半導體材料的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢-閱讀頁
2025-03-08 08:37本頁面
【正文】 、鎵材料 (6N以下純度 )，主要用于生產(chǎn)光電子器件。 ?中國國內(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。 ? 中科鎵英 2023年起計劃投入近 2億資金進行砷化鎵材料的產(chǎn)業(yè)化，初期計劃規(guī)模為 4～ 6英寸砷化鎵單晶晶片 5～ 8萬片， 4～ 6英寸分子束外延砷化鎵基材料 2～ 3萬片，目前該項目仍在建設期。中國在努力縮小GaAs技術水平和生產(chǎn)規(guī)模的同時，應重視具有獨立知識產(chǎn)權的技術和產(chǎn)品開發(fā)，發(fā)展砷化鎵產(chǎn)業(yè)。然而受材料性能所限，用這些材料制成的器件大都只能在 200℃ 以下的熱環(huán)境下工作，且抗輻射、耐高擊穿電壓性能以及發(fā)射可見光波長范圍都不能滿足現(xiàn)代電子技術發(fā)展對高溫、高頻、高壓以及抗輻射、能發(fā)射藍光等提出的新要求。 （ 1）國外發(fā)展概況 ? 美國、日本、俄羅斯及西歐都極其重視寬禁帶半導體的研究與開發(fā)。而金剛石技術研究報導較少，但從其材料優(yōu)越性來看，頗具發(fā)展?jié)摿Α? ? 到了八十年代中期，美國海軍研究局和國家宇航局與北卡羅來納州大學簽訂了開發(fā) SiC材料和器件的合同，并促成了在 1987年建立專門研究 SiC半導體的 Cree公司。 ? 即目前為止，直徑 ≥50mm具有良好性能的半絕緣和摻雜材料已經(jīng)商品化。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離子刻蝕等工藝取得了重大進展，所以促成了 SiC器件和集成電路的快速發(fā)展。航空、航天、治煉以及深井勘探等許多領域中的電子系統(tǒng)需要工作在高溫環(huán)境中，這要求器件和電路能夠適應這種需要，而各類 SiC器件都顯示良好的溫度性能。目前 SiC器件的研究概況見表 7。V 1 6HSiC整流器的抗電磁脈沖 (EMP)能力至少是硅器件的 2倍。埋柵 JFET在 γ輻射條件下的測試結(jié)果，總劑量 100兆拉德條件下，跨導和夾斷電壓基本不變。 ? GaN在寬禁帶半導體中也占有主導地位。但 GaN的生長技術和器件制造工藝直到近幾年才取得了商業(yè)應用的實質(zhì)進步和突破。 ? 1993年日本的日亞化學公司研制出第一支藍光發(fā)光管， 1995年該公司首先將 GaN藍光 LED商品化，到 1997年某市場份額已達 。目前，日亞化學公司生產(chǎn)藍光 LED，峰值波長 450nm，輸出光為 3mw，發(fā)光亮度2cd(Ip=20mA)。 ?日亞化學公司利用其 GaN藍光 LED和磷光技術，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。 ? GaN藍光激光器也被日亞公司首先開發(fā)成功，目前壽命已超過 10000hr。目前GaNFET性能已達到 ft=52GHz，fmax=82GHz。這是至今報導 K波段微波 GaNFET的最高值。美國的 APA光學公司 1993年研制出世界上第一個氮化鎵基 HEMT器件。 ?目前進入藍光激光器開發(fā)的公司包括飛利浦、索尼、日立、施樂和惠普等。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。日本、美國等國家紛紛進行應用于照明 GaN基白光 LED的產(chǎn)業(yè)開發(fā)，計劃于 2023年 2023年取代白熾燈和日光燈，引起新的照明革命。 2023年世界 GaN器件市場達到 48億美元的銷售額 . ? 美國 Cree公司由于其研究領先，主宰著整個碳化硅的市場，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，亞洲只占 4%，歐洲占 2%。 ?目前在 6HSiC襯底上氮化鎵微電子材料室溫遷移率達到 2023cm2/V生長在碳化硅襯底上的氮化鎵基 HEMT的功率密度達到了(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。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)構材料和器件的首選襯底，但碳化硅襯底上材料十分昂貴。國內(nèi)已經(jīng)有一些單位在開展 SiC材料的研究工作。目前研究的重點主要是 4英寸碳化硅襯底的制備技術以及大面積、低位錯密度的碳化硅外延技術。 ?西安電子科技大學微電子研究所已經(jīng)外延生長了 6HSiC，目前正在進一步測試證明材料的晶格結(jié)構情況。 ?采用國外進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 。s。cm2，達到了可以應用于實驗器件的水平。在氮化鎵基材料方面，中科院半導體所在國內(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)領先水平、國際先進水平的研究成果，可小批量提供 AlGaN/GaN HEM結(jié)構材料，一些單位采用該種材料研制出了AlGaN/GaN HEM相關器件。也研制出了 GaNFET樣管 (直流跨導 10ms/mm)，性能較差。 三、半導體材料發(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。 ?隨著電子學向光電子學、光子學邁進，微電子材料在未來 5～ 10年仍是最基本的信息材料。半導體微電子材料由單片集成向系統(tǒng)集成發(fā)展。 ? Si、 GaAs、 InP等半導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。 ? 在以 Si、 GaAs為代表的第一代、第二代半導體材料繼續(xù)發(fā)展的同時，加速發(fā)展第三代半導體材料 —— 寬禁帶半導體材料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體材料的重要發(fā)展方向。 ? 高純化學試劑和特種電子氣體的純度要求將分別達到 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。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。 ? 據(jù)信息產(chǎn)業(yè)部的預測， 2023年中國電子信息產(chǎn)品市場的總規(guī)模將達 2萬億元人民幣，這大約相對于全球市場總規(guī)模的 13％。在此背景下，我國信息材料業(yè)的未來商機首先來自半導體材料市場。半導體材料在信息設備中的價值含量已達 20％，并且還在繼續(xù)上升。 表 8 中國半導體材料需求量 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。 演講完畢，謝謝觀看！
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