)��

種類

  半導(dǎo)體材料按化學(xué)成分和內(nèi)部結(jié)�(gòu),大 致可分為以下幾類�

  1.元素半導(dǎo)�

  有鍺、硅、硒、硼、碲、銻��50 年代,鍺在半�(dǎo) 體中占主�(dǎo)地位,但 鍺半�(dǎo)體器件的耐高溫和抗輻射性能較差,到 60 年代后期逐漸 被硅材料取代。用硅制造的半導(dǎo)體器件,耐高溫和抗輻射性能較好,特別適宜制作大 功率器件。因�,硅已成為應(yīng)用最多的一種增�(dǎo)體材�,目前的集成電路大多�(shù)是用 硅材料制造的�

  2.化合物半�(dǎo)�

  由兩種或兩種以上的元素化合而成的半�(dǎo)體材�。它 的種類很�,重要的有砷化鎵、磷化錮、銻化錮、碳化硅、硫化鎘及鎵砷硅�。其� 砷化鎵是制造微波器件和集成電的重要材料。碳化硅由于其抗輻射能力強、耐高溫和 化學(xué)�(wěn)定性好,在航天技�(shù)�(lǐng)域有著廣泛的�(yīng)��

  3.無定形半�(dǎo)體材�

  用作半導(dǎo)� 的玻璃是一種非晶體無定形半�(dǎo)體材�,分為氧化物玻璃和非氧化物玻璃兩�。這類 材料具有良好的開�(guān)和記憶特性和很強的抗輻射能力,主要用來制造閾值開�(guān)、記� 開關(guān)和固體顯示器��

  4.有機半導(dǎo)體材�

  已知的有機半�(dǎo)體材料有幾十種,包括�� �、聚丙烯�、酞菁和一些芳香族化合物等,目前尚未得到應(yīng)� �

制備

  不同的半�(dǎo)體器件對半導(dǎo)體材料有不同的形�(tài)要求,包括單晶的切片、磨 �、拋光片、薄膜等。半�(dǎo)體材料的不同形態(tài)要求對應(yīng)不同的加工工藝。常用的半導(dǎo) 體材料制備工藝有提純、單晶的制備和薄膜外延生長�

  所有的半導(dǎo)體材料都需要對原料�(jìn)行提�,要求的純度� 6 個�9”以� ,達(dá) 11 個�9”以上。提純的方法分兩大類,一類是不改變材料的化學(xué)組成�(jìn)行提�,稱� 物理提純� 另一類是把元素先變成化合物�(jìn)行提純, 再將提純后的化合物還原成元素� 稱為化學(xué)提純。物理提純的方法有真空蒸�(fā)、區(qū)域精制、拉晶提純等,使用最多的� 區(qū)域精�?;瘜W(xué)提純的主要方法有電解、絡(luò)�、萃�、精餾等,使用最多的是精�� 由于每一種方法都有一定的局限�,因此常使用幾種提純方法相結(jié)合的工藝流程以獲 得合格的材料�

  絕大多數(shù)半導(dǎo)體器件是在單晶片或以單晶片為襯底的外延片上作出的。成批量� 半導(dǎo)體單晶都是用熔體生長法制成的。直拉法�(yīng)用最��80%的硅單�、大部分鍺單 晶和銻化銦單晶是用此法生�(chǎn)�,其中硅單晶的直徑已�(dá) 300 毫米。在熔體� 通入磁場的直拉法稱為磁控拉晶�,用此法已生�(chǎn)出高均勻性硅單晶。在坩堝熔體� 面加入液體覆蓋劑稱液封直拉法,用此法拉制砷化�、磷化鎵、磷化銦等分解壓較大 的單�。懸浮區(qū)熔法的熔體不與容器接觸,用此法生長高純硅單晶。水平區(qū)熔法用以 生產(chǎn)鍺單�。水平定向結(jié)晶法主要用于制備砷化鎵單晶,而垂直定向結(jié)晶法用于制備 碲化�、砷化鎵。用各種方法生產(chǎn)的體單晶再經(jīng)過晶體定�、滾�、作參考面、切�� 磨片、倒角、拋�、腐�、清�、檢測、封裝等全部或部分工序以提供相應(yīng)的晶��

