半導(dǎo)體材料緒論1

1、Semiconductor Materials 聯(lián)系方式 TELQQ:1901948587未必是良師未必是良師,但愿成益友但愿成益友! 什么是半導(dǎo)體什么是半導(dǎo)體(Semiconductor)按不同的標(biāo)準(zhǔn)，有不同的分類方式。按固體的導(dǎo)電能力區(qū)分，可以區(qū)分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體 絕緣體絕緣體半導(dǎo)體半導(dǎo)體導(dǎo)體導(dǎo)體10121022 .cm10-61012 .cm10-6.cm電學(xué)性質(zhì)電學(xué)性質(zhì) 電阻率電阻率:電阻率可在很大范圍內(nèi)變化電阻率可在很大范圍內(nèi)變化 一、半導(dǎo)體的主要特征一、半導(dǎo)體的主要特征2.2.負(fù)電阻溫度系數(shù)負(fù)電阻溫度系數(shù)SiSi：T=300K T=300K =2=2

2、 x 10 x 105 5 cmcm T=320K T=320K =2 =2 x 10 x 104 4cmcme x p ()aBEKT3.光電導(dǎo)效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng) 在光線作用下，對(duì)于半導(dǎo)體在光線作用下，對(duì)于半導(dǎo)體材料吸收了入射光子能量，材料吸收了入射光子能量， 若光若光子能量大于或等于半導(dǎo)體材料的子能量大于或等于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，禁帶寬度， 就激發(fā)出電子就激發(fā)出電子-空穴對(duì)，空穴對(duì)，使載流子濃度增加，半導(dǎo)體的使載流子濃度增加，半導(dǎo)體的導(dǎo)導(dǎo)電性增加，阻值減低，電性增加，阻值減低，這種現(xiàn)象這種現(xiàn)象稱為稱為光電導(dǎo)效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)。光敏電阻光敏電阻就是就是基于這種效應(yīng)的光電器件?；谶@種效應(yīng)的光電器件

3、。 比如：硫化鎘(CdS)半導(dǎo)體薄膜，無(wú)光照時(shí)的暗電阻為幾十M，光照時(shí)阻值下降為幾十K 1839年，法國(guó)科學(xué)家貝克雷爾年，法國(guó)科學(xué)家貝克雷爾(Becqurel)就發(fā)現(xiàn)，光照就發(fā)現(xiàn)，光照能使半導(dǎo)體材料的不同部位之間產(chǎn)生電位差。這種現(xiàn)象后來(lái)能使半導(dǎo)體材料的不同部位之間產(chǎn)生電位差。這種現(xiàn)象后來(lái)被稱為被稱為“光生伏打效應(yīng)光生伏打效應(yīng)”，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱“光伏效應(yīng)光伏效應(yīng)”。 4.具有光生伏特效應(yīng)具有光生伏特效應(yīng)氣體、壓力、磁場(chǎng)等對(duì)半導(dǎo)體電阻氣體、壓力、磁場(chǎng)等對(duì)半導(dǎo)體電阻率都產(chǎn)生較大的影響率都產(chǎn)生較大的影響氣敏傳感器氣敏傳感器壓力傳感器壓力傳感器霍爾傳感器霍爾傳感器5.其它特性其它特性二、半導(dǎo)體材料的分類二、

4、半導(dǎo)體材料的分類 從功能用途分從功能用途分 光電材料光電材料,熱電材料熱電材料,微波材料微波材料,敏感材料等敏感材料等 從組成和狀態(tài)分從組成和狀態(tài)分 無(wú)機(jī)半導(dǎo)體無(wú)機(jī)半導(dǎo)體,有機(jī)半導(dǎo)體有機(jī)半導(dǎo)體,元素半導(dǎo)體元素半導(dǎo)體,化合物半導(dǎo)體化合物半導(dǎo)體 l 無(wú)機(jī)物無(wú)機(jī)物 元素半導(dǎo)體：元素半導(dǎo)體：化學(xué)元素周期表化學(xué)元素周期表(Si,Ge)(Si,Ge) 化合物半導(dǎo)體化合物半導(dǎo)體 -族族，GaN/GaN/GaAs/GaP/InPGaAs/GaP/InP微波微波、光電器件的主要、光電器件的主要材料，材料，InSb/InAsInSb/InAs禁帶窄，電子遷移率高，主要用于禁帶窄，電子遷移率高，主要用于制作紅外器件

