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第一代半导体材料为元素半导体的天下,第二、三代半导体材料为化合物的天下。 你在那之中经历了什么样的故事? 中国打算在第三半导体材料方面急转弯吗? 2020-03-30谈谈半导体材料。 从第一代、第二代开始走,第三代半导体材料将描绘怎样的未来? 第一代半导体材料在20世纪50年代,锗(Ge )站在清纯的舞台上应用于高压、低频、中功率晶体管及光检测器,但锗半导体器件在耐高温和耐放射线性方面不存在大的短板,因此60年代以后成为主导地位含量非常丰富,绝缘性好,制作晶体非常简单,硅是迄今为止最少的半导体材料,主要应用于数据运算等领域。

第二代半导体材料在科技市场需求越来越少、硅传输速度快、功能单一严重不足后暴露出来,化合物半导体材料应运而生。 20世纪90年代,随着移动通信、光纤通信的顺风车,以砷化镓(GaAs )和磷化铟(InP )为代表的第二代半导体材料逐渐登上了舞台。 其中砷化镓技术特别是成熟期。 不限于高速、高频、大功率和闪存电子器件的制作,是制作高性能微波、毫米波器件和闪存器件的优良材料,主要应用于卫星通信、移动通信、光通信、GPS导航系统等通信领域但是,第三代半导体材料随着半导体器件应用领域的扩大,特别是类似的情况下,拒绝半导体在高温、强电磁辐射、大功率等环境下依然结实,在第一代半导体材料之后无力,第三代半导体材料——的禁带主要含有碳化硅(SiC )、氮化镓(GaN )、砷化镓(GaAS )、氧化锌(ZnO )、金刚石、氮化铝(AlN ),而且成熟期碳化硅和氮化镓被称为第三代半导体材料的双雄、氧化第三代半导体材料的兴起还有一个契机,半导体材料生产中的主要污染物是GaAs、Ga3、In3等,但随着环保绿色理念的发展,寻找满足产品市场需求、不污染环境的新半导体材料, 现在,以第三代半导体材料为基础的新技术迅速崛起,保护第三代半导体材料技术的高地也越来越白热。

第三代半导体材料为什么这么引人注目,会引起什么样的技术革命呢? 材料特性第三代半导体材料具有禁带宽度大、透射电场低、热传导率低、电子饱和状态速度低、抗辐射能力强等优点。 第三代半导体材料还具有闪烁效率高、频率高等特征,在蓝、蓝、紫外光的发光二极管、半导体激光器等方面普遍应用,光子时发射光子的能量低,因此没有高光的发射效率,光子的发射右图是第一、二、三代主要半导体材料的基本性能的比较。 SiC是天然的超强晶格,是典型的同志多态性。 由于Si和c两原子层清洗序列的不同而不产生不同的晶体结构,因此SiC最多具有200种(现在未知)同质多型族,最常见的是立方密列的3C-SiC和六方密列的2H-SiC、4H-SiC、6H-SiC。

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4H-SiC和6H-SiC的带隙是Si的3倍,是GaAs的2倍。 透射电场强度为Si一位数以下的饱和状态的电子漂移速度是Si的2.5倍。 GaN是一种温和接近的化合物,是柔软的高熔点(约1700)材料,GaN晶体一般为六方晶纤锌矿结构,原子体积约为GaAs的一半。

GaN没有受到关注的主要原因是长禁带与硅和其他三五价器件相比氮化镓的速度慢,透射电压也高。 与硅器件相比,GaN在电源开关效率和功率密度方面带来了性能的进步。 AlN是长带隙(6.2eV )、低热传导率(3.3W/cm? k ),AlGaN层的晶格赋予、热膨胀系数赋予更好,因此AlN是制作先进设备的高功率闪烁器件(LED、LD )、紫外检测器及高功率高频电子器件的理想基板材料。 金刚石集未知材料中硬度最低、禁带宽度大(5.5eV )、力学、电、热学、声学、光学、耐蚀性等优良性能于一体,是目前最有前途的半导体材料。

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