  在單晶襯底上生長單晶薄膜稱為外延。外延的方法有氣�、液�、固�、分子束 外延�。工�(yè)生產(chǎn)使用的主要是化學(xué)氣相外延,其次是液相外延。金屬有機化合物� 相外延和分子束外延則用于制備量子阱及超晶格等微結(jié)�(gòu)。非�、微�、多晶薄膜多 在玻�、陶瓷、金屬等襯底上用不同類型的化�(xué)氣相沉積、磁控濺射等方法制成�

�(yīng)�

  1、元素半�(dǎo)體材�

  硅在�(dāng)前的�(yīng)用相�(dāng)廣泛,他不僅是半�(dǎo)體集成電路,半導(dǎo)體器件和硅太陽能電池的基�(chǔ)材料,而且用半�(dǎo)體制作的電子器件和產(chǎn)品已�(jīng)大范圍的�(jìn)入到人們的生活,人們的家用電器中所用到的電子器�80%以上與案件都離不開硅材料。鍺是稀有元素,地殼中的含量較少,由于鍺的特有性質(zhì),使得它的應(yīng)用主要集中與制作各種二極�,三極管�。而以鍺制作的其他錢江如探測器,也具有著許多的�(yōu)�,廣泛的�(yīng)用于多個領(lǐng)��

  2、有機半�(dǎo)體材�

  有機半導(dǎo)體材料具有熱激活電�(dǎo)�,如萘蒽,聚丙烯和聚二乙烯苯以及堿金屬和蒽的�(luò)合物,有機半�(dǎo)體材料可分為有機�,聚合物和給體受體絡(luò)合物三類。有機半�(dǎo)體芯片等�(chǎn)品的生產(chǎn)能力�,但是擁有加工處理方�,結(jié)實耐用,成本低�,耐磨耐用等特��

  3、非晶半�(dǎo)體材�

  非晶半導(dǎo)體按鍵合力的性質(zhì)分為共價鍵非晶半�(dǎo)體和離子鍵非晶半�(dǎo)體兩類,可用液相快冷方法和真空蒸汽或濺射的方法制�。在工業(yè)上,非晶半導(dǎo)體材料主要用于制備像傳感�,太陽能鋰電池薄膜晶體管等非晶體半導(dǎo)體器件�

  4、化合物半導(dǎo)體材�

  化合物半�(dǎo)體材料種類繁多,按元素在周期表族來分類,分為三五�,二六族,四四族�。如今化合物半導(dǎo)體材料已�(jīng)在太陽能電池,光電器�,超高速器�,微波等�(lǐng)域占�(jù)重要位置,且不同種類具有不同的應(yīng)�??傊�?dǎo)體材料的�(fā)展迅�,應(yīng)用廣�,隨著時間的推移和技�(shù)的發(fā)�,半�(dǎo)體材料的�(yīng)用將更加重要和關(guān)鍵,半導(dǎo)體技�(shù)和半�(dǎo)體材料的�(fā)展也將走向更高端的市��

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常見的現(xiàn)狀及趨�

  1、硅材料

  從提高硅集成電路成品�,降低成本看,增大直拉硅(CZ-Si)單晶的直徑和減小微缺陷的密度仍是今后CZ-Si�(fā)展的總趨�。目前直徑為8英寸�200mm)的Si單晶已實�(xiàn)大規(guī)模工�(yè)生產(chǎn),基于直徑為12英寸�300mm)硅片的集成電路(IC‘s)技�(shù)正處在由實驗室向工業(yè)生產(chǎn)�(zhuǎn)變中。目�300mm�0.18μm工藝的硅ULSI生產(chǎn)線已�(jīng)投入生產(chǎn)�300mm�0.13μm工藝生產(chǎn)線也將在2003年完成評估�18英寸重達(dá)414公斤的硅單晶�18英寸的硅園片已在實驗室研制成�,直�27英寸硅單晶研制也正在積極籌劃中�

