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半導(dǎo)體材料應(yīng)用范文第1篇

關(guān)鍵詞：鉍系半導(dǎo)體材料 光催化 改性

1. 鉍系半導(dǎo)體光催化材料簡(jiǎn)介

自上世紀(jì)70年代首次發(fā)現(xiàn)二氧化鈦（TiO2）可以光照分解水這一現(xiàn)象以來，越來越多的研究者投入到光催化領(lǐng)域中來。TiO2具有無毒、催化活性較好以及穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，在光催化領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。但在可見光區(qū)域沒有響應(yīng)，禁帶寬度大等缺點(diǎn)同時(shí)也限制了它的應(yīng)用。因此，研究者的研究方向主要集中在對(duì)TiO2的改性以及開發(fā)新型的半導(dǎo)體光催化材料上。鉍系半導(dǎo)體材料由于其獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)與電子結(jié)構(gòu)引起了研究者的注意，并取得了一系列研究成果。

鉍系光催化材料有兩個(gè)很明顯的優(yōu)點(diǎn)，其一，Bi的外層電子結(jié)構(gòu)為6s26p3，因此，Bi元素主要有兩個(gè)價(jià)態(tài)，+3和+5，且可以通過不同的實(shí)驗(yàn)方法合成其他的中間價(jià)態(tài)。當(dāng)Bi失去外層電子時(shí)，可以與其他元素（如O元素）復(fù)合并雜化，在半導(dǎo)體中形成價(jià)帶頂端，從而形成s-p雜化軌道，降低其禁帶寬度，有利于光生電子與空穴的傳遞，抑制光生載流子的復(fù)合，從而可以提高光催化性能。其二，鉍系半導(dǎo)體材料有很多的微觀形貌，如納米片、納米棒、納米花等，大多為多層結(jié)構(gòu)，比表面積高，有利于和其他半導(dǎo)體材料復(fù)合，從而提高其光催化性能。

2. 鉍系半導(dǎo)體光催化材料的改性

鉍系半導(dǎo)體光催化材料的性能雖然較其他一些催化材料有很明顯的優(yōu)勢(shì)，但依然有上升空間。因此對(duì)鉍系半導(dǎo)體光催化材料進(jìn)行改性以提高其光催化性能成了目前的研究熱點(diǎn)。鉍系光催化材料的改性主要集中在合成新型半導(dǎo)體光催化材料、與其他半導(dǎo)體光催化劑復(fù)合形成異質(zhì)結(jié)以及摻雜一些元素進(jìn)行改性。

2.1 合成新型半導(dǎo)體光催化材料

在鉍系化合物中，Bi2WO6、BiVO4、Bi2MoO6等一些二元復(fù)合氧化物以及鹵氧化鉍材料已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)并得到了廣泛研究。因此研究者們又把目光轉(zhuǎn)向了新材料的開發(fā)上，以此來拓寬研究范圍并不斷提高鉍系材料的光催化性能。

Bi2S3是近幾年被報(bào)道的用于光催化領(lǐng)域的一種半導(dǎo)體，其晶體結(jié)構(gòu)與Bi2O3很相似，據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，Bi2S3的禁帶寬度為1.4eV左右，在光電催化方面活性較好。Bi2S3的制備方法也很多，包括水熱法、化學(xué)沉積法、超聲化學(xué)法等，在制備過程中，通過不斷調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)條件，例如加入表面活性劑、調(diào)節(jié)pH值以及控制反應(yīng)時(shí)間等，可以合成不同形貌的Bi2S3。目前所合成的形貌有納米片。納米花、納米線等等。沈林等人[1]用水熱法，在實(shí)驗(yàn)過程中加入EDTA并調(diào)節(jié)溶液的pH值，合成出了各種形貌的Bi2S3。

NaBiO3也是近幾年研究的熱點(diǎn)，其光催化性能較Bi2O3有明顯的提升，在光催化領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景。在NaBiO3中，Na的3s軌道和O的2p軌道發(fā)生雜化反應(yīng)形成s-p軌道，可以加快光生電子和空穴的傳遞，抑制光生載流子的復(fù)合，從而增強(qiáng)其光催化活性。諶春林等人[2]用熱處理的方法在不同條件下處理商品鉍酸鈉，并對(duì)所得的樣品進(jìn)行光催化活性測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，鉍酸鈉對(duì)甲基橙、亞甲基藍(lán)以及苯酚等污染物均有一定的降解活性，并且經(jīng)過熱處理過得鉍酸鈉的活性較之前有所提高。

堿土金屬鉍酸鹽也是一類新型的可見光催化劑，文獻(xiàn)報(bào)道不多，因此發(fā)展空間很大。在化合物中，Bi3+的孤對(duì)電子使化合物呈現(xiàn)出Bi-O的三維網(wǎng)絡(luò)片狀結(jié)構(gòu)。繼Tang等人首次發(fā)現(xiàn)CaBi2O4在可見光的照射下可以降解亞甲基藍(lán)以及甲醛以后，其他堿土金屬鉍酸鹽也相繼被報(bào)道出來，例如CaBi6O13以及SrBi2O4等。

2.2 與其他半導(dǎo)體材料復(fù)合

在提高鉍系化合物光催化活性方面，除了發(fā)現(xiàn)新型化合物，使用最多的應(yīng)該是與其他半導(dǎo)體光催化劑復(fù)合。復(fù)合主要包括鉍系化合物與其他化合物的復(fù)合以及鉍系化合物與貴金屬的復(fù)合等幾個(gè)方面。

Shang等人將Bi2WO6負(fù)載在TiO2納米纖維薄膜上，成功的制備出了Bi2WO6/TiO2異質(zhì)結(jié)，并對(duì)其光催化活性進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該異質(zhì)結(jié)催化劑在可見光條件下，降解活性遠(yuǎn)高于Bi2WO6和TiO2。

除了以上兩個(gè)方法外，與貴金屬的復(fù)合也應(yīng)用的十分廣泛。在光催化過程中，貴金屬一般作為助催化劑，加快光生電子的傳遞來提高光催化活性。Pugazhenthiran等人采用超聲法將Au與Bi2O3復(fù)合，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，所制備的復(fù)合光催化劑能夠在可見光下降解酸性橙-10。

與其他半導(dǎo)體材料的復(fù)合為鉍系半導(dǎo)體催化劑材料在光催化領(lǐng)域的發(fā)展提供了更為廣闊的前景。

2.3 與其他元素?fù)诫s

在鉍系半導(dǎo)體的材料改性方面，元素?fù)诫s也是很重要的一方面。Xu等人用水熱法合成出了BiVO4之后，用浸漬法摻雜不同的稀土元素并改變其比例，合成了一批樣品。通過光催化活性測(cè)試，Gd3+-BiVO4的活性最好，尤其當(dāng)Gd的含量為8at.%時(shí)，光催化活性達(dá)到最高。

