半導(dǎo)體材料的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)-wenkub.com
2025-02-24 08:37 本頁(yè)面
【正文】 表 8 中國(guó)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(shí)代將逐步過渡到光電子時(shí)代，最終發(fā)展到光子時(shí)代。在此背景下，我國(guó)信息材料業(yè)的未來商機(jī)首先來自半導(dǎo)體材料市場(chǎng)。在信息產(chǎn)品市場(chǎng)的拉動(dòng)下，電子信息材料產(chǎn)業(yè)也將獲得持續(xù)較快的增長(zhǎng)。 ? 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(shí)，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。半導(dǎo)體微電子材料由單片集成向系統(tǒng)集成發(fā)展。 三、半導(dǎo)體材料發(fā)展趨勢(shì) ? 電子信息材料的總體發(fā)展趨勢(shì)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。在氮化鎵基材料方面，中科院半導(dǎo)體所在國(guó)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(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平、國(guó)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。s。 ?西安電子科技大學(xué)微電子研究所已經(jīng)外延生長(zhǎng)了 6HSiC，目前正在進(jìn)一步測(cè)試證明材料的晶格結(jié)構(gòu)情況。國(guó)內(nèi)已經(jīng)有一些單位在開展 SiC材料的研究工作。生長(zhǎng)在碳化硅襯底上的氮化鎵基 HEMT的功率密度達(dá)到了(柵長(zhǎng) ，柵寬 300mm)，生長(zhǎng)在碳化硅襯底上的AlGaN/GaN HEMT器件（柵長(zhǎng)為 ）的特征頻率 ft = 101GHz、最高振蕩頻率fmax =155GHz。 2023年世界 GaN器件市場(chǎng)達(dá)到 48億美元的銷售額 . ? 美國(guó) Cree公司由于其研究領(lǐng)先，主宰著整個(gè)碳化硅的市場(chǎng)，幾乎 85%以上的碳化硅襯底由 Cree公司提供， 90%以上的生產(chǎn)在美國(guó)，亞洲只占 4%，歐洲占 2%。涉足 GaN基電子器件開發(fā)最為活躍的企業(yè)包括 Cree、Rfmicro Device以及 Nitronex等公司。美國(guó)的 APA光學(xué)公司 1993年研制出世界上第一個(gè)氮化鎵基 HEMT器件。目前GaNFET性能已達(dá)到 ft=52GHz，fmax=82GHz。 ?日亞化學(xué)公司利用其 GaN藍(lán)光 LED和磷光技術(shù)，又開發(fā)出白光固體發(fā)光器件產(chǎn)品，不久將來可替代電燈，既提高燈的壽命，又大大地節(jié)省能源。 ? 1993年日本的日亞化學(xué)公司研制出第一支藍(lán)光發(fā)光管， 1995年該公司首先將 GaN藍(lán)光 LED商品化，到 1997年某市場(chǎng)份額已達(dá) 。 ? GaN在寬禁帶半導(dǎo)體中也占有主導(dǎo)地位。 6HSiC整流器的抗電磁脈沖 (EMP)能力至少是硅器件的 2倍。目前 SiC器件的研究概況見表 7。另外，制造 SiC器件的工藝如離子注入、氧化、歐姆接觸和肖特基接觸以及反應(yīng)離子刻蝕等工藝取得了重大進(jìn)展，所以促成了 SiC器件和集成電路的快速發(fā)展。 ? 到了八十年代中期，美國(guó)海軍研究局和國(guó)家宇航局與北卡羅來納州大學(xué)簽訂了開發(fā) SiC材料和器件的合同，并促成了在 1987年建立專門研究 SiC半導(dǎo)體的 Cree公司。 （ 1）國(guó)外發(fā)展概況 ? 美國(guó)、日本、俄羅斯及西歐都極其重視寬禁帶半導(dǎo)體的研究與開發(fā)。中國(guó)在努力縮小GaAs技術(shù)水平和生產(chǎn)規(guī)模的同時(shí)，應(yīng)重視具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)，發(fā)展砷化鎵產(chǎn)業(yè)。 ?