5、和霍耳器件。制作紅外器件和霍耳器件。 -族，族，Zn0Zn0，主要用于光電器件，場(chǎng)致發(fā)光，主要用于光電器件，場(chǎng)致發(fā)光 -族族，PbS/PbTe,PbS/PbTe,窄禁帶，光敏器件窄禁帶，光敏器件 氧化物半導(dǎo)體氧化物半導(dǎo)體，SnO2SnO2 硫化物半導(dǎo)體硫化物半導(dǎo)體，As(S,Se,Te),Ge(S,Se,Te)As(S,Se,Te),Ge(S,Se,Te) 稀土化合物半導(dǎo)體稀土化合物半導(dǎo)體,EuO,TmS,EuO,TmSl有機(jī)物半導(dǎo)體：酞菁類、多環(huán)、稠環(huán)化合物有機(jī)物半導(dǎo)體：酞菁類、多環(huán)、稠環(huán)化合物 本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)束縛電子束縛電子在絕對(duì)溫度在絕對(duì)溫度T=0KT=0K

6、時(shí)，時(shí)，所有的價(jià)電子都緊緊束縛所有的價(jià)電子都緊緊束縛在共價(jià)鍵中，不會(huì)成為在共價(jià)鍵中，不會(huì)成為自自由電子，由電子，因此本征半導(dǎo)體因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱，接近絕的導(dǎo)電能力很弱，接近絕緣體。緣體。本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體晶體?；瘜W(xué)成分純凈的半導(dǎo)體晶體。制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料的純度要達(dá)到制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料的純度要達(dá)到99.9999999%99.9999999%，常，常稱為稱為“九個(gè)九個(gè)9”9”。+4+4+4+4+4+4+4+4+4 這一現(xiàn)象稱為這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)本征激發(fā)，也稱也稱熱激發(fā)熱激發(fā)。 當(dāng)溫度升高或受到光的當(dāng)溫度升高或受到光的照射時(shí)，束縛電子能量增照射時(shí)，束

7、縛電子能量增高，有的電子可以掙脫原高，有的電子可以掙脫原子核的束縛，而參與導(dǎo)電，子核的束縛，而參與導(dǎo)電，成為成為自由電子自由電子。+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子產(chǎn)生的同時(shí)，在自由電子產(chǎn)生的同時(shí)，在其原來(lái)的共價(jià)鍵中就出現(xiàn)其原來(lái)的共價(jià)鍵中就出現(xiàn)了一個(gè)空位，稱為了一個(gè)空位，稱為空穴空穴。自由電子自由電子空穴空穴雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)元素后的在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)元素后的半導(dǎo)體稱為半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體。(1)(1) N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體Si中摻入五價(jià)雜質(zhì)元素，例中摻入五價(jià)雜質(zhì)元素，例如磷，砷等，稱為如磷，砷等，稱為N

8、型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體。 N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體多余電子多余電子磷原子磷原子硅原子硅原子+4+4+4+4+4+4+4+4+5多數(shù)載流子多數(shù)載流子自由電子自由電子少數(shù)載流子少數(shù)載流子空穴空穴+N型半導(dǎo)體施主離子施主離子自由電子自由電子電子空穴對(duì)電子空穴對(duì) 在本征半導(dǎo)體中在本征半導(dǎo)體中Si摻入三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵等。摻入三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵等。空穴空穴硼原子硼原子硅原子硅原子+4+4+4+4+4+4+3+4+4多數(shù)載流子多數(shù)載流子 空穴空穴少數(shù)載流子少數(shù)載流子自由電子自由電子P型半導(dǎo)體受主離子受主離子空穴空穴電子空穴對(duì)電子空穴對(duì)(2)(2) P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體三、半導(dǎo)體發(fā)展歷史和現(xiàn)狀 伏特 A. V