3. 鉍系半導(dǎo)體光催化材料的應(yīng)用

鉍系半導(dǎo)體材料在光催化方面的主要集中在降解有機(jī)染料、抗生素以及分解水等幾個(gè)方面。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人民生活水平的提高，在工業(yè)生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生很多工業(yè)廢水，其中就包括很多有機(jī)染料，例如羅丹明B、甲基橙、亞甲基藍(lán)、甲基紫等。這些染料廢水對(duì)人們的生產(chǎn)以及生活帶來很大的危害。而鉍系光催化材料在這方面的表現(xiàn)極為優(yōu)異。Ping等人采用溶劑法法，以1-丁基-3-甲基咪唑碘為原料，合成出了BiOI納米片。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該樣品在可見光下對(duì)羅丹明B的降解性能十分優(yōu)異。

抗生素的濫用也是目前的一大問題，這直接導(dǎo)致了水體中出現(xiàn)了大量的抗生素殘留，包括環(huán)丙沙星、四環(huán)素、氯酚以及微囊藻毒素等等。Ling等人以Bi2O3以及TiO2為原料，采用高溫固相法合成出了鈦酸鹽Bi4Ti3O12。在后續(xù)的光催化實(shí)驗(yàn)中，研究者用所得產(chǎn)物降解氯酚（4-CP）以及微囊藻毒素（MC-RR）。結(jié)果顯示，當(dāng)4-CP的濃度為1.25×10-5mol/L時(shí)，降解活性最高。同時(shí)在后期的表征中顯示，反應(yīng)中起主要作用的活性物種為羥基自由基和超氧自由基。

除環(huán)境問題外，能源短缺也是當(dāng)今社會(huì)的一大問題?；茉吹倪^渡開采必然導(dǎo)致能源緊缺，因此開發(fā)新能源，例如氫能、太陽能以及潮汐能等也是一項(xiàng)迫切的任務(wù)。鉍系半導(dǎo)體材料大多可以在可見光的照射下分解水產(chǎn)生氧氣，因此，在鉍系材料的基礎(chǔ)上復(fù)合可以分解水產(chǎn)氫且價(jià)導(dǎo)帶匹配的化合物就能夠?qū)崿F(xiàn)全分解水的過程。Kudo等人于1998年首次發(fā)現(xiàn)BiVO4在可見光的照射下，可以分解水。在此基礎(chǔ)上，研究者又經(jīng)過不斷努力，合成了更多可以分解水的異質(zhì)結(jié)。

除了上述在降解污染物以及能源方面的應(yīng)用，鉍系光催化材料還廣泛的應(yīng)用于光催化還原以及光催化氧化等方面。

4. 結(jié)語

到目前為止，有大量關(guān)于鉍系半導(dǎo)體材料在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用的文章的報(bào)道。但由于其制備過程不適宜大規(guī)模生產(chǎn)且一些材料成本太高，不利于工業(yè)生產(chǎn)。在未來的科研工作中，可以將目光主要集中在對(duì)鉍系半導(dǎo)體材料的工業(yè)化應(yīng)用方面，通過制備方法的改進(jìn)以及原材料的選擇上降低其成本，提高重復(fù)利用率，進(jìn)而推廣到工業(yè)生產(chǎn)上。

參考文獻(xiàn)

半導(dǎo)體材料應(yīng)用范文第2篇

1、常用的半導(dǎo)體材料分為元素半導(dǎo)體和化合物半導(dǎo)體。元素半導(dǎo)體是由單一元素制成的半導(dǎo)體材料。主要有硅、鍺、硒等,以硅、鍺應(yīng)用最廣?；衔锇雽?dǎo)體分為二元系、三元系、多元系和有機(jī)化合物半導(dǎo)體。

2、半導(dǎo)體材料是一類具有半導(dǎo)體性能（導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間，電阻率約在1mΩ·cm～1GΩ·cm范圍內(nèi)）、可用來制作半導(dǎo)體器件和集成電路的電子材料。

（來源：文章屋網(wǎng) ）

半導(dǎo)體材料應(yīng)用范文第3篇

【關(guān)鍵詞】半導(dǎo)體；材料與器件；教學(xué)改革

0 引言

《半導(dǎo)體材料與器件》是信息顯示與光電子工程本科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，旨在使學(xué)生理解并掌握半導(dǎo)體材料的物理學(xué)的理論體系及基本器件的功能和應(yīng)用，了解半導(dǎo)體器件的特性以及相應(yīng)的儀器檢測(cè)方法，儀器測(cè)試原理，以及相關(guān)理論；了解半導(dǎo)體物理學(xué)發(fā)展的前沿及發(fā)展動(dòng)態(tài)。同時(shí)，使學(xué)生學(xué)習(xí)本課程領(lǐng)域內(nèi)專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，提高專業(yè)英語的聽說讀寫能力，全面提高中英文專業(yè)水平，為社會(huì)輸送高質(zhì)量人才。

1 優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源建設(shè)

合適的教材是保證雙語教學(xué)能夠順利進(jìn)行的前提，擁有外文原版教材是雙語教學(xué)的必要條件。目前，在國(guó)內(nèi)找不到一本合適的半導(dǎo)體材料與器件方面的教材；相關(guān)教材，如劉恩科等編著的《半導(dǎo)體物理學(xué)》、孟慶臣等編著的《半導(dǎo)體器件物理》、田敬民編著的《半導(dǎo)體物理問題與習(xí)題》，鄧志杰等編的《半導(dǎo)體材料》，楊樹人等編《半導(dǎo)體材料》，但能同時(shí)滿足《半導(dǎo)體材料與器件》教學(xué)要的教材還沒有。通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)資料搜索，我們找到了相關(guān)的英文原版教材《Semiconductor Materials and Device Characterization》，是由美國(guó)Arizona State University 的Dieter K. Schroder教授等著作的，這本書系統(tǒng)地介紹了半導(dǎo)體材料與器件的基本參數(shù)、特性、測(cè)試儀器以及測(cè)試方法和原理，是一本優(yōu)秀的教材，先后在美國(guó)、加拿大、德國(guó)等地出版。在國(guó)內(nèi)，尚未有出版發(fā)行，亦沒有影印版可以借鑒。另外，還有一些地道的英文原版教材，如University of Florida的Franky So等編著的《Organic Electronics Materials Processing Devices and Applications》，Robert F. Pierret等編著的《Semiconductor Device Fundamentals》。通過充分整合這些優(yōu)秀教材，建立教材庫，供教學(xué)使用，將為半導(dǎo)體材料與器件教學(xué)提供有力保障。

2 新型雙語教學(xué)模式的探索

2.1 傳統(tǒng)“填鴨式”教學(xué)方式的改進(jìn)

傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)方法，一個(gè)最大的優(yōu)點(diǎn)是可以在極短的時(shí)間內(nèi)，傳授完大部分的課本知識(shí)，節(jié)省時(shí)間。但是，其缺點(diǎn)也顯而易見，不利于學(xué)生消化、吸收新知識(shí)，造成“左耳進(jìn)、右耳出”的現(xiàn)象。為避免這種現(xiàn)象，我們針對(duì)《半導(dǎo)體材料與器件》這門課的教學(xué)方式特作改進(jìn)。以知識(shí)點(diǎn)串講的方式取代傳統(tǒng)的逐章逐節(jié)的講解模式，做到一半以上的時(shí)間用英語講解，對(duì)重點(diǎn)、難點(diǎn)分別用中、英文對(duì)譯；穿插師生互動(dòng)環(huán)節(jié)，課堂提問，鼓勵(lì)學(xué)生用英語作答，營(yíng)造雙語學(xué)習(xí)環(huán)境?？紤]到這門課的開設(shè)，設(shè)置在第6個(gè)學(xué)期，學(xué)生經(jīng)過近3年的大學(xué)英語學(xué)習(xí)，應(yīng)該具備一定的英文閱讀寫作能力，可以安排一些調(diào)研性內(nèi)容，以報(bào)告或小論文的形式體現(xiàn)。對(duì)于個(gè)章節(jié)中專業(yè)詞匯和專業(yè)術(shù)語，提前發(fā)放給學(xué)生自學(xué)，以減輕課堂負(fù)擔(dān)。根據(jù)循序漸進(jìn)的原則，講解的時(shí)間逐漸縮短，點(diǎn)到為止，啟發(fā)式教學(xué)。另外，還可以穿插一些最新的研究動(dòng)態(tài)，使學(xué)生對(duì)知識(shí)的應(yīng)用以及科學(xué)前沿有所了解，提高學(xué)習(xí)興趣，樹立科技知識(shí)不斷更新進(jìn)步的理念。

2.2 學(xué)生講授課程的探索

在吃透半導(dǎo)體材料與器件這門課的基礎(chǔ)上，精煉教學(xué)內(nèi)容，簡(jiǎn)化PPT課件，在保證不減少知識(shí)點(diǎn)的以及課程進(jìn)度的前提下，適當(dāng)添加一些學(xué)生講授課程的比例，激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)潛能，培養(yǎng)其知識(shí)獲取、內(nèi)化、表達(dá)的能力，內(nèi)容以課本知識(shí)點(diǎn)為主，形式上可以多樣化，如分組討論、隨機(jī)抽查、即興演講等；給學(xué)生表現(xiàn)自己才能的機(jī)會(huì)，營(yíng)造口語表達(dá)的環(huán)境，解決“開口難”的難題。條件許可的情況下，邀請(qǐng)外籍老師來聽課、指導(dǎo)工作?？紤]到學(xué)生之間的差異，針對(duì)英語基礎(chǔ)較差和化學(xué)背景比較薄弱的同學(xué)，可以單獨(dú)進(jìn)行輔導(dǎo)，開開“小灶”，做到因材施教。

3 考核方式的探索

加大平時(shí)分所占的比例?，F(xiàn)有的考核方式為（30%）平時(shí)分 + （70%）期末考試卷面分?jǐn)?shù)，這不利于公平評(píng)價(jià)學(xué)生雙語課的成績(jī)，因?yàn)槁?、說能力沒有得到體現(xiàn)。既然這樣，就應(yīng)該在平時(shí)的表現(xiàn)中體現(xiàn)出來，如，可以將平時(shí)分提高到40%，甚至50%，將學(xué)生平時(shí)在課堂上的聽、說、讀、寫等表現(xiàn)情況也納入平時(shí)分的考核中來，在雙語課程考核中，增加這么一條；當(dāng)然，平時(shí)分還應(yīng)包括出勤率、課堂表現(xiàn)、習(xí)題作業(yè)完成情況等，一并納入到平時(shí)分的考核中來，這樣的考核方式應(yīng)該更客觀、有效。對(duì)于平時(shí)的習(xí)題，任課老師要做到及時(shí)評(píng)閱，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，對(duì)錯(cuò)誤之處要進(jìn)行評(píng)述，習(xí)題必須用英語表述，包括老師對(duì)習(xí)題的評(píng)閱，也必須用英語，錯(cuò)誤之處要用英語糾正，起到示范作用。

4 考試題型多樣化，增加贈(zèng)分題

考試題型多樣化，除了常見的五大題型，即選擇題、填空題、名詞解釋、簡(jiǎn)答題、論述題，可以試探性的增加贈(zèng)分題。贈(zèng)分題應(yīng)該是一些難度較大的綜合題，以激勵(lì)那些優(yōu)秀的學(xué)生深入學(xué)習(xí)科技知識(shí)、施展才藝，同時(shí)拉開不同層次學(xué)生之間的距離，體現(xiàn)層次，進(jìn)一步充分做到優(yōu)生優(yōu)培，因材施教。

5 結(jié)論

雙語課的教學(xué)是一項(xiàng)巨大而漫長(zhǎng)的人才培養(yǎng)工程，要遵循漸進(jìn)的原則。本文就《半導(dǎo)體材料與器件》這門課的雙語教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題做出了討論，試探性的提出了新的雙語教學(xué)模式、優(yōu)質(zhì)課程建設(shè)以及評(píng)價(jià)方式的變革，以便更好地為社會(huì)需求培養(yǎng)高素質(zhì)人才。

【參考文獻(xiàn)】

半導(dǎo)體材料應(yīng)用范文第4篇

在大家的不懈努力下，有機(jī)半導(dǎo)體技術(shù)和材料都取得了很大的發(fā)展，這個(gè)學(xué)科集合了材料學(xué)、物理和化學(xué)等等很多學(xué)科，是一個(gè)交叉學(xué)科，半導(dǎo)體技術(shù)正在不斷發(fā)展，將來還會(huì)以更快的速度發(fā)展。一些專家認(rèn)為，有機(jī)半導(dǎo)體材料開發(fā)出的各種器件正在改變未來高科技的發(fā)展。

1 有機(jī)太陽電池

傳統(tǒng)的太陽電池是化合物薄膜太陽電池，而新型的太陽電池要采用新型的技術(shù)，有機(jī)太陽電池將作為一種新型產(chǎn)物擺在大家的面前，有機(jī)太陽電池的生產(chǎn)流程很簡(jiǎn)單，而且可以通過講解來減少對(duì)環(huán)境的污染，由于這些優(yōu)點(diǎn)符合當(dāng)代社會(huì)的需要，所以有機(jī)太陽電池越來越受到大家的關(guān)注。如此廉價(jià)的太陽電池會(huì)讓世界的能源發(fā)生巨大的改變。有機(jī)太陽電池比傳統(tǒng)的電池更薄，重量更輕，受光面積在不斷增加，所以可以大大提高光電的使用效率，在電腦等小型設(shè)備當(dāng)中可以當(dāng)作電源來用?？梢允褂糜袡C(jī)太陽電池作為OLED屏幕的電源，可以大大減少重量。雖然太陽電池很薄、很輕，也很有柔性，但是它的效率不高，而且壽命也比較短，通過研究，改變太陽電池的缺點(diǎn)，使得效率達(dá)到10%，壽命也可以超過5年。

