半导体材料论文.doc

1半导体材料的战略地位
上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；上世纪7０年代初石英光导纤维材料和GaAｓ激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想,使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米科学技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路,必将深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式,彻底改变人们的生活方式.　ﻫ
　　2几种主要半导体材料的发展现状与趋势　
2。1硅材料　ﻫﻫ从提高硅集成电路成品率,降低成本看,增大直拉硅(CZ－Sｉ)单晶的直径和减小微缺陷的密度仍是今后CZ－Ｓｉ发展的总趋势。目前直径为８英寸（200mm）的Si单晶已实现大规模工业生产，基于直径为1２英寸（300mm)硅片的集成电路（IC‘ｓ）,0。18μm工艺的硅ＵLSI生产线已经投入生产,300mm，0。1３μm工艺生产线也将在2003年完成评估。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功,直径２７英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。 ﻫ
　　从进一步提高硅ＩＣ‘Ｓ的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外,ＳＯI材料,包括智能剥离（Sｍart cut)和SＩMOX材料等也发展很快。目前，直径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开发中。
　　理论分析指出30nm左右将是硅MＯＳ集成电路线宽的“极限”尺寸。这不仅是指量子尺寸效应对现有器件特性影响所带来的物理限制和光刻技术的限制问题，更重要的是将受硅、SｉO2自身性质的限制。尽管人们正在积极寻找高K介电绝缘材料(如用Ｓi3Ｎ4等来替代SiO2）,低K介电互连材料，用Cu代替Al引线以及采用系统集成芯片技术等来提高UＬSI的集成度、运算速度和功能,但硅将最终难以满足人类不断的对更大信息量需求。为此，人们除寻求基于全新原理的量子计算和ＤNA生物计算等之外，还把目光放在以ＧaAs、InＰ为基的化合物半导体材料，特别是二维超晶格、量子阱,一维量子线与零维量子点材料和可与硅平面工艺兼容ＧeSｉ合金材料等,这也是目前半导体材料研发的重点。 ﻫﻫ　 ２。２　GａAs和IｎP单晶材料
GaAs和InＰ与硅不同，它们都是直接带隙材料，具有电子饱和漂移速度高，耐高温，抗辐照等特点;在超高速、超高频、低功耗、低噪音器件和电路，特别在光电子器件和光电集成方面占有独特的优势。
　目前，世界GaAｓ单晶的总年产量已超过200吨，其中以低位错密度的垂直梯度凝固法（ＶGＦ）和水平（HB)方法生长的2-3英寸的导电GaＡs衬底材料为主;近年来，为满足高速移动通信的迫切需求,大直径（4，6和8英寸）的SI－GaAs发展很快。美国莫托罗拉公司正在筹建6英寸的SI－，发展的速度更快,但研制直径3英寸以上大直径的ＩｎP单晶的关键技术尚未完全突破，价格居高不下。
GaAs和IｎP单晶的发展趋势是:　ﻫﻫ（1)。增大晶体直径，目前４英寸的SI—ＧaAｓ已用于生产,预计本世纪初的头几年直径为6英寸的SI－GaAｓ也将投入工业应用. ﻫ
(2）.提高材料的电学和光学微区均匀性。　ﻫﻫ(3）.降低单晶的缺陷密度,特别是位错。
（4）。GaＡｓ和IｎP单晶的VGF生长技术发展很快，很有可能成为主流技术.
ﻫ　 ２．3半导体超晶格、量子阱材料
ﻫ半导体超薄层微结构材料是基于先进生长技术（MBE，MOＣＶD）的新一代人工构造材料。它以全新的概念改变着光电子和微电子器件的设计思想，出现了“电学和光学特性可剪裁"为特征的新范畴，是新一代固态量子器件的基础材料。 ﻫﻫ　 (1)Ⅲ－Ｖ族超晶格、量子阱材料。 ﻫ
GaAIAs／ＧaAs,ＧaIｎAs／GａAs，AＩGａIｎＰ／GaAs;GalnAs／IｎP,AｌInAｓ/IｎP,IｎＧaAsP／InＰ等ＧaAs、InＰ基晶格匹配和应变补偿材料体系已发展得相当成熟，已成功地用来制造超高速,超高频微电子器件和单片集成电路。高电子迁移率晶体管(HＥMＴ），赝配高电子迁移率晶体管（P-HEMT)器件最好水平已达fmax=600GＨz，输出功率58ｍＷ，;双异质结双极晶体管(HBT）的最高频率fｍａｘ也已高达500ＧHz，ＨEＭＴ逻辑电路研制也发展很快。基