半導(dǎo)體材料研究的新進(jìn)展

1、半導(dǎo)體材料研宄的新進(jìn)展摘要本文重點(diǎn)對半導(dǎo)體硅材料，gaas和inp單晶材料， 半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料，一維量子線、零維量子點(diǎn)半 導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料，寬帶隙半導(dǎo)體材料，光子晶體材料，量 子比特構(gòu)建與材料等目前達(dá)到的水平和器件應(yīng)用概況及其 發(fā)展趨勢作了概述。最后，提出了發(fā)展我國半導(dǎo)體材料的 建議。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

2、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 事對抗的形式，徹底改變?nèi)藗兊纳罘绞健?幾種主要半導(dǎo)體材料的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢硅材料從提高硅集成電路成品率，降低成本看，增大直拉硅 （c z-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。目前直徑為8英寸（2mm）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（300m m）硅 片的集成電路（i

3、c 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，pm工藝的硅uls i生產(chǎn)線己經(jīng)投入生 產(chǎn)，300mm, um工藝生產(chǎn)線也將在xx年完成評估。18英 寸重達(dá)414公斤的硅單晶和18英寸的硅園片己在實(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 （smart cut）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m0s集成電路線寬

4、的 “極限”尺寸。這不僅是指量子尺寸效應(yīng)對現(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、s i02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si02）,低k介電 互連材料，用cu代替a1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g aas、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

5、導(dǎo)體材料 研發(fā)的重點(diǎn)。gaas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，抗福照等特點(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。目前，世界gaas單晶的總年產(chǎn)量已超過20 0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。美國莫托羅拉公司正在籌建6英寸 的si-ga as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

6、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)展趨勢是：（1）。增大晶體直徑，目前4英寸的si-gaas己用于 生產(chǎn)，預(yù)計(jì)本世紀(jì)初的頭幾年直徑為6英寸的sigaas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in p單晶的vgf生長技術(shù)發(fā)展很快，很 有可能成為主流技術(shù)。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)生長技術(shù)(mbe， mocv d)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

7、 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一v族超晶格、量子阱材料。gaai as / gaas, ga inas/gaas，aigalnp / ga as; galnas / inp, alinas / inp, ingaa sp / inp 等 gaa s、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 )器件最好水平己達(dá)f max=600ghz ,輸出功率 58mw,功率增益；雙異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(hbt)的最高頻率 f

8、max也已高達(dá)500ghz, h emt邏輯電路研制也發(fā)展很快?；谏鲜霾牧象w系的光通信用pm和pm的量子阱激光器和 探測器，紅、黃、橙光發(fā)光二極管和紅光激光器以及大功率半導(dǎo)體量子阱激光器己商品化；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ym分布反饋（dfb）激光器和電吸收（ea ）調(diào)制器 單片集成in p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 門子公司己完成了 80x40gb ps傳輸40km的實(shí)驗(yàn)。另外， 用于制造準(zhǔn)連續(xù)兆瓦級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

9、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?。▂m ） 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) 量子級聯(lián)耦合是解決此難題的有效途徑之一。我國早在 1999年，就研制成功980n mlngaas帶間量子級聯(lián)激光器， 輸出功率達(dá)5w以上；200 0年初，法國湯姆遜公司又報(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

10、應(yīng)用前景。為克服pn結(jié)半導(dǎo)體激光器的能隙對激光器波長范圍的 限制，1994年美國貝爾實(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聯(lián)激光器，突破了半導(dǎo)體能隙 對波長的限制。自從1994年ing aas / inaias / inp量子 級聯(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，qcl s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。xx年瑞士 neuchat el 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 長為pm的qcls的工作溫度高達(dá)312k,連續(xù)輸出功率3mw. 量子級聯(lián)激光器的工作波長己覆蓋近紅外到遠(yuǎn)紅外波段（3 -

11、87um）,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199 9年研 制成功120k 5um和250k8 u m的量子級聯(lián)激光器；中科院 半導(dǎo)體研宄所于2（x）0年又研制成功pm室溫準(zhǔn)連續(xù)應(yīng)變補(bǔ) 償量子級聯(lián)激光器，使我國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)國家之一。目前，iii一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moc vd設(shè)備己研制成功并投入使用，每臺年 生產(chǎn)能力可高達(dá)x 104片4英寸或x 104片6英寸。英國卡 迪

12、夫的m 0cvd中心，法國的picogigamb e基地，美國的 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mocv d設(shè)備的成熟與pc o應(yīng)用，必然促進(jìn)襯底材料設(shè)備和材料評價(jià)技術(shù)的發(fā) （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)多年研宄，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 / si 02），硅基sige c體系的sil-yc y/sil-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

13、子點(diǎn)材料，gan/bp/si以 及gan/si材料。最近，在g an/si上成功地研制出le：d 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/s i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宄 的主流。si/ges imodfet和mo sfet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， 其性能可與gaas器件相媲美。盡管gaa s/si和inp/s i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