中國(guó)國(guó)內(nèi) GaAs材料主要生產(chǎn)單位為： ?中科鎵英、 ?有研硅股、 ?信息產(chǎn)業(yè)部電子 46所、 ?電子 55所等。目前 4英寸以上晶片及集成電路 GaAs晶片主要依賴進(jìn)口。 砷化鎵單晶材料的發(fā)展趨勢(shì)是： ?①增大晶體直徑，目前 4英寸的 SiGaAs已用于大生產(chǎn)，預(yù)計(jì)直徑為 6英寸的 SiGaAs在 21世紀(jì)初也將投入工業(yè)應(yīng)用； ?②提高材料的電學(xué)和光學(xué)微區(qū)均勻性； ?③降低單晶的缺陷密度，特別是位錯(cuò)； ?④砷化鎵和磷化銦單晶的 VGF生長(zhǎng)技術(shù)發(fā)展很快，很有可能成為主流技術(shù)。國(guó)際上砷化鎵市場(chǎng)需求以 4英寸單晶材料為主，而 6英寸單晶材料產(chǎn)量和市場(chǎng)需求快速增加，已占據(jù) 35%以上的市場(chǎng)份額。s)） 6000~7000 — — — — 生產(chǎn)規(guī)模 規(guī)模生產(chǎn) 規(guī)模生產(chǎn) 批量生產(chǎn) 批量生產(chǎn) 試制 ?移動(dòng)電話用電子器件和光電器件市場(chǎng)快速增長(zhǎng)的要求，使全球砷化鎵晶片市場(chǎng)以30%的年增長(zhǎng)率迅速形成數(shù)十億美元的大市場(chǎng)，預(yù)計(jì)未來 20年砷化鎵市場(chǎng)都具有高增長(zhǎng)性。國(guó)外開發(fā)了兼具以上 2種方法優(yōu)點(diǎn)的 VGF法 (垂直梯度凝固法 )、 VB法 (垂直布里支曼法 )和 VCZ法 (蒸氣壓控制直拉法 )，成功制備出 4～ 6英寸大直徑GaAs單晶。 ? 在世界范圍內(nèi) 8英寸和 12英寸硅片仍然是少數(shù)幾家硅片供應(yīng)商的拳頭產(chǎn)品，他們有自己的專有生產(chǎn)技術(shù)，為世界提供了大部分制造集成電路用的 8英寸和 12英寸硅拋光片和硅外延片，這種局面在今后相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)有根本的改變，這些大公司的 12英寸外延片已量產(chǎn)化，目前國(guó)外 8英寸外延片價(jià)格約 45美元 /片，而 12英寸外延片價(jià)格就高的多，其經(jīng)濟(jì)效益還是很可觀的。目前 8英寸硅片有很大部分是以外延片形式提供的，而 12英寸芯片生產(chǎn)線將全部采用外延。 ? 2023年國(guó)內(nèi)從事硅單晶材料研究生產(chǎn)的企業(yè)約有 35家，從業(yè)人員約 3700人，主要研究和生產(chǎn)單位有 ? 北京有研硅股、 ? 杭州海納半導(dǎo)體材料公司、 ? 寧波立立電子公司、 ? 洛陽(yáng)單晶硅廠、 ? 萬向硅峰電子材料公司、 ? 上海晶華電子材料公司、 ? 峨眉半導(dǎo)體材料廠、 ? 河北寧晉半導(dǎo)體材料公司等。單晶硅產(chǎn)量為 584t，拋光片產(chǎn)量 5183萬平方英寸，主要規(guī)格為 3～ 6英寸， 6英寸正片已供應(yīng)集成電路企業(yè)， 8英寸主要用作陪片。目前全球主流硅晶片已由直徑 8英寸逐漸過渡到 12英寸晶片，研制水平已達(dá)到 16英寸。 ? 硅晶片屬于資金密集型和技術(shù)密集型行業(yè)，在國(guó)際市場(chǎng)上產(chǎn)業(yè)相對(duì)成熟，市場(chǎng)進(jìn)入平穩(wěn)發(fā)展期，生產(chǎn)集中在少數(shù)幾家大公司，小型公司已經(jīng)很難插手其中。 CZ、 FZ和 MCZ單晶各自適用于不同的電阻率范圍的器件，而 MCZ可完全代替 CZ，可部分代替 FZ。 多晶硅 ?未來多晶硅的發(fā)展方向是進(jìn)一步降低各種雜質(zhì)含量，提高多晶硅純度并保持其均勻性，穩(wěn)定提高多晶硅整體質(zhì)量和擴(kuò)大供給量，以緩解供需矛盾。據(jù)專家預(yù)測(cè)， 2023年中國(guó)多晶硅年需求量約為 756噸， 2023年為 1302噸，市場(chǎng)前景十分巨大。多晶硅工業(yè)起步于 50年代， 60年代實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。 2023年以前，多晶硅供大于求，2023年多晶硅供需達(dá)到平衡， 2023年，多晶硅生產(chǎn)廠家有必要增加投資擴(kuò)大產(chǎn)能增加太陽(yáng)能多晶硅的產(chǎn)
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