2 有機(jī)半導(dǎo)體晶體管

有機(jī)半導(dǎo)體材料的晶體管是有機(jī)電子器件當(dāng)中很重要的一種器件，比如OFET。當(dāng)前OFET的技術(shù)主要有聚合物、小分子蒸發(fā)或者是小分子溶液鑄模等等。OFET的優(yōu)點(diǎn)是成本低、柔性大等等，有很好的發(fā)展前景。OFET的發(fā)展很迅速，無論是材料還是制備工藝方面都有了突破，它可以使OLED發(fā)光，形成邏輯電路，發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管以及單晶場(chǎng)效應(yīng)晶體管等等器件都已經(jīng)開發(fā)出來。世界各個(gè)國(guó)家都在研究有機(jī)半導(dǎo)體晶體管，2009年，日本的專家使用液相外延工藝生產(chǎn)了并五苯單晶，幾乎是沒有任何缺陷的，之后使用這種單晶制成了OFET，場(chǎng)效應(yīng)的遷移率可以得到0.6cm2/（V.s）。2010年法國(guó)研究人員研究出一種能夠模仿神經(jīng)元突觸功能的有機(jī)存儲(chǔ)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，有機(jī)半導(dǎo)體晶體管會(huì)有希望成為新一代集成電子器件。

3 OLED技術(shù)

與LCD技術(shù)比較，OLED不僅可以做到折疊和隨身攜帶，還具有更好的可適度、更好的圖像質(zhì)量以及更薄的顯示器?，F(xiàn)在OLED已經(jīng)開始應(yīng)用到手機(jī)、以及數(shù)碼相機(jī)等小型設(shè)備當(dāng)中。當(dāng)前在OLED顯示器開發(fā)的市場(chǎng)當(dāng)中占有很大優(yōu)勢(shì)的企業(yè)有三星、LG以及柯達(dá)等等。2010年初，三星展出了OLED筆記本電腦，還推出了帶有OLED平面的MP3播放器。預(yù)計(jì)未來五年智能手機(jī)會(huì)促使OLED顯示器呈現(xiàn)出快速發(fā)展的勢(shì)頭。隨著OLED技術(shù)的快速發(fā)展，未來很可能會(huì)應(yīng)用到顯示器、照明當(dāng)中。由于OLED的刷新速率很高，這使得視頻圖像更加逼真，還可以隨時(shí)進(jìn)行圖像的更新。未來的報(bào)紙也有可能成為OLED顯示器，能夠更新新聞，還能夠卷起來。有機(jī)半導(dǎo)體技術(shù)已經(jīng)在很多領(lǐng)域都占有自己的重要位置，很多企業(yè)已經(jīng)開始開發(fā)半導(dǎo)體技術(shù)的產(chǎn)品。使用OLED技術(shù)的玻璃窗在電源關(guān)閉的時(shí)候和普通的玻璃沒區(qū)別，但是在接通電源之后就會(huì)變成顯示器。使用OLED技術(shù)的汽車擋風(fēng)玻璃也不僅僅是擋風(fēng)，還能夠提供其它的幫助。

有機(jī)半導(dǎo)體材料作為一種新型材料，經(jīng)過不斷開發(fā)和研究，已經(jīng)進(jìn)入商品化的階段，并且會(huì)有很好的發(fā)展。有機(jī)半導(dǎo)體器件成本低，操作流程簡(jiǎn)單，而且功耗小，這是很多無機(jī)半導(dǎo)體器件沒有的特點(diǎn)，所以有機(jī)半導(dǎo)體器件有很大的發(fā)展。但是有機(jī)半導(dǎo)體器件在壽命已經(jīng)性能方面還需要改進(jìn)。喲及半導(dǎo)體器件的速度比較慢，這使得它取代傳統(tǒng)的半導(dǎo)體的可能性不大，所以在這方面需要解決，但是有機(jī)半導(dǎo)體更加經(jīng)濟(jì)，成本更低，值得推廣。

參考文獻(xiàn)

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半導(dǎo)體材料應(yīng)用范文第5篇

關(guān)鍵詞半導(dǎo)體材料量子線量子點(diǎn)材料光子晶體

1半導(dǎo)體材料的戰(zhàn)略地位

上世紀(jì)中葉，單晶硅和半導(dǎo)體晶體管的發(fā)明及其硅集成電路的研制成功，導(dǎo)致了電子工業(yè)革命；上世紀(jì)70年代初石英光導(dǎo)纖維材料和GaAs激光器的發(fā)明，促進(jìn)了光纖通信技術(shù)迅速發(fā)展并逐步形成了高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，使人類進(jìn)入了信息時(shí)代。超晶格概念的提出及其半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設(shè)計(jì)思想，使半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)與制造從“雜質(zhì)工程”發(fā)展到“能帶工程”。納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控制、操縱和制造功能強(qiáng)大的新型器件與電路，必將深刻地影響著世界的政治、經(jīng)濟(jì)格局和軍事對(duì)抗的形式，徹底改變?nèi)藗兊纳罘绞健?/p>

2幾種主要半導(dǎo)體材料的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

2.1硅材料

從提高硅集成電路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）單晶的直徑和減小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si發(fā)展的總趨勢(shì)。目前直徑為8英寸（200mm）的Si單晶已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，基于直徑為12英寸（300mm）硅片的集成電路（IC‘s）技術(shù)正處在由實(shí)驗(yàn)室向工業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)變中。目前300mm，0.18μm工藝的硅ULSI生產(chǎn)線已經(jīng)投入生產(chǎn)，300mm，0.13μm工藝生產(chǎn)線也將在2003年完成評(píng)估。18英寸重達(dá)414公斤的硅單晶和18英寸的硅園片已在實(shí)驗(yàn)室研制成功，直徑27英寸硅單晶研制也正在積極籌劃中。

從進(jìn)一步提高硅IC‘S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大直徑硅外延片會(huì)成為硅材料發(fā)展的主流。另外，SOI材料，包括智能剝離（Smartcut）和SIMOX材料等也發(fā)展很快。目前，直徑8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在開發(fā)中。

理論分析指出30nm左右將是硅MOS集成電路線寬的“極限”尺寸。這不僅是指量子尺寸效應(yīng)對(duì)現(xiàn)有器件特性影響所帶來的物理限制和光刻技術(shù)的限制問題，更重要的是將受硅、SiO2自身性質(zhì)的限制。盡管人們正在積極尋找高K介電絕緣材料（如用Si3N4等來替代SiO2），低K介電互連材料，用Cu代替Al引線以及采用系統(tǒng)集成芯片技術(shù)等來提高ULSI的集成度、運(yùn)算速度和功能，但硅將最終難以滿足人類不斷的對(duì)更大信息量需求。為此，人們除尋求基于全新原理的量子計(jì)算和DNA生物計(jì)算等之外，還把目光放在以GaAs、InP為基的化合物半導(dǎo)體材料，特別是二維超晶格、量子阱，一維量子線與零維量子點(diǎn)材料和可與硅平面工藝兼容GeSi合金材料等，這也是目前半導(dǎo)體材料研發(fā)的重點(diǎn)。