14、礙著它的使 用化。最近，mo tolora等公司宣稱，他們在12英寸的硅 襯底上，用鈦酸鍶作協(xié)變層（柔性層），成功的生長了器件 級的gaas外延薄膜，取得了突破性的進(jìn)展。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)體材料生長與制備主要集中在幾個(gè)比較 成熟的材料體系上，如gaa las / gaas，i n (ga) as / ga as, ingaas / i

15、nalas / gaa s, ingaas / i np, in (ga) a s / inalas / i np, ingaasp / inalas / in p 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lpm左右，單管室溫連續(xù)輸出功率高達(dá)4w.特 別應(yīng)當(dāng)指出的是我國上述的mbe小組，xx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)

16、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就研制成功溝道長度 為30nm納米單電子晶體管，并在150k觀察到柵控源一漏 電流振蕩；19 97年美國又報(bào)道了可在室溫工作的單電子開 關(guān)器件，1998年y auo等人采用微米工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)了 128m b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

17、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inas / in alas量子線超晶格的空間自對準(zhǔn)(垂直或斜對 準(zhǔn))的物理起因和生長控制進(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、sn0

18、2、in203和ga 203等一系列半導(dǎo)體氧化物納米帶 它們與具有圓柱對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20300nm,寬厚比為5-10,長度可達(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，可以用來研宄載流子 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 larssa muelson教授領(lǐng)導(dǎo)的小組，分別在si 02 / si和 inas /inp半導(dǎo)體量子線超晶格結(jié)構(gòu)的生長制各方面也取 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

19、有：微結(jié)構(gòu)材 料生長和精細(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)材料生長技術(shù)，圖形化襯底和不同取向晶面選擇生 長技術(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 要趨勢是尋找原子級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)。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

20、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）以及紫外探測器等應(yīng)用方面也顯示了廣泛 的應(yīng)用前景。隨著1993年g an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 出功率為在微電子器件研制方面，gan基fe t的最高工作 頻率（f max）己達(dá) 140g hz, ft=67gh z,跨導(dǎo)為

21、 260ms / mm； hemt器件也相繼問世，發(fā)展很快。此外，256x25 6gan基紫外光電焦平面陣列探測器也已研制成功。特別值 得提出的是，日本sumit omo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ina sn, ingaasn , ganp和gana sp材料的研制也受到了重視，這是因?yàn)樗鼈?在長波長光通信用高t 0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單晶的研制己取得突破性 進(jìn)展，2英寸的4h和6hsic單晶與外

22、延片，以及3英寸的 4h sic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一vi族蘭綠光材料研制在徘徊了近30年后，于199 0年美國3m公司成功地解決了 ii一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/z nse蘭光激光器在7 7k (495nm)脈 沖輸出功率100mw的消息，開始了 ii一vi族蘭綠光半導(dǎo)體 激光(材料)器件研制的高潮。經(jīng)

23、過多年的努力，目前 znse基ii -vi族蘭綠光激光器的壽命雖己超過100 0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一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 g an / si 等。 大晶格失配

24、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si c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ga n 襯底，zno單晶簿膜制備，p型摻雜和歐姆電極接觸，單晶 金剛石薄膜生長與n型摻雜，ii一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

25、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（hb）結(jié)合 脈沖激光蒸發(fā)方法，即先用脈沖激光

26、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fe 203,發(fā)光納米顆粒 cds和介電納米顆粒ti02）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 5 p m和p m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，cam pbell 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

27、作原理 和工藝技術(shù)限制，而無法滿足人類對更大信息量的需求。 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sho r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，sha mir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kan e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

28、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，通過外加電場控制核自旋間相互作用實(shí)現(xiàn) 其邏輯運(yùn)算，自旋測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)pc o除此之外，為了避免雜質(zhì)對磷核自旋的干擾，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（2 9si）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

29、子態(tài)間的相干是量子計(jì)算機(jī)走向?qū)嵱没八匦杩?服的難題。5發(fā)展我國半導(dǎo)體材料的幾點(diǎn)建議鑒于我國目前的工業(yè)基礎(chǔ)，國力和半導(dǎo)體材料的發(fā)展水平，提出以下發(fā)展建議供參考。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，爭取做 到8英寸集成電路生產(chǎn)線用硅單晶材料的國產(chǎn)化，并有6 8英寸硅片的批量供片能力。到xx年

30、左右，我國應(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 觀我國微電子技術(shù)的落后局面，進(jìn)入世界發(fā)達(dá)國家之林。 gaas及其有關(guān)化合物半導(dǎo)體單晶材料發(fā)展建議 gaas、in p等單晶材料同國外的差距主要表現(xiàn)在拉晶 和晶片加工設(shè)備落后，沒有形成生產(chǎn)能力。相信在國家各 部委的統(tǒng)一組織、領(lǐng)導(dǎo)下，并爭取企業(yè)介入，建立我國自 己的研究、開發(fā)和生產(chǎn)聯(lián)合體，取各家之長，分工協(xié)作， 到xx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g aas、inp單晶和開盒就用晶片 的生產(chǎn)能力，以滿足我國不斷發(fā)展的微電子和光電子工業(yè) 的需術(shù)。到x