  從�(jìn)一步提高硅IC‘S的速度和集成度�,研制適合于硅深亞微米乃至納米工藝所需的大直徑硅外延片會成為硅材料�(fā)展的主流。另�,SOI材料,包括智能剝離(Smart cut)和SIMOX材料等也�(fā)展很�。目�,直�8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成�,更大尺寸的片材也在開發(fā)��

  理論分析指出30nm左右將是硅MOS集成電路線寬的“極限”尺�。這不僅是指量子尺寸效�(yīng)對現(xiàn)有器件特性影響所帶來的物理限制和光刻技�(shù)的限制問�,更重要的是將受硅、SiO2自身性質(zhì)的限�。盡管人們正在積極尋找高K介電絕緣材料(如用Si3N4等來替代SiO2�,低K介電互連材料,用Cu代替Al引線以及采用系統(tǒng)集成芯片技�(shù)等來提高ULSI的集成度、運算速度和功能,但硅將最終難以滿足人類不斷的對更大信息量需�。為�,人們除尋求基于全新原理的量子計算和DNA生物計算等之�,還把目光放在以GaAs、InP為基的化合物半導(dǎo)體材�,特別是二維超晶�、量子阱,一維量子線與零維量子點材料和可與硅平面工藝兼容GeSi合金材料�,這也是目前半�(dǎo)體材料研�(fā)的重點�

  2、GaAs和InP單晶材料

  GaAs和InP與硅不同,它們都是直接帶隙材�,具有電子飽和漂移速度高,耐高�,抗輻照等特點;在超高�、超高頻、低功耗、低噪音器件和電�,特別在光電子器件和光電集成方面占有獨特的優(yōu)��

  目前,世界GaAs單晶的總年產(chǎn)量已超過200�,其中以低位錯密度的垂直梯度凝固法(VGF)和水平(HB)方法生長的2�3英寸的導(dǎo)電GaAs襯底材料為主;近年來,為滿足高速移動通信的迫切需�,大直徑�4�6�8英寸)的SI-GaAs�(fā)展很�。美國莫托羅拉公司正在籌�6英寸的SI-GaAs集成電路生產(chǎn)�。InP具有比GaAs更優(yōu)越的高頻性能,發(fā)展的速度更快,但研制直徑3英寸以上大直徑的InP單晶的關(guān)鍵技�(shù)尚未完全突破,價格居高不下�

  GaAs和InP單晶的發(fā)展趨勢是�

 ?�?�。增大晶體直�,目�4英寸的SI-GaAs已用于生�(chǎn),預(yù)計本世紀(jì)初的頭幾年直徑為6英寸的SI-GaAs也將投入工業(yè)�(yīng)��

 ?�?)。提高材料的電學(xué)和光�(xué)微區(qū)均勻��

 ?�?)。降低單晶的缺陷密度,特別是位錯�

  �4�。GaAs和InP單晶的VGF生長技�(shù)�(fā)展很�,很有可能成為主流技�(shù)�

  3、半�(dǎo)體超晶格、量子阱材料

  半導(dǎo)體超薄層微結(jié)�(gòu)材料是基于先�(jìn)生長技�(shù)(MBE,MOCVD)的新一代人工構(gòu)造材�。它以全新的概念改變著光電子和微電子器件的設(shè)計思想,出�(xiàn)了“電�(xué)和光�(xué)特性可剪裁”為特征的新范疇,是新一代固�(tài)量子器件的基�(chǔ)材料�

 ?�?)Ⅲ-V族超晶格、量子阱材料�

  GaAIAs/GaAs,GaInAs/GaAs,AIGaInP/GaAs;GalnAs/InP,AlInAs/InP  InGaAsP/InP等GaAs、InP基晶格匹配和�(yīng)變補償材料體系已�(fā)展得相當(dāng)成熟,已成功地用來制造超高�,超高頻微電子器件和單片集成電路。高電子遷移率晶體管(HEMT),贗配高電子遷移率晶體管(P-HEMT)器件水平已�(dá)fmax=600GHz,輸出功�58mW,功率增�6.4db;雙異質(zhì)�(jié)雙極晶體管(HBT)的頻率fmax也已高達(dá)500GHz,HEMT邏輯電路研制也發(fā)展很�?;谏鲜霾牧象w系的光通信�1.3μm�1.5μm的量子阱激光器和探測器,紅、黃、橙光發(fā)光二極管和紅光激光器以及大功率半�(dǎo)體量子阱激光器已商品化;表面光�(fā)射器件和光雙�(wěn)器件等也已達(dá)到或接近�(dá)到實用化水平。目�,研制高�(zhì)量的1.5μm分布反饋(DFB)激光器和電吸收(EA)調(diào)制器單片集成InP基多量子阱材料和超高速驅(qū)動電路所需的低維結(jié)�(gòu)材料是解決光纖通信瓶頸問題的關(guān)鍵,在實驗室西門子公司已完成�80×40Gbps傳輸40km的實�。另�,用于制造準(zhǔn)連續(xù)兆瓦級大功率激光陣列的高質(zhì)量量子阱材料也受到人們的重視�

  雖然常規(guī)量子阱結(jié)�(gòu)端面�(fā)射激光器是目前光電子�(lǐng)域占�(tǒng)治地位的有源器件,但由于其有源區(qū)�?。�?.01μm)端面光電災(zāi)變損傷,大電流電熱燒毀和光束質(zhì)量差一直是此類激光器的性能改善和功率提高的難題。采用多有源區(qū)量子級聯(lián)耦合是解決此難題的有效途徑之一。我國早�1999�,就研制成功980nm InGaAs帶間量子級聯(lián)激光器,輸出功率達(dá)5W以上�2000年初,法國湯姆遜公司又報道了單個激光器�(zhǔn)連續(xù)輸出功率超過10瓦好�(jié)�。最近,我國的科研工作者又提出并開展了多有源區(qū)縱向光耦合垂直腔面�(fā)射激光器研究,這是一種具有高增益、極低閾�、高功率和高光束�(zhì)量的新型激光器,在未來光通信、光互聯(lián)與光電信息處理方面有著良好的�(yīng)用前��

  為克服PN�(jié)半導(dǎo)體激光器的能隙對激光器波長范圍的限��1994年美國貝爾實驗室�(fā)明了基于量子阱內(nèi)子帶躍遷和阱間共振隧穿的量子級聯(lián)激光器,突破了半導(dǎo)體能隙對波長的限�。自�1994年InGaAs/InAIAs/InP量子級聯(lián)激光器(QCLs)發(fā)明以�,Bell實驗室等的科�(xué)家,在過去的7年多的時間里,QCLs在向大功率、高溫和單膜工作等研究方面取得了顯著的�(jìn)��2001年瑞士Neuchatel大學(xué)的科�(xué)家采用雙聲子共振和三量子阱有源區(qū)�(jié)�(gòu)使波長為9.1μm的QCLs的工作溫度高�(dá)312K,連續(xù)輸出功率3mW.量子級聯(lián)激光器的工作波長已覆蓋近紅外到�(yuǎn)紅外波段�3�87μm�,并在光通信、超高分辨光�、超高靈敏氣體傳感器、高速調(diào)制器和無線光�(xué)連接等方面顯示出重要的應(yīng)用前�。中科院上海微系�(tǒng)和信息技�(shù)研究所�1999年研制成�120K 5μm�250K 8μm的量子級�(lián)激光器;中科院半導(dǎo)體研究所�2000年又研制成功3.7μm室溫�(zhǔn)連續(xù)�(yīng)變補償量子級�(lián)激光器,使我國成為能研制這類高質(zhì)量激光器材料為數(shù)不多的幾個國家之一�

  目前,Ⅲ-V族超晶格、量子阱材料作為超薄層微�(jié)�(gòu)材料�(fā)展的主流方向,正從直�3英寸�4英寸過渡;生�(chǎn)型的MBE和M0CVD�(shè)備已研制成功并投入使用,每臺年生�(chǎn)能力可高�(dá)3.75×104�4英寸�1.5×104�6英寸。英國卡迪夫的MOCVD中心,法國的Picogiga MBE基地,美國的QED公司,Motorola公司,日本的富士通,NTT,索尼等都有這種外延材料出售。生�(chǎn)型MBE和MOCVD�(shè)備的成熟與應(yīng)�,必然促�(jìn)襯底材料�(shè)備和材料評價技�(shù)的發(fā)��

  �2)硅基應(yīng)變異�(zhì)�(jié)�(gòu)材料�

  硅基�、電器件集成一直是人們所追求的目�(biāo)。但由于硅是間接帶隙,如何提高硅基材料發(fā)光效率就成為一個亟待解決的問題。雖�(jīng)多年研究,但�(jìn)展緩�。人們目前正致力于探索硅基納米材料(納米Si/SiO2�,硅基SiGeC體系的Si1-yCy/Si1-xGex低維�(jié)�(gòu),Ge/Si量子點和量子點超晶格材料,Si/SiC量子點材料,GaN/BP/Si以及GaN/Si材料。最近,在GaN/Si上成功地研制出LED�(fā)光器件和有關(guān)納米硅的受激放大�(xiàn)象的報道,使人們看到了一線希��

  另一方面,GeSi/Si�(yīng)變層超晶格材�,因其在新一代移動通信上的重要�(yīng)用前�,而成為目前硅基材料研究的主流。Si/GeSi MODFET和MOSFET的截止頻率已�(dá)200GHz,HBT振蕩頻率�160GHz,噪音在10GHz下為0.9db,其性能可與GaAs器件相媲��盡管GaAs/Si和InP/Si是實�(xiàn)光電子集成理想的材料體系,但由于晶格失配和熱膨脹系數(shù)等不同造成的高密度失配位錯而導(dǎo)致器件性能退化和失效,防礙著它的使用�。最近,Motolora等公司宣�,他們在12英寸的硅襯底上,用鈦酸鍶作協(xié)變層(柔性層�,成功的生長了器件級的GaAs外延薄膜,取得了突破性的�(jìn)��

  4、寬帶隙半導(dǎo)體材�

  寬帶隙半�(dǎo)體材料主要指的是金剛�,III族氮化物,碳化硅,立方氮化硼以及氧化物(ZnO等)及固溶體等,特別是SiC、GaN和金剛石薄膜等材�,因具有高熱�(dǎo)率、高電子飽和漂移速度和大臨界擊穿電壓等特�,成為研制高頻大功率、耐高�、抗輻照半導(dǎo)體微電子器件和電路的理想材料;在通信、汽�、航�、航天、石油開采以及國防等方面有著廣泛的應(yīng)用前�。另�,III族氮化物也是很好的光電子材料,在�(lán)、綠光發(fā)光二極管(LED)和紫、藍(lán)、綠光激光器(LD)以及紫外探測器等應(yīng)用方面也顯示了廣泛的�(yīng)用前�。隨�1993年GaN材料的P型摻雜突�,GaN基材料成為藍(lán)綠光�(fā)光材料的研究熱點。目�,GaN基藍(lán)綠光�(fā)光二極管己商品化,GaN基LD也有商品出售,輸出功率為0.5W.在微電子器件研制方面,GaN基FET的工作頻率(fmax)已�(dá)140GHz,fT=67 GHz,跨�(dǎo)�260ms/mm;HEMT器件也相繼問�,發(fā)展很快。此��256×256 GaN基紫外光電焦平面陣列探測器也已研制成功。特別值得提出的是,日本Sumitomo電子工業(yè)有限公司2000年宣�,他們采用熱力學(xué)方法已研制成�2英寸GaN單晶材料,這將有力的推動藍(lán)光激光器和GaN基電子器件的�(fā)�。另�,近年來具有反常帶隙彎曲的窄禁帶InAsN,InGaAsN,GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重視,這是因為它們在長波長光通信用高T0光源和太陽能電池等方面顯示了重要�(yīng)用前��

  以Cree公司為代表的體SiC單晶的研制已取得突破性�(jìn)��2英寸�4H�6H SiC單晶與外延片,以�3英寸�4H SiC單晶己有商品出售;以SiC為GaN基材料襯低的�(lán)綠光LED�(yè)已上�,并參于與以�(lán)寶石為襯低的GaN基發(fā)光器件的�?fàn)?。其他SiC相關(guān)高溫器件的研制也取得了長足的�(jìn)�。目前存在的主要問題是材料中的缺陷密度高,且價格昂貴�

  II-VI族蘭綠光材料研制在徘徊了�30年后,于1990年美�3M公司成功地解決了II-VI族的P型摻雜難點而得到迅速發(fā)��1991�3M公司利用MBE技�(shù)率先宣布了電注入(Zn,Cd)Se/ZnSe蘭光激光器�77K�495nm)脈沖輸出功�100mW的消�,開始了II-VI族蘭綠光半導(dǎo)體激光(材料)器件研制的高潮。經(jīng)過多年的努力,目前ZnSe基II-VI族蘭綠光激光器的壽命雖已超�1000小時,但離使用差距尚�,加之GaN基材料的迅速發(fā)展和�(yīng)用,使II-VI族蘭綠光材料研制步伐有所變緩。提高有源區(qū)材料的完整�,特別是要降低由非化�(xué)配比�(dǎo)致的點缺陷密度和�(jìn)一步降低失配位錯和解決歐姆接觸等問�,仍是該材料體系走向?qū)嵱没氨仨氁鉀Q的問��

  寬帶隙半�(dǎo)體異�(zhì)�(jié)�(gòu)材料往往也是典型的大失配異質(zhì)�(jié)�(gòu)材料,所謂大失配異質(zhì)�(jié)�(gòu)材料是指晶格常數(shù)、熱膨脹系數(shù)或晶體的對稱性等物理參數(shù)有較大差異的材料體系,如GaN/藍(lán)寶石(Sapphire),SiC/Si和GaN/Si�。大晶格失配引發(fā)界面處大量位錯和缺陷的產(chǎn)�,極大地影響著微�(jié)�(gòu)材料的光電性能及其器件�(yīng)用。如何避免和消除這一�(fù)面影�,是目前材料制備中的一個迫切要解決的關(guān)鍵科�(xué)問題。這個問題的解泱,必將大大地拓寬材料的可選擇余地,開辟新的應(yīng)用領(lǐng)��

  目前,除SiC單晶襯低材料,GaN基藍(lán)光LED材料和器件已有商品出售外,大多數(shù)高溫半導(dǎo)體材料仍處在實驗室研制階段,不少影響這類材料�(fā)展的�(guān)鍵問�,如GaN襯底,ZnO單晶簿膜制備,P型摻雜和歐姆電極接觸,單晶金剛石薄膜生長與N型摻�,II-VI族材料的退化機理等仍是制約這些材料實用化的�(guān)鍵問題,國內(nèi)外雖已做了大量的研究,至今尚未取得重大突破�

  5、低維半�(dǎo)體材�

  實際上這里說的低維半導(dǎo)體材料就是納米材� ,之所以不愿意使用,主要是不想與現(xiàn)在熱炒的所謂的納米襯衣、納米啤� �、納米洗衣機等混為一�、從本質(zhì)上看,發(fā)展納米科�(xué)技�(shù)的重要目的之一,就是人們能在原�、分子或者納米的尺度水平上來控制和制造功能強��性能�(yōu)越的納米電子、光電子器件和電路,納米生物傳感器件�,以造福人類??梢灶A(yù)�,納米科�(xué)技�(shù)的發(fā)展和�(yīng)用不僅將徹底改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)和生活方式,也必將改變社會政治格局和戰(zhàn)爭的對抗形式。這也是為什么人們對�(fā)展納米半�(dǎo)體技�(shù)非常重視的原��

  電子在塊體材料里,在三個維度的方向上都可以自由運動。但�(dāng)材料的特征尺寸在一個維度上比電子的平均自由程相比更小的時�,電子在這個方向上的運動會受到限制,電子的能量不再是連續(xù)�,而是量子化的,我們稱這種材料為超晶格 、量子阱材料。量子線材料就是電子只能沿著量子線方向自由運�,另外兩個方向上受到限制;量子點材料是指在材料三個維度上的尺寸都要比電子的平均自由程�,電子在三個方向上都不能自由運動,能量在三個方向上都是量子化的�

  由于上述的原�,電子的�(tài)密度函數(shù)也發(fā)生了變化,塊體材料是拋物�,電子在這上面可以自由運動;如果是量子點材料,它的態(tài)密度函數(shù)就像是單個的分子、原子那�,完全是孤立� 函數(shù)分布,基于這個特�,可制造功能強大的量子器件�大規(guī)模集成電路的存儲器是靠大量電子的充放電實�(xiàn)�。大量電子的流動需要消耗很多能量導(dǎo)致芯片發(fā)熱,從而限制了集成�,如果采用單個或幾個電子做成的存儲�,不但集成度可以提高,而且功耗問題也可以解決。目前的激光器效率不高,因為激光器的波長隨著溫度變�,一般來說隨著溫度增高波長要紅移,所以現(xiàn)在光纖通信用的激光器都要控制溫度。如果能用量子點激光器代替�(xiàn)有的量子阱激光器,這些問題就可迎刃而解��

  基于GaAs和InP基的超晶�、量子阱材料已經(jīng)�(fā)展得很成�,廣泛地�(yīng)用于光通信 、移� 通訊、微波通訊 的領(lǐng)�。量子級�(lián)激光器是一個單極器�,是近十多年才發(fā)展起來的一種新型中、遠(yuǎn)紅外光源,在自由空間通信、紅外對抗和遙控化學(xué)傳感等方面有著重要應(yīng)用前�。它對MBE制備工藝要求很高,整個器件結(jié)�(gòu)幾百到上千層,每層的厚度都要控制在零點幾個納米的精度,中國在此領(lǐng)域做出了國際先�(jìn)水平的成�;又如多有源區(qū)帶間量子隧穿輸運和光耦合量子阱激光器 ,它具有量子效率�、功率大和光束質(zhì)量好的特點,中國已有很好的研究基�(chǔ);在量子點(線)材料和量子點激光器等研究方面也取得了令國際同行矚目的成��

�(zhàn)略地�

  上世紀(jì)中葉,單晶硅和半�(dǎo)體晶體管的發(fā)明及其硅集成電路的研制成�,導(dǎo)致電子工�(yè)革命;上世紀(jì)70年代初石英光�(dǎo)纖維材料和GaAs激光器的發(fā)�,促�(jìn)了光纖通信技�(shù)迅速發(fā)展并逐步形成了高新技�(shù)�(chǎn)�(yè),使人類�(jìn)入了信息時代。超晶格概念的提出及其半�(dǎo)體超晶格、量子阱材料的研制成�,徹底改變了光電器件的設(shè)計思想,使半導(dǎo)體器件的�(shè)計與制造從“雜�(zhì)工程”發(fā)展到“能帶工程�。納米科�(xué)技�(shù)的發(fā)展和�(yīng)�,將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控�、操縱和制造功能強大的新型器件與電路,必將深刻地影響著世界的政�、經(jīng)濟格局和軍事對抗的形式,徹底改�?nèi)藗兊纳罘绞�?/FONT>

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