9、olta (17451827)，意大利物理學(xué)家 國(guó)際單位制中,電壓的單位伏即為紀(jì)念他而命名。 1800年，他發(fā)明了世界上第一個(gè)伏特電池，這是最早的直流電源。從此，人類對(duì)電的研究從靜電發(fā)展到流動(dòng)電，開拓了電學(xué)的研究領(lǐng)域。 他利用靜電計(jì)對(duì)不同材料接地放電，區(qū)分了金屬，絕緣體和導(dǎo)電性能介于它們之間的“半導(dǎo)體”。 他在給倫敦皇家學(xué)會(huì)的一篇論文中首先使用了“Semiconductor”（半導(dǎo)體）一詞。負(fù)電阻溫度系數(shù) 法拉第 M. Faraday (17911867)，英國(guó)英國(guó)物理學(xué)家、化學(xué)家，現(xiàn)代電工科學(xué)的奠基者之一。 電容的單位法（拉）即為紀(jì)念他而命名。 法拉第發(fā)明了第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，另外法拉第的電磁感應(yīng)

10、定律是他的一項(xiàng)最偉大的貢獻(xiàn) 。 1833年，法拉第就開始研究Ag2S半導(dǎo)體材料，發(fā)現(xiàn)了負(fù)的電阻溫度系數(shù)，即隨著溫度的升高，電阻值下將。 負(fù)電阻溫度系數(shù)是半導(dǎo)體材料的特有性質(zhì)之一光電導(dǎo)效應(yīng) 1873年，英國(guó)史密斯W.R. Smith用光照在硒的表面，發(fā)現(xiàn)了硒的光電導(dǎo)效應(yīng)，它開創(chuàng)了半導(dǎo)體研究和開發(fā)的先河。 所謂光電導(dǎo)效應(yīng)，是指由輻射引起被照射材料電導(dǎo)率改變的一種物理現(xiàn)象。 光電導(dǎo)探測(cè)器在軍事和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域有廣泛用途。 光電導(dǎo)效應(yīng)是半導(dǎo)體材料的特有性質(zhì)之二照片整流效應(yīng) 布勞恩 K.F. Braun (18501918)，德國(guó)物理學(xué)家。 布勞恩與馬可尼共同獲得1909年度諾貝爾獎(jiǎng)金物理學(xué)獎(jiǎng)。 1

11、874年，他觀察到某些硫化物的電導(dǎo)與所加電場(chǎng)的方向有關(guān)，在它兩端加一個(gè)正向電壓，它是導(dǎo)通的；如果把電壓極性反過(guò)來(lái)，它就不導(dǎo)通，這就是半導(dǎo)體的整流效應(yīng)。 整流效應(yīng)是半導(dǎo)體材料的特有性質(zhì)之三照片霍爾效應(yīng) 1879年，霍爾(E.H. Hall) 在研究通有電流的導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力，發(fā)現(xiàn)在垂直于磁場(chǎng)和電流的方向上產(chǎn)生了電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)電磁效應(yīng)稱為“霍爾效應(yīng)”。 “霍爾效應(yīng)”就是為紀(jì)念霍爾而命名的。 利用“霍爾效應(yīng)”可以測(cè)量半導(dǎo)體材料的載流子濃度、遷移率、電阻率、霍爾系數(shù)等重要參數(shù)。 霍爾效應(yīng)是半導(dǎo)體材料的特有性質(zhì)之五照片光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng) 1876年，英國(guó)物理學(xué)家亞當(dāng)斯(W.G. Adams)發(fā)現(xiàn)晶體

12、硒和金屬接觸在光照射下產(chǎn)生了電動(dòng)勢(shì)，這就是半導(dǎo)體光生伏打效應(yīng)。 光生伏特效應(yīng)最重要的應(yīng)用就是把太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換成電能，稱為太陽(yáng)能電池。 1954年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室制成了世界上第一個(gè)實(shí)用的太陽(yáng)能電池，效率為4%。 光生伏特效應(yīng)是半導(dǎo)體材料的特有性質(zhì)之四照片第二階段：理論指導(dǎo)第二階段：理論指導(dǎo) 能帶論、導(dǎo)電機(jī)理模型和擴(kuò)散能帶論、導(dǎo)電機(jī)理模型和擴(kuò)散理論這三個(gè)相互關(guān)聯(lián)逐步發(fā)展起來(lái)理論這三個(gè)相互關(guān)聯(lián)逐步發(fā)展起來(lái)的半導(dǎo)體理論模型。的半導(dǎo)體理論模型。 晶體管的發(fā)明背景 理論背景： 能帶論、導(dǎo)電機(jī)理模型和擴(kuò)散理論這三個(gè)相互關(guān)聯(lián)逐步發(fā)展起來(lái)的半導(dǎo)體理論模型，便大體上構(gòu)成了確立晶體管這一技術(shù)發(fā)明目標(biāo)的理論背景。 材料

