新型光電子材料(已修改)
2025-01-14 20:36 本頁(yè)面
【正文】 光電信息功能材料研究進(jìn)展 趙昶 （北京石油化工學(xué)院） 提綱 一、光電信息功能材料－現(xiàn)代信息社會(huì)的支柱 二、光電信息功能材料研究進(jìn)展 硅微電子技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 硅基異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料與光電器件 激光器材料與器件 寬帶隙半導(dǎo)體材料和器件 納米 (低維 )半導(dǎo)體材料與量子器件 其他光電信息功能材料與器件 三、發(fā)展趨勢(shì) 3/9/2023 1 一、引言： 21世紀(jì)是高度信息化的社會(huì) ? 超大容量信息傳輸、超快實(shí)時(shí)信息處理和超高密度信息存儲(chǔ)是 21世紀(jì)信息社會(huì) 追求的目標(biāo)，發(fā)展信息功能材料是基礎(chǔ)。 ? 主要介紹近年來(lái)光電信息功能材料，特別是半導(dǎo)體微電子、光電子材料 ,半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)和量子器件等的研究進(jìn)展。 3/9/2023 2 硅微電子技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 硅（ Si）材料作為當(dāng)前微電子技術(shù)的基礎(chǔ)，預(yù)計(jì)到本世紀(jì)中葉都不會(huì)改變。 從提高硅集成電路（ ICs）性能價(jià)格比來(lái)看，增大直拉硅單晶的直徑，仍是今后硅單晶發(fā)展的大趨勢(shì)。硅 ICs工藝由 8英寸向 12英寸的過(guò)渡將在近年內(nèi)完成。預(yù)計(jì) 2023年前后， 18英寸的硅片將投入生產(chǎn)。 從進(jìn)一步縮小器件的特征尺寸，提高硅 ICs的速度和集成度看，研制適合于硅深亞微米乃至納米工藝所需的超高純、大直徑和無(wú)缺陷硅外延片會(huì)成為硅材料發(fā)展的主流。 二、光電信息功能材料研究新進(jìn)展 3/9/2023 3 到 2023年， Si基 CMOS器件特征尺寸小到 30nm,硅晶片直徑將達(dá)450mm，我國(guó)與先進(jìn)國(guó)家差距約 8年！ 2023年國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展路線圖 關(guān)鍵材料和器件子專題 2023 450mm 300mm 200mm 150mm Si 晶片 CMOS 硅單晶 3/9/2023 4 ? 根據(jù)國(guó)際半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)， 2023年大多數(shù)已知的硅 CMOS技術(shù)將接近或達(dá)到它的”極限” ,這時(shí)硅 ICs技術(shù)的特征線寬將達(dá)到 20納米左右 , 摩爾定律將受到挑戰(zhàn)。 ? 為此，人們?cè)诜e極探索基于全新原理的量子計(jì)算、分子計(jì)算和 DNA生物計(jì)算等同時(shí)，更寄希望于發(fā)展新材料和新技術(shù)，以求進(jìn)一步提高硅基集成芯片的運(yùn)算速度和功能。 硅微電子技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 3/9/2023 5 ? 其中 ,尋找高 K材料 , 低 K互連材料和Cu引線 ,以及系統(tǒng)集成芯片 (SOC)技術(shù) 。 采用絕緣體上半導(dǎo)體（ SOI）材料和GeSi/Si等應(yīng)變硅技術(shù)等 , 是目前硅基ICs發(fā)展的另一個(gè)重要方向。 ? 為滿足人類不斷增長(zhǎng)的對(duì)更大信息量的需求，近年來(lái)在硅基光電集成和光電混合集成研究方面取得了重要進(jìn)展。 硅微電子技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 3/9/2023 6 硅基高效發(fā)光研究取得突破進(jìn)展 ? 硅基光電集成一直是人們追求的目標(biāo)，其中如何提高硅基材料發(fā)光效率是關(guān)鍵。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期努力， 2023年在硅基異質(zhì)結(jié)電注入高效發(fā)光和電泵激射方面的研究獲得了突破性進(jìn)展，這使人們看到了硅基光電集成的曙光。 ? 另外，隨著在大尺寸硅襯底上高質(zhì)量 GaAs外延薄膜的生長(zhǎng)成功，向硅基光電混合集成方向也邁出了重要的一步！ 3/9/2023 7 硅基高效發(fā)光研究取得突破進(jìn)展 ? 2023年英國(guó) Ny等應(yīng)用一種所謂 “ 位錯(cuò)工程 ”的方法 ， 使硅基光發(fā)射二極管 （ LED） 室溫量子效率提高到 %。 注入到硅中的硼離子既是 P型摻雜劑 ， 又可與 N型硅形成 PN結(jié) ， 同時(shí)又在硅中引入位錯(cuò)環(huán)；位錯(cuò)環(huán)形成的局域場(chǎng)調(diào)制硅的能帶結(jié)構(gòu) ，使荷電載流子空間受限 ， 從而使硅發(fā)光二極管器件的量子效率得到了提高 。 ? 五個(gè)月后， Green等采用類似于高效硅太陽(yáng)能電池的倒金字塔結(jié)構(gòu)，利用光發(fā)射和光吸收互易的原理 ,又將硅基 LED的近室溫功率轉(zhuǎn)換效率提高到 1%。 3/9/2023 8 ? 2023年 STM電子公司的科學(xué)家將稀土離子，如鉺、鈰等，注入到富硅的二氧化硅中（其中包
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