2.2GaAs和InP單晶材料

GaAs和InP與硅不同，它們都是直接帶隙材料，具有電子飽和漂移速度高，耐高溫，抗輻照等特點(diǎn)；在超高速、超高頻、低功耗、低噪音器件和電路，特別在光電子器件和光電集成方面占有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

目前，世界GaAs單晶的總年產(chǎn)量已超過200噸，其中以低位錯(cuò)密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生長(zhǎng)的2－3英寸的導(dǎo)電GaAs襯底材料為主；近年來，為滿足高速移動(dòng)通信的迫切需求，大直徑（4，6和8英寸）的SI－GaAs發(fā)展很快。美國(guó)莫托羅拉公司正在籌建6英寸的SI－GaAs集成電路生產(chǎn)線。InP具有比GaAs更優(yōu)越的高頻性能，發(fā)展的速度更快，但研制直徑3英寸以上大直徑的InP單晶的關(guān)鍵技術(shù)尚未完全突破，價(jià)格居高不下。

GaAs和InP單晶的發(fā)展趨勢(shì)是：

（1）。增大晶體直徑，目前4英寸的SI－GaAs已用于生產(chǎn)，預(yù)計(jì)本世紀(jì)初的頭幾年直徑為6英寸的SI－GaAs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）。GaAs和InP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)。

2.3半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料

半導(dǎo)體超薄層微結(jié)構(gòu)材料是基于先進(jìn)生長(zhǎng)技術(shù)（MBE，MOCVD）的新一代人工構(gòu)造材料。它以全新的概念改變著光電子和微電子器件的設(shè)計(jì)思想，出現(xiàn)了“電學(xué)和光學(xué)特性可剪裁”為特征的新范疇，是新一代固態(tài)量子器件的基礎(chǔ)材料。

（1）Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料。

GaAIAs／GaAs，GaInAs／GaAs，AIGaInP／GaAs；GalnAs／InP，AlInAs／InP，InGaAsP／InP等GaAs、InP基晶格匹配和應(yīng)變補(bǔ)償材料體系已發(fā)展得相當(dāng)成熟，已成功地用來制造超高速，超高頻微電子器件和單片集成電路。高電子遷移率晶體管（HEMT），贗配高電子遷移率晶體管（P－HEMT）器件最好水平已達(dá)fmax=600GHz，輸出功率58mW，功率增益6.4db；雙異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HBT）的最高頻率fmax也已高達(dá)500GHz，HEMT邏輯電路研制也發(fā)展很快?；谏鲜霾牧象w系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探測(cè)器，紅、黃、橙光發(fā)光二極管和紅光激光器以及大功率半導(dǎo)體量子阱激光器已商品化；表面光發(fā)射器件和光雙穩(wěn)器件等也已達(dá)到或接近達(dá)到實(shí)用化水平。目前，研制高質(zhì)量的1.5μm分布反饋（DFB）激光器和電吸收（EA）調(diào)制器單片集成InP基多量子阱材料和超高速驅(qū)動(dòng)電路所需的低維結(jié)構(gòu)材料是解決光纖通信瓶頸問題的關(guān)鍵，在實(shí)驗(yàn)室西門子公司已完成了80×40Gbps傳輸40km的實(shí)驗(yàn)。另外，用于制造準(zhǔn)連續(xù)兆瓦級(jí)大功率激光陣列的高質(zhì)量量子阱材料也受到人們的重視。

雖然常規(guī)量子阱結(jié)構(gòu)端面發(fā)射激光器是目前光電子領(lǐng)域占統(tǒng)治地位的有源器件，但由于其有源區(qū)極薄（～0.01μm）端面光電災(zāi)變損傷，大電流電熱燒毀和光束質(zhì)量差一直是此類激光器的性能改善和功率提高的難題。采用多有源區(qū)量子級(jí)聯(lián)耦合是解決此難題的有效途徑之一。我國(guó)早在1999年，就研制成功980nmInGaAs帶間量子級(jí)聯(lián)激光器，輸出功率達(dá)5W以上；2000年初，法國(guó)湯姆遜公司又報(bào)道了單個(gè)激光器準(zhǔn)連續(xù)輸出功率超過10瓦好結(jié)果。最近，我國(guó)的科研工作者又提出并開展了多有源區(qū)縱向光耦合垂直腔面發(fā)射激光器研究，這是一種具有高增益、極低閾值、高功率和高光束質(zhì)量的新型激光器，在未來光通信、光互聯(lián)與光電信息處理方面有著良好的應(yīng)用前景。

為克服PN結(jié)半導(dǎo)體激光器的能隙對(duì)激光器波長(zhǎng)范圍的限制，1994年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了基于量子阱內(nèi)子帶躍遷和阱間共振隧穿的量子級(jí)聯(lián)激光器，突破了半導(dǎo)體能隙對(duì)波長(zhǎng)的限制。自從1994年InGaAs／InAIAs／InP量子級(jí)聯(lián)激光器（QCLs）發(fā)明以來，Bell實(shí)驗(yàn)室等的科學(xué)家，在過去的7年多的時(shí)間里，QCLs在向大功率、高溫和單膜工作等研究方面取得了顯著的進(jìn)展。2001年瑞士Neuchatel大學(xué)的科學(xué)家采用雙聲子共振和三量子阱有源區(qū)結(jié)構(gòu)使波長(zhǎng)為9.1μm的QCLs的工作溫度高達(dá)312K，連續(xù)輸出功率3mW.量子級(jí)聯(lián)激光器的工作波長(zhǎng)已覆蓋近紅外到遠(yuǎn)紅外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光譜、超高靈敏氣體傳感器、高速調(diào)制器和無線光學(xué)連接等方面顯示出重要的應(yīng)用前景。中科院上海微系統(tǒng)和信息技術(shù)研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子級(jí)聯(lián)激光器；中科院半導(dǎo)體研究所于2000年又研制成功3.7μm室溫準(zhǔn)連續(xù)應(yīng)變補(bǔ)償量子級(jí)聯(lián)激光器，使我國(guó)成為能研制這類高質(zhì)量激光器材料為數(shù)不多的幾個(gè)國(guó)家之一。

目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作為超薄層微結(jié)構(gòu)材料發(fā)展的主流方向，正從直徑3英寸向4英寸過渡；生產(chǎn)型的MBE和M0CVD設(shè)備已研制成功并投入使用，每臺(tái)年生產(chǎn)能力可高達(dá)3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英國(guó)卡迪夫的MOCVD中心，法國(guó)的PicogigaMBE基地，美國(guó)的QED公司，Motorola公司，日本的富士通，NTT，索尼等都有這種外延材料出售。生產(chǎn)型MBE和MOCVD設(shè)備的成熟與應(yīng)用，必然促進(jìn)襯底材料設(shè)備和材料評(píng)價(jià)技術(shù)的發(fā)展。