13、背景： 半導(dǎo)體材料工藝的進(jìn)一步完善，制備出了高純度的半導(dǎo)體材料，為晶體管提高了高純的半導(dǎo)體材料真空管 “真空管” 代表玻璃瓶?jī)?nèi)部抽真空，以利于游離電子的流動(dòng)，也可有效降低燈絲的氧化損耗。 真空管擁有三個(gè)最基本的極，第一是“陰極” ，它是釋放出電子流的地方，當(dāng)燈絲加熱時(shí)，電子就會(huì)游離而出，散布在真空玻璃瓶里。 第二個(gè)極是“屏極” ，基本是真空管最外圍的金屬板，屏極連接正電壓，負(fù)責(zé)吸引從陰極散發(fā)出來(lái)的電子，作為電子游離旅行的終點(diǎn)。 第三個(gè)極為“柵極”，電子流必須通過(guò)柵極而到屏極，在柵極之間通電壓，可以控制電子的流量，具有流通與阻擋的功能。真空管的缺點(diǎn) 脆 易碎 體積龐大 不可靠 耗電量大 效率低

14、運(yùn)作時(shí)釋出大量熱能 。第一個(gè)晶體管 1947年，巴丁和布拉頓制備出了第一個(gè)點(diǎn)接觸晶體管。 在鍺片的底面接上電極，在另一面插上細(xì)針并通上電流，然后讓另一根細(xì)針盡量靠近它，并通上微弱的電流，并加上微電流，這時(shí)，通過(guò)鍺片電流突然增大起來(lái)。這就是一種信號(hào)放大現(xiàn)象。 因?yàn)檫@種晶體管的結(jié)構(gòu)，只是金屬與半導(dǎo)體晶片的某一“點(diǎn)”接觸，故稱之為“點(diǎn)接觸晶體管”。 這種晶體管存在著不穩(wěn)定、噪聲大、頻率低、放大率小、制作困難等缺點(diǎn)。世界上第一個(gè)晶體管第一個(gè)結(jié)型晶體管 肖克利提出另一個(gè)新設(shè)想：在半導(dǎo)體的兩個(gè)P區(qū)中間夾一個(gè)N區(qū)的結(jié)構(gòu)就可以實(shí)現(xiàn)晶體管放大作用。 1950年，第一個(gè)“結(jié)型晶體管”試制成功。 這種晶體管是利用電

15、子和空穴的作用原理制成，它是現(xiàn)代晶體管的雛型。 它克服了“點(diǎn)接觸晶體管”的不穩(wěn)定性，而且噪聲低、功率大。 1956年，肖克利和巴丁、布拉頓一起獲得了諾貝爾物理獎(jiǎng)。 第四階段：集成電路的出現(xiàn)第四階段：集成電路的出現(xiàn) 1950年，R. Ohl和肖特萊發(fā)明了離子注入工藝； 1956年，S. Fuller發(fā)明了擴(kuò)散工藝； 1960年，H. Loor和E. Castellani發(fā)明了光刻工藝； 1958年，德州儀器的基爾比發(fā)明了第一塊用Ge材料制成的集成電路 1958年，仙童公司的諾伊斯發(fā)明了第一塊用硅材料制成的集成電路 集成電路的意義 60年代初，人們?cè)诰w管發(fā)展的基礎(chǔ)上發(fā)明了集成電路，這是半導(dǎo)體發(fā)展

