半导体材料的发展现状及趋势课件.ppt

关于半导体材料的发展现状及趋势
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半导体材料是指电阻率在10-3~108Ωcm，介于金属和绝缘体之间的材料。半导体材料是制作晶体管、集成电路、电力电子器件、光电子器件的重要基础材料，支撑着通信、计算机、信息家电与网络技术等电子信息产业的发展。
第二页，本课件共有93页
电子信息产业规模最大的是美国。近几年来，中国电子信息产品以举世瞩目的速度发展，，折合2200～2300亿美元，产业规模已超过日本位居世界第二（同期日本信息产业销售收入只有1900亿美元），成为中国第一大支柱产业。半导体材料及应用已成为衡量一个国家经济发展、科技进步和国防实力的重要标志。
第三页，本课件共有93页
在半导体产业的发展中，
硅、锗称为第一代半导体材料；
将***化镓、磷化锢、磷化镓、***化锢、***化铝及其合金等称为第二代半导体材料；
将宽禁带(Eg>)的氮化镓、碳化硅、硒化锌和金刚石等称为第三代半导体材料。
上述材料是目前主要应用的半导体材料，三代半导体材料代表品种分别为硅、***化镓和氮化镓。
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材料的物理性质是产品应用的基础，表1列出了主要半导体材料的物理性质及应用情况。表中禁带宽度决定发射光的波长，禁带宽度越大发射光波长越短(蓝光发射)；禁带宽度越小发射光波长越长。其它参数数值越高，半导体性能越好。电子迁移速率决定半导体低压条件下的高频工作性能，饱和速率决定半导体高压条件下的高频工作性能。
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表1 主要半导体材料的比较
材料
Si
GaAs
GaN
物
理
性
质
禁带宽度（ev）



饱和速率（×10-7cm/s）



热导（W/c·K）



击穿电压（M/cm）



电子迁移速率（cm2/V·s）
1350
8500
900
应
用
情
况
光学应用
无
红外
蓝光/紫外
高频性能
差
好
好
高温性能
中
差
好
发展阶段
成熟
发展中
初期
相对制造成本
低
高
高
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硅材料具有储量丰富、价格低廉、热性能与机械性能优良、易于生长大尺寸高纯度晶体等优点，处在成熟的发展阶段。目前，硅材料仍是电子信息产业最主要的基础材料，95%以上的半导体器件和99%以上的集成电路(IC)是用硅材料制作的。在21世纪，它的主导和核心地位仍不会动摇。但是硅材料的物理性质限制了其在光电子和高频高功率器件上的应用。
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***化镓材料的电子迁移率是硅的6倍多，其器件具有硅器件所不具有的高频、高速和光电性能，并可在同一芯片同时处理光电信号，被公认是新一代的通信用材料。随着高速信息产业的蓬勃发展，***化镓成为继硅之后发展最快、应用最广、产量最大的半导体材料。同时，其在军事电子系统中的应用日益广泛，并占据不可取代的重要地位。
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从表1看出，选择宽带隙半导体材料的主要理由是显而易见的。氮化镓的热导率明显高于常规半导体。这一属性在高功率放大器和激光器中是很起作用的。带隙大小本身是热生率的主要贡献者。在任意给定的温度下，宽带隙材料的热生率比常规半导体的小10～14个数量级。这一特性在电荷耦合器件、新型非易失性高速存储器中起很大的作用，并能实质性地减小光探测器的暗电流。
第九页，本课件共有93页
宽带隙半导体材料的高介电强度最适合用于高功率放大器、开关和二极管。宽带隙材料的相对介电常数比常规材料的要小，由于对寄生参数影响小，这对毫米波放大器而言是有利用价值的。电荷载流子输运特性是许多器件尤其是工作频率为微波、毫米波放大器的一个重要特性。
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