（2）硅基應(yīng)變異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。

硅基光、電器件集成一直是人們所追求的目標(biāo)。但由于硅是間接帶隙，如何提高硅基材料發(fā)光效率就成為一個(gè)亟待解決的問題。雖經(jīng)多年研究，但進(jìn)展緩慢。人們目前正致力于探索硅基納米材料（納米Si／SiO2），硅基SiGeC體系的Si1－yCy/Si1－xGex低維結(jié)構(gòu)，Ge／Si量子點(diǎn)和量子點(diǎn)超晶格材料，Si／SiC量子點(diǎn)材料，GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED發(fā)光器件和有關(guān)納米硅的受激放大現(xiàn)象的報(bào)道，使人們看到了一線希望。

另一方面，GeSi／Si應(yīng)變層超晶格材料，因其在新一代移動(dòng)通信上的重要應(yīng)用前景，而成為目前硅基材料研究的主流。Si/GeSiMODFET和MOSFET的最高截止頻率已達(dá)200GHz，HBT最高振蕩頻率為160GHz，噪音在10GHz下為0.9db，其性能可與GaAs器件相媲美。

盡管GaAs／Si和InP／Si是實(shí)現(xiàn)光電子集成理想的材料體系，但由于晶格失配和熱膨脹系數(shù)等不同造成的高密度失配位錯(cuò)而導(dǎo)致器件性能退化和失效，防礙著它的使用化。最近，Motolora等公司宣稱，他們?cè)?2英寸的硅襯底上，用鈦酸鍶作協(xié)變層（柔性層），成功的生長(zhǎng)了器件級(jí)的GaAs外延薄膜，取得了突破性的進(jìn)展。

2.4一維量子線、零維量子點(diǎn)半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料

基于量子尺寸效應(yīng)、量子干涉效應(yīng)，量子隧穿效應(yīng)和庫侖阻效應(yīng)以及非線性光學(xué)效應(yīng)等的低維半導(dǎo)體材料是一種人工構(gòu)造（通過能帶工程實(shí)施）的新型半導(dǎo)體材料，是新一代微電子、光電子器件和電路的基礎(chǔ)。它的發(fā)展與應(yīng)用，極有可能觸發(fā)新的技術(shù)革命。

目前低維半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)與制備主要集中在幾個(gè)比較成熟的材料體系上，如GaAlAs／GaAs，In（Ga）As／GaAs，InGaAs／InAlAs／GaAs，InGaAs／InP，In（Ga）As／InAlAs／InP，InGaAsP／InAlAs／InP以及GeSi／Si等，并在納米微電子和光電子研制方面取得了重大進(jìn)展。俄羅斯約飛技術(shù)物理所MBE小組，柏林的俄德聯(lián)合研制小組和中科院半導(dǎo)體所半導(dǎo)體材料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的MBE小組等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子點(diǎn)激光器，工作波長(zhǎng)lμm左右，單管室溫連續(xù)輸出功率高達(dá)3.6～4W.特別應(yīng)當(dāng)指出的是我國(guó)上述的MBE小組，2001年通過在高功率量子點(diǎn)激光器的有源區(qū)材料結(jié)構(gòu)中引入應(yīng)力緩解層，抑制了缺陷和位錯(cuò)的產(chǎn)生，提高了量子點(diǎn)激光器的工作壽命，室溫下連續(xù)輸出功率為1W時(shí)工作壽命超過5000小時(shí)，這是大功率激光器的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，至今未見國(guó)外報(bào)道。

在單電子晶體管和單電子存貯器及其電路的研制方面也獲得了重大進(jìn)展，1994年日本NTT就研制成功溝道長(zhǎng)度為30nm納米單電子晶體管，并在150K觀察到柵控源－漏電流振蕩；1997年美國(guó)又報(bào)道了可在室溫工作的單電子開關(guān)器件，1998年Yauo等人采用0.25微米工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)了128Mb的單電子存貯器原型樣機(jī)的制造，這是在單電子器件在高密度存貯電路的應(yīng)用方面邁出的關(guān)鍵一步。目前，基于量子點(diǎn)的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)，單光子源和應(yīng)用于量子計(jì)算的量子比特的構(gòu)建等方面的研究也正在進(jìn)行中。

與半導(dǎo)體超晶格和量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)制備相比，高度有序的半導(dǎo)體量子線的制備技術(shù)難度較大。中科院半導(dǎo)體所半導(dǎo)體材料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的MBE小組，在繼利用MBE技術(shù)和SK生長(zhǎng)模式，成功地制備了高空間有序的InAs／InAI（Ga）As／InP的量子線和量子線超晶格結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)InAs／InAlAs量子線超晶格的空間自對(duì)準(zhǔn)（垂直或斜對(duì)準(zhǔn)）的物理起因和生長(zhǎng)控制進(jìn)行了研究，取得了較大進(jìn)展。

王中林教授領(lǐng)導(dǎo)的喬治亞理工大學(xué)的材料科學(xué)與工程系和化學(xué)與生物化學(xué)系的研究小組，基于無催化劑、控制生長(zhǎng)條件的氧化物粉末的熱蒸發(fā)技術(shù)，成功地合成了諸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半導(dǎo)體氧化物納米帶，它們與具有圓柱對(duì)稱截面的中空納米管或納米線不同，這些原生的納米帶呈現(xiàn)出高純、結(jié)構(gòu)均勻和單晶體，幾乎無缺陷和位錯(cuò)；納米線呈矩形截面，典型的寬度為20－300nm，寬厚比為5－10，長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)毫米。這種半導(dǎo)體氧化物納米帶是一個(gè)理想的材料體系，可以用來研究載流子維度受限的輸運(yùn)現(xiàn)象和基于它的功能器件制造。香港城市大學(xué)李述湯教授和瑞典隆德大學(xué)固體物理系納米中心的LarsSamuelson教授領(lǐng)導(dǎo)的小組，分別在SiO2／Si和InAs／InP半導(dǎo)體量子線超晶格結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)制各方面也取得了重要進(jìn)展。

低維半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制備的方法很多，主要有：微結(jié)構(gòu)材料生長(zhǎng)和精細(xì)加工工藝相結(jié)合的方法，應(yīng)變自組裝量子線、量子點(diǎn)材料生長(zhǎng)技術(shù)，圖形化襯底和不同取向晶面選擇生長(zhǎng)技術(shù)，單原子操縱和加工技術(shù)，納米結(jié)構(gòu)的輻照制備技術(shù)，及其在沸石的籠子中、納米碳管和溶液中等通過物理或化學(xué)方法制備量子點(diǎn)和量子線的技術(shù)等。目前發(fā)展的主要趨勢(shì)是尋找原子級(jí)無損傷加工方法和納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)變自組裝可控生長(zhǎng)技術(shù)，以求獲得大小、形狀均勻、密度可控的無缺陷納米結(jié)構(gòu)。