16、中的一次飛躍。 它標(biāo)志著半導(dǎo)體器件由小型化開始進(jìn)入集成化時(shí)期。 所謂集成電路指的是把二極管、三極管（晶體管）以及電阻、電容都制做在同一個(gè)硅芯片上，使一個(gè)片子所完成的不再是一個(gè)晶體管的放大或開關(guān)效應(yīng)，而是具有一個(gè)電路的功能。第一塊集成電路1958年，第一塊集成電路：12個(gè)器件，Ge晶片TI公司Kilby ，2000年獲Nobel獎(jiǎng) 能帶工程能帶工程energy band engineering 創(chuàng)造人工改性半導(dǎo)體材料的工程。由江崎和朱兆祥提出。創(chuàng)造人工改性半導(dǎo)體材料的工程。由江崎和朱兆祥提出。(對(duì)材料的對(duì)材料的物理參數(shù)和幾何參數(shù)的設(shè)計(jì)和生長(zhǎng)，改變能帶結(jié)構(gòu)和帶隙圖形，以優(yōu)物理參數(shù)和幾何參數(shù)的設(shè)計(jì)和

17、生長(zhǎng)，改變能帶結(jié)構(gòu)和帶隙圖形，以優(yōu)化其電學(xué)性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)從而獲得性能優(yōu)越的新器件化其電學(xué)性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)從而獲得性能優(yōu)越的新器件 .)1970年美國(guó)年美國(guó)IBM實(shí)驗(yàn)室的江崎和朱兆祥提出了實(shí)驗(yàn)室的江崎和朱兆祥提出了超晶格超晶格的概念他們?cè)O(shè)的概念他們?cè)O(shè)想如果用兩種晶格匹配很好的想如果用兩種晶格匹配很好的半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料交替地生長(zhǎng)周期性結(jié)構(gòu)，每交替地生長(zhǎng)周期性結(jié)構(gòu)，每層材料的厚度在層材料的厚度在100nm以下，如圖所示，則電子沿生長(zhǎng)方向的運(yùn)動(dòng)將以下，如圖所示，則電子沿生長(zhǎng)方向的運(yùn)動(dòng)將會(huì)產(chǎn)生振蕩，可用于制造微波器件他們的這個(gè)設(shè)想兩年以后在會(huì)產(chǎn)生振蕩，可用于制造微波器件他們的這個(gè)設(shè)想兩年以后在分子分子

18、束外延束外延設(shè)備上實(shí)現(xiàn)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)超晶格材料超晶格材料是兩種不同組元以幾個(gè)納米到幾十個(gè)納米的薄層交替生長(zhǎng)是兩種不同組元以幾個(gè)納米到幾十個(gè)納米的薄層交替生長(zhǎng)并保持嚴(yán)格周期性的多層膜，事實(shí)上就是特定形式的層狀精細(xì)復(fù)合材并保持嚴(yán)格周期性的多層膜，事實(shí)上就是特定形式的層狀精細(xì)復(fù)合材料。料。 第五階段：能帶工程第五階段：能帶工程四、常見的半導(dǎo)體材料四、常見的半導(dǎo)體材料 半導(dǎo)體元素半導(dǎo)體元素l 硅材料硅材料l GaAsGaAs和和InPInP單晶材料單晶材料l 半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料 V V族超晶格、量子阱材料族超晶格、量子阱材料 硅基應(yīng)變異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料硅基應(yīng)變異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料l 一維量

19、子線、零維量子點(diǎn)半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料一維量子線、零維量子點(diǎn)半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料l 寬帶隙半導(dǎo)體材料寬帶隙半導(dǎo)體材料l 光子晶體光子晶體(1) 硅硅(Si) 硅基半導(dǎo)體材料及其集成電路的發(fā)展導(dǎo)致了微型計(jì)硅基半導(dǎo)體材料及其集成電路的發(fā)展導(dǎo)致了微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和整個(gè)計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的飛躍算機(jī)的出現(xiàn)和整個(gè)計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的飛躍. 半導(dǎo)體中的大部分器件都是以硅為基礎(chǔ)的半導(dǎo)體中的大部分器件都是以硅為基礎(chǔ)的 增大直拉硅（增大直拉硅（CZ-Si）單晶的直徑仍是今后）單晶的直徑仍是今后CZ-Si發(fā)展發(fā)展的總趨勢(shì)。的總趨勢(shì)。(2)(2) -族化合物族化合物 GaAs GaAs 電子遷移率是電子遷移率是SiSi的的6 6倍（高速），禁

