半導(dǎo)體材料的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢-資料下載頁
2025-02-26 08:37本頁面
【正文】 達(dá)到了(柵長 ，柵寬 300mm)，生長在碳化硅襯底上的AlGaN/GaN HEMT器件（柵長為 ）的特征頻率 ft = 101GHz、最高振蕩頻率fmax =155GHz。 ?與藍(lán)寶石襯底材料相比，碳化硅襯底材料具有高的熱導(dǎo)率，晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)與氮化鎵材料更為接近，僅為 ％（藍(lán)寶石與氮化鎵材料的晶格失配度為 17%），是一種更理想的襯底材料。目前在碳化硅襯底上氮化鎵微電子材料及器件的研究是國際上的熱點，也是軍用氮化鎵基 HEMT結(jié)構(gòu)材料和器件的首選襯底，但碳化硅襯底上材料十分昂貴。 （ 2）中國國內(nèi)研究狀況 ?中國國內(nèi)開展 SiC、 GaN材料和器件方面的研究工作比較晚，和國外相比水平還比較低。國內(nèi)已經(jīng)有一些單位在開展 SiC材料的研究工作。到目前為止， 2英寸、 3英寸的碳化硅襯底及外延材料已經(jīng)商品化。目前研究的重點主要是 4英寸碳化硅襯底的制備技術(shù)以及大面積、低位錯密度的碳化硅外延技術(shù)。 ?目前國內(nèi)進(jìn)行碳化硅單晶的研制單位有 ? 中科院物理所、 ? 中科院上海硅酸鹽研究所、 ? 山東大學(xué)、 ? 信息產(chǎn)業(yè)部 46所等， ?進(jìn)行碳化硅外延生長的單位有 ? 中科院半導(dǎo)體所、 ? 中國科技大學(xué) ? 西安電子科大。 ?西安電子科技大學(xué)微電子研究所已經(jīng)外延生長了 6HSiC，目前正在進(jìn)一步測試證明材料的晶格結(jié)構(gòu)情況。另外，還對材料的性質(zhì)和載流子輸運進(jìn)行了理論和實驗研究，器件的研究工作也取得了可喜的進(jìn)展。 ?采用國外進(jìn)口的材料成功地制造出肖特基二極管和我國第一只 6H SiC MOSFET，肖特基二極管的理想因子為 123，開啟電壓為 。 MOSFET的跨導(dǎo)為，溝道電子遷移率為14cm2Ns。采用 AL/NiCr制作的歐姆接觸的比接觸電阻為 105/Ωcm2，達(dá)到了可以應(yīng)用于實驗器件的水平。 ?國內(nèi) GaN研究亦已開始，主要在基礎(chǔ)研究方面，進(jìn)展較快。在氮化鎵基材料方面，中科院半導(dǎo)體所在國內(nèi)最早開展了氮化鎵基微電子材料的研究工作，取得了一些具有國內(nèi)領(lǐng)先水平、國際先進(jìn)水平的研究成果，可小批量提供 AlGaN/GaN HEM結(jié)構(gòu)材料，一些單位采用該種材料研制出了AlGaN/GaN HEM相關(guān)器件。 ?如： ?中科院微電子所研制出具有國內(nèi)領(lǐng)先水平的 AlGaN/GaN HEM器件； ?信息產(chǎn)業(yè)部 13所研制出了AlGaN/GaN HEMT器件，還研制出 GaN藍(lán)光 LED樣管，但發(fā)光亮度低。也研制出了 GaNFET樣管 (直流跨導(dǎo) 10ms/mm)，性能較差。 ? 由于碳化硅襯底上材料十分昂貴，目前國內(nèi)氮化鎵基高溫半導(dǎo)體材料和器件的研究主要在藍(lán)寶石襯底上進(jìn)行，由于藍(lán)寶石與氮化鎵材料的晶格失配大、熱導(dǎo)率低，因此，材料和器件性能均受到很大限制。 三、半導(dǎo)體材料發(fā)展趨勢 ? 電子信息材料的總體發(fā)展趨勢是向著大尺寸、高均勻性、高完整性、以及薄膜化、多功能化和集成化方向發(fā)展。當(dāng)前的研究熱點和技術(shù)前沿包括柔性晶體管、光子晶體、 SiC、 GaN、 ZnSe等寬禁帶半導(dǎo)體材料為代表的第三代半導(dǎo)體材料、有機(jī)顯示材料以及各種納米電子材料等。 ?隨著電子學(xué)向光電子學(xué)、光子學(xué)邁進(jìn)，微電子材料在未來 5～ 10年仍是最基本的信息材料。電子、光電子功能單晶將向著大尺寸、高均勻性、晶格高完整性以及元器件向薄膜化、多功能化、片式化、超高集成度和低能耗方向發(fā)展。半導(dǎo)體微電子材料由單片集成向系統(tǒng)集成發(fā)展。 ?微電子技術(shù)發(fā)展的主要途徑是通過不斷縮小器件的特征尺寸，增加芯片面積以提高集成度和信息處理速度，由單片集成向系統(tǒng)集成發(fā)展。 ? Si、 GaAs、 InP等半導(dǎo)體單晶材料向著大尺寸、高均質(zhì)、晶格高完整性方向發(fā)展。椎 8英吋硅芯片是目前國際的主流產(chǎn)品，椎 12英吋芯片已開始上市， GaAs芯片椎 4英吋已進(jìn)入大批量生產(chǎn)階段，并且正在向椎 6英吋生產(chǎn)線過渡；對單晶電阻率的均勻性、雜質(zhì)含量、微缺陷、位錯密度、芯片平整度、表面潔凈度等都提出了更加苛刻的要求。 ? 在以 Si、 GaAs為代表的第一代、第二代半導(dǎo)體材料繼續(xù)發(fā)展的同時，加速發(fā)展第三代半導(dǎo)體材料 —— 寬禁帶半導(dǎo)體材料SiC、 GaN、 ZnSe、金剛石材料和用SiGe/Si、 SOI等新型硅基材料大幅度提高原有硅集成電路的性能是未來半導(dǎo)體材料的重要發(fā)展方向。 ? 繼經(jīng)典半導(dǎo)體的同質(zhì)結(jié)、異質(zhì)結(jié)之后，基于量子阱、量子線、量子點的器件設(shè)計、制造和集成技術(shù)在未來 5～ 15年間，將在信息材料和元器件制造中占據(jù)主導(dǎo)地位，分子束外延 MBE 和金屬有機(jī)化合物化學(xué)汽相外延 MOCVD 技術(shù)將得到進(jìn)一步發(fā)展和更加廣泛的應(yīng)用。 ? 高純化學(xué)試劑和特種電子氣體的純度要求將分別達(dá)到 lppb(十億分之一 )～ 6N級以上， 粒必須控制在 5個 /毫升以下，金屬雜質(zhì)含量控制在 ppt(part per trillion 1兆分之 ...)級，并將開發(fā)替代有毒氣體的新品種電子氣體。 四、中國半導(dǎo)體材料材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景的展望 ? 中國的 IT產(chǎn)業(yè)即將進(jìn)入快速發(fā)展時期，這一點已成為人們的普遍共識。在信息產(chǎn)品市場的拉動下，電子信息材料產(chǎn)業(yè)也將獲得持續(xù)較快的增長。電子信息材料業(yè)在IT產(chǎn)業(yè)中乃至整個國民經(jīng)濟(jì)中的地位將會進(jìn)一步上升。 ? 據(jù)信息產(chǎn)業(yè)部的預(yù)測， 2023年中國電子信息產(chǎn)品市場的總規(guī)模將達(dá) 2萬億元人民幣，這大約相對于全球市場總規(guī)模的 13％。巨大的市場需求，將拉動中國信息產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。在此背景下，我國信息材料業(yè)的未來商機(jī)首先來自半導(dǎo)體材料市場。當(dāng)今全球最大、最重要的信息材料細(xì)分市場就是集成電路，而集成電路的 99％以上都是由硅材料制作的。半導(dǎo)體材料在信息設(shè)備中的價值含量已達(dá) 20％，并且還在繼續(xù)上升。 根據(jù)中國工程院的專項調(diào)查與預(yù)測，中國 2023年半導(dǎo)體材料材料的需求情況是： ? 多晶硅需求將達(dá) 1500噸； ? 單晶硅約 600噸； ? 硅拋光片約 8000萬平方英寸； ? 硅外延片 500萬平方英寸； ? GaAs單晶 2023千克； ? GaAs外延片 3～ 4萬片； ? InP單晶 120千克； ? 化學(xué)試劑 8000噸； ? 塑封料 8000噸； ? 鍵合金絲 3000千克。 表 8 中國半導(dǎo)體材料需求量 材料 類別 多晶硅 單晶硅 硅拋光片（ 4英寸、 5英寸） 硅拋光片（ 6英寸、8英寸） 硅外延片（ 4英寸、5英寸） 硅外延片（ 6英寸、8英寸） 46英寸砷化鎵單晶片 普亮砷化鎵外延材料 紅外AlGaAs外延材料 單位 噸 /年 噸 /年 萬片 /年 萬片／年 萬片／年 萬片／年 萬片／年 平方萬寸 /年 平方萬寸 /年 目前生 產(chǎn)能力 100 近1000 約 1300 約 500 300 300 10 20 10 2010 年需求 量 約 3000 約1600 約 1300 約1500 約 400 約 600 30 90 90 ?微電子時代將逐步過渡到光電子時代，最終發(fā)展到光子時代。預(yù)計到 2023年或 2023年，硅材料的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展將走向極限，第二代和第三代半導(dǎo)體技術(shù)和產(chǎn)業(yè)將成為研究和發(fā)展的重點。 演講完畢，謝謝觀看！
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