2.5寬帶隙半導(dǎo)體材料

寬帶隙半導(dǎo)體材主要指的是金剛石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶體等，特別是SiC、GaN和金剛石薄膜等材料，因具有高熱導(dǎo)率、高電子飽和漂移速度和大臨界擊穿電壓等特點(diǎn)，成為研制高頻大功率、耐高溫、抗輻照半導(dǎo)體微電子器件和電路的理想材料；在通信、汽車、航空、航天、石油開采以及國(guó)防等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。另外，III族氮化物也是很好的光電子材料，在藍(lán)、綠光發(fā)光二極管（LED）和紫、藍(lán)、綠光激光器（LD）以及紫外探測(cè)器等應(yīng)用方面也顯示了廣泛的應(yīng)用前景。隨著1993年GaN材料的P型摻雜突破，GaN基材料成為藍(lán)綠光發(fā)光材料的研究熱點(diǎn)。目前，GaN基藍(lán)綠光發(fā)光二極管己商品化，GaN基LD也有商品出售，最大輸出功率為0.5W.在微電子器件研制方面，GaN基FET的最高工作頻率（fmax）已達(dá)140GHz，fT=67GHz，跨導(dǎo)為260ms／mm；HEMT器件也相繼問世，發(fā)展很快。此外，256×256GaN基紫外光電焦平面陣列探測(cè)器也已研制成功。特別值得提出的是，日本Sumitomo電子工業(yè)有限公司2000年宣稱，他們采用熱力學(xué)方法已研制成功2英寸GaN單晶材料，這將有力的推動(dòng)藍(lán)光激光器和GaN基電子器件的發(fā)展。另外，近年來具有反常帶隙彎曲的窄禁帶InAsN，InGaAsN，GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重視，這是因?yàn)樗鼈冊(cè)陂L(zhǎng)波長(zhǎng)光通信用高T0光源和太陽能電池等方面顯示了重要應(yīng)用前景。

以Cree公司為代表的體SiC單晶的研制已取得突破性進(jìn)展，2英寸的4H和6HSiC單晶與外延片，以及3英寸的4HSiC單晶己有商品出售；以SiC為GaN基材料襯低的藍(lán)綠光LED業(yè)已上市，并參于與以藍(lán)寶石為襯低的GaN基發(fā)光器件的竟?fàn)?。其他SiC相關(guān)高溫器件的研制也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。目前存在的主要問題是材料中的缺陷密度高，且價(jià)格昂貴。

II－VI族蘭綠光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美國(guó)3M公司成功地解決了II－VI族的P型摻雜難點(diǎn)而得到迅速發(fā)展。1991年3M公司利用MBE技術(shù)率先宣布了電注入（Zn，Cd）Se／ZnSe蘭光激光器在77K（495nm）脈沖輸出功率100mW的消息，開始了II－VI族蘭綠光半導(dǎo)體激光（材料）器件研制的。經(jīng)過多年的努力，目前ZnSe基II－VI族蘭綠光激光器的壽命雖已超過1000小時(shí)，但離使用差距尚大，加之GaN基材料的迅速發(fā)展和應(yīng)用，使II－VI族蘭綠光材料研制步伐有所變緩。提高有源區(qū)材料的完整性，特別是要降低由非化學(xué)配比導(dǎo)致的點(diǎn)缺陷密度和進(jìn)一步降低失配位錯(cuò)和解決歐姆接觸等問題，仍是該材料體系走向?qū)嵱没氨仨氁鉀Q的問題。

寬帶隙半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料往往也是典型的大失配異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，所謂大失配

異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料是指晶格常數(shù)、熱膨脹系數(shù)或晶體的對(duì)稱性等物理參數(shù)有較大差異的材料體系，如GaN／藍(lán)寶石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引發(fā)界面處大量位錯(cuò)和缺陷的產(chǎn)生，極大地影響著微結(jié)構(gòu)材料的光電性能及其器件應(yīng)用。如何避免和消除這一負(fù)面影響，是目前材料制備中的一個(gè)迫切要解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。這個(gè)問題的解泱，必將大大地拓寬材料的可選擇余地，開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域。

目前，除SiC單晶襯低材料，GaN基藍(lán)光LED材料和器件已有商品出售外，大多數(shù)高溫半導(dǎo)體材料仍處在實(shí)驗(yàn)室研制階段，不少影響這類材料發(fā)展的關(guān)鍵問題，如GaN襯底，ZnO單晶簿膜制備，P型摻雜和歐姆電極接觸，單晶金剛石薄膜生長(zhǎng)與N型摻雜，II－VI族材料的退化機(jī)理等仍是制約這些材料實(shí)用化的關(guān)鍵問題，國(guó)內(nèi)外雖已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。

3光子晶體

光子晶體是一種人工微結(jié)構(gòu)材料，介電常數(shù)周期的被調(diào)制在與工作波長(zhǎng)相比擬的尺度，來自結(jié)構(gòu)單元的散射波的多重干涉形成一個(gè)光子帶隙，與半導(dǎo)體材料的電子能隙相似，并可用類似于固態(tài)晶體中的能帶論來描述三維周期介電結(jié)構(gòu)中光波的傳播，相應(yīng)光子晶體光帶隙（禁帶）能量的光波模式在其中的傳播是被禁止的。如果光子晶體的周期性被破壞，那么在禁帶中也會(huì)引入所謂的“施主”和“受主”模，光子態(tài)密度隨光子晶體維度降低而量子化。如三維受限的“受主”摻雜的光子晶體有希望制成非常高Q值的單模微腔，從而為研制高質(zhì)量微腔激光器開辟新的途徑。光子晶體的制備方法主要有：聚焦離子束（FIB）結(jié)合脈沖激光蒸發(fā)方法，即先用脈沖激光蒸發(fā)制備如Ag/MnO多層膜，再用FIB注入隔離形成一維或二維平面陣列光子晶體；基于功能粒子（磁性納米顆粒Fe2O3，發(fā)光納米顆粒CdS和介電納米顆粒TiO2）和共軛高分子的自組裝方法，可形成適用于可光范圍的三維納米顆粒光子晶體；二維多空硅也可制作成一個(gè)理想的3－5μm和1.5μm光子帶隙材料等。目前，二維光子晶體制造已取得很大進(jìn)展，但三維光子晶體的研究，仍是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的課題。最近，Campbell等人提出了全息光柵光刻的方法來制造三維光子晶體，取得了進(jìn)展。

4量子比特構(gòu)建與材料

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)芯片集成度不斷增高，器件尺寸越來越?。╪m尺度）并最終將受到器件工作原理和工藝技術(shù)限制，而無法滿足人類對(duì)更大信息量的需求。為此，發(fā)展基于全新原理和結(jié)構(gòu)的功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)是21世紀(jì)人類面臨的巨大挑戰(zhàn)之一。1994年Shor基于量子態(tài)疊加性提出的量子并行算法并證明可輕而易舉地破譯目前廣泛使用的公開密鑰Rivest，Shamir和Adlman（RSA）體系，引起了人們的廣泛重視。