20、帶寬（高溫）廣泛用于高速倍（高速），禁帶寬（高溫）廣泛用于高速、高頻、大功率、低噪音、耐高溫、抗輻射器件。、高頻、大功率、低噪音、耐高溫、抗輻射器件。 GaAsGaAs用于集成電路其處理容量大用于集成電路其處理容量大100100倍，能力強(qiáng)倍，能力強(qiáng)1010倍，抗輻射能力強(qiáng)倍，抗輻射能力強(qiáng)2 2個(gè)量級(jí)，是攜帶電話的主要材料。個(gè)量級(jí)，是攜帶電話的主要材料。InP InP 的性能比的性能比 GaAs GaAs 性能更優(yōu)越，用于性能更優(yōu)越，用于光纖通訊、微波、毫米波器件。光纖通訊、微波、毫米波器件。 世界世界GaAsGaAs單晶的總年產(chǎn)量已超過(guò)單晶的總年產(chǎn)量已超過(guò)200200噸（日本噸（日本19991

21、999年的年的GaAsGaAs單晶的生產(chǎn)單晶的生產(chǎn)量為量為9494噸，噸，InPInP為為2727噸），其中以低位錯(cuò)密度生長(zhǎng)的噸），其中以低位錯(cuò)密度生長(zhǎng)的2 23 3英寸的導(dǎo)電英寸的導(dǎo)電GaAsGaAs襯襯底材料為主。底材料為主。 InP InP具有比具有比GaAs GaAs 更優(yōu)越的高頻性能，發(fā)展的速度更快；但不幸的是，更優(yōu)越的高頻性能，發(fā)展的速度更快；但不幸的是，研制直徑研制直徑3 3英寸以上大直徑的英寸以上大直徑的InPInP單晶的關(guān)鍵技術(shù)尚未完全突破，價(jià)格居高不單晶的關(guān)鍵技術(shù)尚未完全突破，價(jià)格居高不下。下。（3 3）以氮化鎵材料以氮化鎵材料P型摻雜的突破為起點(diǎn)型摻雜的突破為起點(diǎn),以高效

22、以高效率藍(lán)綠光發(fā)光二極管和藍(lán)光半導(dǎo)體激光器率藍(lán)綠光發(fā)光二極管和藍(lán)光半導(dǎo)體激光器的研制成功為標(biāo)志的半導(dǎo)體材料。的研制成功為標(biāo)志的半導(dǎo)體材料。它將在光顯示、光存儲(chǔ)、光照明等領(lǐng)域有它將在光顯示、光存儲(chǔ)、光照明等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。廣闊的應(yīng)用前景。在未來(lái)在未來(lái)10年里年里,氮化鎵材料將成為市場(chǎng)增幅氮化鎵材料將成為市場(chǎng)增幅最快的半導(dǎo)體材料。最快的半導(dǎo)體材料。（4 4）半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料）半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料III-VIII-V族超晶格、量子阱材料族超晶格、量子阱材料 GaAlAs/GaAsGaAlAs/GaAs，GaInAs/GaAsGaInAs/GaAs， AlGaInP/GaAsAlGa

23、InP/GaAs； GaInAs/InPGaInAs/InP，AlInAs/InPAlInAs/InP， InGaAsP/InPInGaAsP/InP等等GaAsGaAs、InPInP基晶基晶格匹配和應(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(lái)制造超高速、超高頻微電子器件和單片集成電路。來(lái)制造超高速、超高頻微電子器件和單片集成電路。硅基應(yīng)變異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料硅基應(yīng)變異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料 GeSi/SiGeSi/Si應(yīng)變層超晶格材料應(yīng)變層超晶格材料, , 因其在新一代移動(dòng)通信上的重因其在新一代移動(dòng)通信上的重要應(yīng)用前景，要應(yīng)用前景， 而成為目前硅基材料研究的

24、主流。而成為目前硅基材料研究的主流。Si/GeSi Si/GeSi MOSFET MOSFET 的最高截止頻率已達(dá)的最高截止頻率已達(dá)200GHz200GHz，噪音在，噪音在10GHz10GHz下為下為0.9dB0.9dB，其性能可與，其性能可與GaAsGaAs器件相媲美。器件相媲美。（5 5）一維量子線、零維量子點(diǎn)）一維量子線、零維量子點(diǎn) 基于量子尺寸效應(yīng)、量子干涉效應(yīng)，量子隧穿效應(yīng)以及非線性光學(xué)效應(yīng)基于量子尺寸效應(yīng)、量子干涉效應(yīng)，量子隧穿效應(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(guò)能帶工程實(shí)施）的新型半導(dǎo)體材等的低維半導(dǎo)體材料是一種人工構(gòu)造（通過(guò)能帶工程實(shí)施）的新型半導(dǎo)體材料

