伍楚雄

摘 要：半導(dǎo)體材料的價(jià)值在于其能夠與多種介質(zhì)有所聯(lián)系，諸如它的光學(xué)、電學(xué)特征則可充分應(yīng)用與器件。而且隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，半導(dǎo)體材料愈來愈多的同現(xiàn)代高科技相互結(jié)合，其產(chǎn)品能夠更好地為人類服務(wù)并且改變?nèi)祟惖纳?。文章主要?duì)半導(dǎo)體材料的基本概念進(jìn)行闡述，同時(shí)對(duì)半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展近況進(jìn)行分析介紹，以此推動(dòng)半導(dǎo)體材料應(yīng)用于各項(xiàng)工藝中，更好地造福于全社會(huì)。

關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體；材料；物質(zhì)；文獻(xiàn)綜述

中圖分類號(hào)：O47 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）01-0075-02

Abstract： The value of semiconductor material is that it can be connected with a variety of media， for instance， its optical and electrical characteristics can be fully applied to devices. With the continuous progress of society and the rapid development of modern science and technology， semiconductor materials are more and more combined with the modern high technology， thus its products can better serve human beings and change the lives of human beings. This paper mainly expounds the basic concepts of semiconductor materials and analyzes the recent development of semiconductor materials industry in order to promote the application of semiconductor materials in various processes to better benefit the whole society.

Keywords： semiconductor； material； substance； literature review

1 半導(dǎo)體原材料的研究背景及發(fā)展現(xiàn)狀

1833年英國(guó)的法拉第也就是電子學(xué)之父最先發(fā)現(xiàn)硫化銀的電阻能夠根據(jù)溫度的不同而進(jìn)行相應(yīng)的改變，同一般金屬有著不同，金屬的電阻通常是隨著溫度的提升而進(jìn)行增加，然而另外一位科學(xué)家巴拉迪卻發(fā)現(xiàn)硫化銀的電阻卻有著不同的變化，這也是半導(dǎo)體十分關(guān)鍵的發(fā)現(xiàn)。不久之后，1839年法國(guó)的貝克萊通過不斷的科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體以及電解質(zhì)接觸所形成的核心在于通過不同的光照條件從而能夠產(chǎn)生一定的電壓，這也就是后來所熟知的光生伏特效應(yīng)，也是半導(dǎo)體十分重要的第二特征。盡管效果都已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，但是相應(yīng)的效應(yīng)命名卻是后來才確定的。

德國(guó)布勞恩在1874年能夠觀察到某些硫化物的電導(dǎo)同所加電場(chǎng)的方向有關(guān)，也就是說其導(dǎo)電是具有方向性的，在導(dǎo)體的兩端施加一個(gè)正向電壓，其就能夠?qū)?；倘若將電壓極性進(jìn)行相反的設(shè)置，其就沒有辦法導(dǎo)電，這就是半導(dǎo)體的整流效應(yīng)，同時(shí)也是半導(dǎo)體所具有的第三種特性；同年，舒斯特又在研究中發(fā)現(xiàn)銅與氧化銅的整流效應(yīng)。

陳良惠學(xué)者提出自然界的物質(zhì)、材料根據(jù)導(dǎo)電能力大小能夠?qū)⑵鋭澐譃閷?dǎo)體、半導(dǎo)體以及絕緣體三大類別。其中半導(dǎo)體的電導(dǎo)率在10-3到10-9歐·厘米范圍內(nèi)。在通常情況下，半導(dǎo)體電導(dǎo)率隨著溫度的提升而增加，這與金屬導(dǎo)體剛好相反。凡是具有上述兩種特征的材料都能夠?qū)⑵浼{入到半導(dǎo)體材料的范圍之內(nèi)。半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電能力是處于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)，而且其能夠?qū)⑵渥鳛殡娮硬牧希瑧?yīng)用范圍不斷拓寬，而且隨著社會(huì)進(jìn)步，與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)對(duì)半導(dǎo)體材料的應(yīng)用更加充分。