所謂量子計(jì)算機(jī)是應(yīng)用量子力學(xué)原理進(jìn)行計(jì)的裝置，理論上講它比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)有更快的運(yùn)算速度，更大信息傳遞量和更高信息安全保障，有可能超越目前計(jì)算機(jī)理想極限。實(shí)現(xiàn)量子比特構(gòu)造和量子計(jì)算機(jī)的設(shè)想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一個(gè)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子計(jì)算的方案。其核心是利用硅納米電子器件中磷施主核自旋進(jìn)行信息編碼，通過外加電場(chǎng)控制核自旋間相互作用實(shí)現(xiàn)其邏輯運(yùn)算，自旋測(cè)量是由自旋極化電子電流來完成，計(jì)算機(jī)要工作在mK的低溫下。

這種量子計(jì)算機(jī)的最終實(shí)現(xiàn)依賴于與硅平面工藝兼容的硅納米電子技術(shù)的發(fā)展。除此之外，為了避免雜質(zhì)對(duì)磷核自旋的干擾，必需使用高純（無雜質(zhì)）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅單晶；減小SiO2絕緣層的無序漲落以及如何在硅里摻入規(guī)則的磷原子陣列等是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的關(guān)鍵。量子態(tài)在傳輸，處理和存儲(chǔ)過程中可能因環(huán)境的耦合（干擾），而從量子疊加態(tài)演化成經(jīng)典的混合態(tài)，即所謂失去相干，特別是在大規(guī)模計(jì)算中能否始終保持量子態(tài)間的相干是量子計(jì)算機(jī)走向?qū)嵱没八匦杩朔碾y題。

5發(fā)展我國(guó)半導(dǎo)體材料的幾點(diǎn)建議

鑒于我國(guó)目前的工業(yè)基礎(chǔ)，國(guó)力和半導(dǎo)體材料的發(fā)展水平，提出以下發(fā)展建議供參考。

5.1硅單晶和外延材料硅材料作為微電子技術(shù)的主導(dǎo)地位

至少到本世紀(jì)中葉都不會(huì)改變，至今國(guó)內(nèi)各大集成電路制造廠家所需的硅片基本上是依賴進(jìn)口。目前國(guó)內(nèi)雖已可拉制8英寸的硅單晶和小批量生產(chǎn)6英寸的硅外延片，然而都未形成穩(wěn)定的批量生產(chǎn)能力，更談不上規(guī)模生產(chǎn)。建議國(guó)家集中人力和財(cái)力，首先開展8英寸硅單晶實(shí)用化和6英寸硅外延片研究開發(fā)，在“十五”的后期，爭(zhēng)取做到8英寸集成電路生產(chǎn)線用硅單晶材料的國(guó)產(chǎn)化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我國(guó)應(yīng)有8～12英寸硅單晶、片材和8英寸硅外延片的規(guī)模生產(chǎn)能力；更大直徑的硅單晶、片材和外延片也應(yīng)及時(shí)布點(diǎn)研制。另外，硅多晶材料生產(chǎn)基地及其相配套的高純石英、氣體和化學(xué)試劑等也必需同時(shí)給以重視，只有這樣，才能逐步改觀我國(guó)微電子技術(shù)的落后局面，進(jìn)入世界發(fā)達(dá)國(guó)家之林。超級(jí)秘書網(wǎng)

5.2GaAs及其有關(guān)化合物半導(dǎo)體單晶材料發(fā)展建議

GaAs、InP等單晶材料同國(guó)外的差距主要表現(xiàn)在拉晶和晶片加工設(shè)備落后，沒有形成生產(chǎn)能力。相信在國(guó)家各部委的統(tǒng)一組織、領(lǐng)導(dǎo)下，并爭(zhēng)取企業(yè)介入，建立我國(guó)自己的研究、開發(fā)和生產(chǎn)聯(lián)合體，取各家之長(zhǎng)，分工協(xié)作，到2010年趕上世界先進(jìn)水平是可能的。要達(dá)到上述目的，到“十五”末應(yīng)形成以4英寸單晶為主2－3噸／年的SI－GaAs和3－5噸／年摻雜GaAs、InP單晶和開盒就用晶片的生產(chǎn)能力，以滿足我國(guó)不斷發(fā)展的微電子和光電子工業(yè)的需術(shù)。到2010年，應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)4英寸GaAs生產(chǎn)線的國(guó)產(chǎn)化，并具有滿足6英寸線的供片能力。

5.3發(fā)展超晶格、量子阱和一維、零維半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料的建議

（1）超晶格、量子阱材料從目前我國(guó)國(guó)力和我們已有的基礎(chǔ)出發(fā)，應(yīng)以三基色（超高亮度紅、綠和藍(lán)光）材料和光通信材料為主攻方向，并兼顧新一代微電子器件和電路的需求，加強(qiáng)MBE和MOCVD兩個(gè)基地的建設(shè)，引進(jìn)必要的適合批量生產(chǎn)的工業(yè)型MBE和MOCVD設(shè)備并著重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP，GaN基藍(lán)綠光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料體系的實(shí)用化研究是當(dāng)務(wù)之急，爭(zhēng)取在“十五”末，能滿足國(guó)內(nèi)2、3和4英寸GaAs生產(chǎn)線所需要的異質(zhì)結(jié)材料。到2010年，每年能具備至少100萬平方英寸MBE和MOCVD微電子和光電子微結(jié)構(gòu)材料的生產(chǎn)能力。達(dá)到本世紀(jì)初的國(guó)際水平。

寬帶隙高溫半導(dǎo)體材料如SiC，GaN基微電子材料和單晶金剛石薄膜以及ZnO等材料也應(yīng)擇優(yōu)布點(diǎn)，分別做好研究與開發(fā)工作。

（2）一維和零維半導(dǎo)體材料的發(fā)展設(shè)想?；诘途S半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料的固態(tài)納米量子器件，目前雖然仍處在預(yù)研階段，但極其重要，極有可能觸發(fā)微電子、光電子技術(shù)新的革命。低維量子器件的制造依賴于低維結(jié)構(gòu)材料生長(zhǎng)和納米加工技術(shù)的進(jìn)步，而納米結(jié)構(gòu)材料的質(zhì)量又很大程度上取決于生長(zhǎng)和制備技術(shù)的水平。因而，集中人力、物力建設(shè)我國(guó)自己的納米科學(xué)與技術(shù)研究發(fā)展中心就成為了成敗的關(guān)鍵。具體目標(biāo)是，“十五”末，在半導(dǎo)體量子線、量子點(diǎn)材料制備，量子器件研制和系統(tǒng)集成等若干個(gè)重要研究方向接近當(dāng)時(shí)的國(guó)際先進(jìn)水平；2010年在有實(shí)用化前景的量子點(diǎn)激光器，量子共振隧穿器件和單電子器件及其集成等研發(fā)方面，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，并在國(guó)際該領(lǐng)域占有一席之地?？梢灶A(yù)料，它的實(shí)施必將極大地增強(qiáng)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)和國(guó)防實(shí)力。