25、，是新一代量子器件的基礎(chǔ)。料，是新一代量子器件的基礎(chǔ)。（6 6）寬帶隙半導(dǎo)體材料）寬帶隙半導(dǎo)體材料 寬帶隙半導(dǎo)體材料主要指的是金剛石、寬帶隙半導(dǎo)體材料主要指的是金剛石、IIIIII族氮化物、碳化硅、立方族氮化物、碳化硅、立方氮化硼以及氮化硼以及II-VIII-VI族硫、錫碲化物、氧化物（族硫、錫碲化物、氧化物（ZnOZnO等）及固溶體等，特別是等）及固溶體等，特別是SiCSiC、GaN GaN 和金剛石薄膜等材料和金剛石薄膜等材料, , 因具有因具有高熱導(dǎo)率高熱導(dǎo)率、高電子飽和漂移速度高電子飽和漂移速度和和大臨界擊穿電壓大臨界擊穿電壓等特點(diǎn)，成為研制高頻大功率、耐高溫、抗輻射半導(dǎo)體等特點(diǎn)，成為

26、研制高頻大功率、耐高溫、抗輻射半導(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。及國(guó)防等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。（7 7）下一代半導(dǎo)體材料的探索）下一代半導(dǎo)體材料的探索 光集成光集成 原子操縱原子操縱五、納米科技和納米材料五、納米科技和納米材料 納米科技納米科技是上世紀(jì)九十年代以來(lái)發(fā)展起來(lái)的一門綜合現(xiàn)代科是上世紀(jì)九十年代以來(lái)發(fā)展起來(lái)的一門綜合現(xiàn)代科學(xué)（介觀物理、量子化學(xué)等）和先進(jìn)工程技術(shù)（計(jì)算機(jī)、微學(xué)（介觀物理、量子化學(xué)等）和先進(jìn)工程技術(shù)（計(jì)算機(jī)、微電子和掃瞄隧道顯微鏡等技術(shù)）的

27、前沿交叉學(xué)科。電子和掃瞄隧道顯微鏡等技術(shù)）的前沿交叉學(xué)科。 納米結(jié)構(gòu)納米結(jié)構(gòu)是指以納米尺度物質(zhì)單元為基礎(chǔ)，按一定規(guī)律構(gòu)筑是指以納米尺度物質(zhì)單元為基礎(chǔ)，按一定規(guī)律構(gòu)筑或者營(yíng)造的一種新體系，包括一維、二維、三維體系。這些或者營(yíng)造的一種新體系，包括一維、二維、三維體系。這些物質(zhì)單元主要包括納米微粒、穩(wěn)定的團(tuán)簇、納米管、納米棒物質(zhì)單元主要包括納米微粒、穩(wěn)定的團(tuán)簇、納米管、納米棒、納米絲以及納米尺寸的孔洞等。、納米絲以及納米尺寸的孔洞等。 各種各種ZnO納米結(jié)構(gòu)納米結(jié)構(gòu) ZnOZnO的應(yīng)用的應(yīng)用光電方面的應(yīng)用光電方面的應(yīng)用壓電方面的應(yīng)用壓電方面的應(yīng)用氣敏方面的應(yīng)用氣敏方面的應(yīng)用壓敏方面的應(yīng)用壓敏方面的應(yīng)用The morphology of TiO2TiO2 Spheres 二氧化鈦的應(yīng)用二氧化鈦的應(yīng)用涂料化妝品等方面的應(yīng)用涂料化妝品等方面的應(yīng)用陶瓷方面的應(yīng)用陶瓷方面的應(yīng)用異色效應(yīng)顏料方面的應(yīng)用異色效應(yīng)顏料方面的應(yīng)用超親水效應(yīng)方面的應(yīng)用超親水效應(yīng)方面的應(yīng)用納米納米Ti02在環(huán)境方面的應(yīng)用在環(huán)境方面的應(yīng)用在太陽(yáng)能利用方面的應(yīng)用在太陽(yáng)能利用方面的應(yīng)用在傳感