朱黎輝對(duì)于半導(dǎo)體的研究主要從市場(chǎng)需求與產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，判斷出半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在國(guó)內(nèi)仍然具有一定的增長(zhǎng)潛力，而且有著國(guó)家政策的支持作為基礎(chǔ)，加上計(jì)算機(jī)、通訊以及消費(fèi)類等電子產(chǎn)品需求帶動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)品的需求。而且國(guó)際產(chǎn)能的轉(zhuǎn)移，也使得芯片制造的封裝測(cè)試的產(chǎn)能轉(zhuǎn)移十分明顯，國(guó)外的許多大企業(yè)都選擇在國(guó)內(nèi)進(jìn)行工廠的開設(shè)，或者是將生產(chǎn)線交給國(guó)內(nèi)工廠制造，從中可以看出半導(dǎo)體市場(chǎng)仍然具有十分大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

而且我國(guó)對(duì)于半導(dǎo)體有著許多優(yōu)惠政策，就是為了能夠形成良好的投資環(huán)境，能夠吸引到更多的資金流進(jìn)入到半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。同時(shí)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在這些優(yōu)惠及便利的條件下能夠朝著更快、更有利的方向發(fā)展。

2 半導(dǎo)體研究中存在的主要問題

2.1 雜質(zhì)

針對(duì)半導(dǎo)體材料，其蘊(yùn)含的雜質(zhì)對(duì)于電阻率的影響有著十分大的影響。半導(dǎo)體之中因?yàn)闈B入不同數(shù)量的雜質(zhì)時(shí)，雜質(zhì)原子附近的周期勢(shì)場(chǎng)極易受到干擾并且極易形成附加的束縛狀態(tài)，而且在禁帶中產(chǎn)生附加的雜質(zhì)能級(jí)。諸如四價(jià)元素鍺或者硅晶體中摻入五價(jià)元素雜質(zhì)原子時(shí)，就會(huì)影響整個(gè)導(dǎo)體電子的流動(dòng)性，因此半導(dǎo)體摻入雜質(zhì)后其電阻率極大的降低。同時(shí)加熱或者光照產(chǎn)生的熱激光或者光激發(fā)都會(huì)使得自由載流子數(shù)增加從而導(dǎo)致電阻率降低，半導(dǎo)體熱敏電阻與光敏電阻就是在該原理的基礎(chǔ)上制作而成的。對(duì)于摻入施主雜質(zhì)的半導(dǎo)體，導(dǎo)電載流子主要就是導(dǎo)帶中的電子的不同所引起的。雜質(zhì)能級(jí)處于禁帶上方靠近導(dǎo)帶底附近，同時(shí)雜質(zhì)能級(jí)上的電子極易激發(fā)到導(dǎo)帶成為電子載流子。這種提供電子載流子的雜質(zhì)稱其為施主，同樣的相應(yīng)能級(jí)則稱之為施主能級(jí)。施主能級(jí)上的電子從而躍遷到導(dǎo)帶所需能量比從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶所需能量小得多。正是這種雜質(zhì)的影響給半導(dǎo)體的研究、生產(chǎn)都帶來了極大的難題。

2.2 半導(dǎo)體材料的制造

半導(dǎo)體產(chǎn)品的類別是比較多的，主要可以劃分為集成電路、分離式組件以及光電半導(dǎo)體三種。集成電路也就是IC，主要就是將一電路設(shè)計(jì)，涵蓋線路以及電子組件等等整體集中在一片硅芯片之上，其就能夠具有處理信息的功能，有體積小、處理信息功能強(qiáng)的特性。根據(jù)功能能夠?qū)C又劃分為內(nèi)存、邏輯、模擬三種IC以及微型組件。這只是集成電路，還有其他種類有更多的產(chǎn)品，正是如此多的半導(dǎo)體種類給半導(dǎo)體生產(chǎn)種類帶來一定的困難，主要就是半導(dǎo)體產(chǎn)品對(duì)于生產(chǎn)線要求十分嚴(yán)格，不同的半導(dǎo)體產(chǎn)品可能需要的生產(chǎn)線完全不同，需要企業(yè)投入大量的成本設(shè)置不同的生產(chǎn)線。

