半导体材料的发展现状刘浩

刘浩

摘要：近几年，中国半导体产业在高速发展，半导体材料企业也在加速成长，取得了骄人成绩，但庞大的市场需求也凸显出产业所面临的困境。因此，需加强半导体材料的发展研究。

关键词：半导体材料；发展；现状

1半导体以及半导体技术的含义

一般情况下绝缘体指的是一些导电性和导热性都比较差的材料，比如金刚石、陶瓷、玻璃、人工晶体等等，而诸如一些金属材料比如铁、铜、金、银等都是导热性、导电性比较好的材料称之为导体。而半导体的定义就是介于两者之间的，其发现的时间也比较晚，大约在20世纪30年代才被学术界真正的认可半导体的存在。半导体的应用在我们日常生活中非常广泛，比如常见的电视、收音机等设备，其内部的很多二极管都是采用半导体制成。半导体的价值非常可观，目前我们常用的手机、计算机等电子产品的核心部分都是半导体，因为很多组件和集成电路的相关技术都是建立在半导体材料的基础之上完成的。

2主要半导体材料性质

从材料学的角度来看，产品应用的基础在于其物理性质。如表1所示，发射光的波长是由禁带宽度所决定的。禁带宽度越大发射光波长越短（蓝光发射)；禁带宽度越小发射光波长越长。其它参数数值越高，半导体性能越好。电子迁移速率决定半导体低压条件下的高频工作性能，饱和速率决定半导体高压条件下的高频工作性能。

目前已探明的硅储量较为丰富，且材料的价格也相对低廉。不仅有着优良的机械性能与热性能，且易于生长大尺寸，还容易得到高纯度晶体，已经进入了相对成熟的发展阶段。在未来很长的时期内，仍将处于主导和核心的地位。与此同时，由于硅材料在物理性质方面的局限性，对于其在光电子等领域的应用造成了一定的限制。与硅材料相比，在电子迁移率方面，砷化镓材料可达其6倍之多，表现出较好的高频、高速和光电性能。在同一芯片上可以同时处理不同的光电信号，是理想的通信用材料。

GaN材料的禁带宽度为硅材料的3倍多，相比于硅器件和砷化镓器件，在大功率、高温、高频、高速和光电子方面的应用性能更佳，可制成蓝绿光、紫外光的发光和探测器件。

表1主要半导体材料比较

3半导体材料的应用现状

半导体材料主要为电阻率符合107Ω·cm-10-3Ω·cm范畴内，界于金属与绝缘体之间的材料。其作为制作晶体管、集成电路、电力电子器件以及光电子器件的关键材料，对于各行各业的发展而言发挥着重要的作用，例如通信、计算机、信息家电与网络技术等电子信息产业，同时能够更好的促进国民经济发展以及科技水平的提升，更甚者能够衡量国防建设整体质量。半导体材料依据不同类型，能够划分为多种类型。根据化学组分的不同，可分为化合物、元素、固溶体等半导体；若依据组分元素化发，包含一元、二元、三元、多元等半导体；依据晶态则能够划分为单晶、多晶与非晶半导体；依据应用形式，可以包含薄膜材料和体材料。其中，体材料容易出现固熔体偏析等问题，而薄膜材料的纯度和晶体完整性较好，适用于三维电路的制造。一般来说，第一代半导体材料是指硅和锗；而第二代半导体材料则包括了磷化镓、磷化铟、砷化铟、砷化镓、砷化铝及其合金；第三代半导体材料包括了硒化锌、碳化硅、氮化镓、金刚石等，其宽禁带Eg大于2.3eV。而氮化镓，是半导体材料被列入“第三代”的一个标志。在我国半导体行业里，人们约定俗成地把半导体材料分成了三代。碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等元素半导体正是第三代半导体材料的代表。工程中心主任王军喜说：“它可以用在半导体照明、新一代移动通信、能源互联网、高速轨道交通、新能源汽车、消费类电子等诸多领域。”

4半导体产业优化发展的对策

4.1短期内政府的优化举措

首先应该在国际上多方寻求6英寸的半导体晶圆生产装备，将其相关技术直接转移到国内进行生产，尤其是对于国外已经淘汰的技术要尽快的接手，同时安排科研人员进行研究，在其基础上进行创新，不仅能够降低半导体产业技术的研发成本，同时也能够锻炼磨砺科研人员的研发能力；其次就是政府出面，直接控制下与国外半导体生产厂商进行合作，将其先进技术进行合作引进，同时制定一定的准则，以市场获取技术的核心就是以我为主；引进的半导体技术必须是先进可行的，同时要对其进行持续性的投资，将其技术吃透；最后就是要严厉打击半导体产品走私，落实坚决的关税政策，对于国内半导体生产厂商给予足够的优惠政策。

4.2法律政策手段支持

根据我国半导体发展的实际情况，直接作用于半导体产业的法律手段主要就是指这种法律的直接作用对象为计算机、通信、半导体等各种新兴的高科技产业。间接作用于半导体产业的法律手段指在十分开放的环境下，通过一种非WTO禁止的非关税贸易保护手段，其主要的目标就是为国内半导体产业的成长提供保护。我国对于半导体产业要从其相关产业着手，主要就是电子产业、计算机行业以及各种信息技术为基础的产业作为战略性产业，一定要重点发展相关产业。同时要积极将半导体产业的市场进行控制，要给我国的半导体厂商留下一定的发展成长空间。通过战术与战略的形式从法律政策角度为半导体产业营造出最好的外部环境。

4.3金融支持

半导体产业的发展形式同传统的工业不同，一方面其在R&D与制造工艺方面，需要庞大的高技术人才资源；还有另外一方面，其所需要的资金近乎天文数字。加上技术与工艺的发展速度是十分迅速的，但是这种设备竞争优势将会消失，只能够通过不断的长期高密度的资金投入。因此这就需要将半导体产业与金融进行挂钩，通过金融融通的功能为半导体产业提供更多的资金。主要的形式就是半导体产业基金，通过这种产业基金能够为半导体产业各端的企业提供足够的资金，保证对半导体研发资金的持续投入。

4.4半导体产业人才的培养

首先就是技术人才的培养，要将国内半导体科研人才派往国外先进半导体生产技术企业进行学习，从而才能够为我国带来更多先进的半导体研发技术；另外，半导体应用人才，能够将半导体产品与其他产品进行结合，为各种信息技术的提升带来更多可能性。

结语

伴随着我国科学水平的日益提升，如要实现半导体材料的突破，可从一下几个方面入手：首先，通过当前我国半导体材料政策的扶持，企业需全方位的借助人力成本低、资源充足以及下游客户对接方便等便利条件，完成材料线上验证、技术服务、共同开发等方面的重点突破；其次，国内半导体材料相关企业可利用跨境收购、控股等形式对海外先进生产企业给予有效的整合，从而全方位的了解半导体材料先进技术，从而在技术层面给予高效的突破。

参考文献：

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