2.3 半導(dǎo)體主要需求解決來源靠進(jìn)口

目前從我國(guó)半導(dǎo)體零件來源構(gòu)成比例來看，國(guó)外半導(dǎo)體零件的進(jìn)口量占據(jù)我國(guó)半導(dǎo)體零件所有的69%，可見我國(guó)的半導(dǎo)體一大部分都需要靠進(jìn)口完成，而且當(dāng)下的生產(chǎn)能力多數(shù)都集中在外資與中外合資企業(yè)當(dāng)中，當(dāng)然其生產(chǎn)、技術(shù)與銷售從屬于其母公司的全球體系。我國(guó)半導(dǎo)體的龍頭企業(yè)有上海華虹與首鋼日電等，其中在1998年NEC控制了多數(shù)的股權(quán)，甚至其中的技術(shù)以及銷售也都由NEC所控制，自然NEC不會(huì)考慮到我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在相關(guān)技術(shù)的研發(fā)與使用上我國(guó)自然也就受到限制，同時(shí)上海華虹的生產(chǎn)也只能從屬于NEC的全球發(fā)展體系，因此我國(guó)當(dāng)時(shí)的半導(dǎo)體最大投資也由日本的控制，自然對(duì)當(dāng)下我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來影響，不然我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展程度是現(xiàn)在遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能比的?？梢娨坏┌雽?dǎo)體產(chǎn)業(yè)被外資控制將會(huì)給我半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)帶來極大的危害。

2.4 影響我國(guó)半導(dǎo)體健全的工業(yè)體系

盡管經(jīng)濟(jì)全球化后，任何國(guó)家的任何產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)都需要被卷入到全球化的生產(chǎn)體系當(dāng)中，某些產(chǎn)業(yè)也越來越集中在某個(gè)地區(qū)或者國(guó)家，但是也有某些產(chǎn)業(yè)并不能夠用國(guó)際化來進(jìn)行代替，尤其是某些關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)，否則必定會(huì)受制于人。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)就是這種產(chǎn)業(yè)，其對(duì)我國(guó)整個(gè)工業(yè)體系都有不小的影響，尤其是計(jì)算機(jī)、芯片等行業(yè)，只有保證半導(dǎo)體生產(chǎn)工業(yè)體系的健全才能夠保證半導(dǎo)體影響下其他產(chǎn)業(yè)集群的自主研發(fā)、生產(chǎn)能力的形成，最終會(huì)對(duì)整個(gè)國(guó)家各個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來不利影響。

3 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)優(yōu)化發(fā)展的對(duì)策

3.1 短期內(nèi)政府的優(yōu)化舉措

首先應(yīng)該在國(guó)際上多方尋求6英寸的半導(dǎo)體晶圓生產(chǎn)裝備，將其相關(guān)技術(shù)直接轉(zhuǎn)移到國(guó)內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)，尤其是對(duì)于國(guó)外已經(jīng)淘汰的技術(shù)要盡快的接手，同時(shí)安排科研人員進(jìn)行研究，在其基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，不僅能夠降低半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)的研發(fā)成本，同時(shí)也能夠鍛煉磨礪科研人員的研發(fā)能力；其次就是政府出面，直接控制下與國(guó)外半導(dǎo)體生產(chǎn)廠商進(jìn)行合作，將其先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行合作引進(jìn)，同時(shí)制定一定的準(zhǔn)則，以市場(chǎng)獲取技術(shù)的核心就是以我為主；引進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)必須是先進(jìn)可行的，同時(shí)要對(duì)其進(jìn)行持續(xù)性的投資，將其技術(shù)吃透；最后就是要嚴(yán)厲打擊半導(dǎo)體產(chǎn)品走私，落實(shí)堅(jiān)決的關(guān)稅政策，對(duì)于國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體生產(chǎn)廠商給予足夠的優(yōu)惠政策。

3.2 法律政策手段支持

根據(jù)我國(guó)半導(dǎo)體發(fā)展的實(shí)際情況，直接作用于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的法律手段主要就是指這種法律的直接作用對(duì)象為計(jì)算機(jī)、通信、半導(dǎo)體等各種新興的高科技產(chǎn)業(yè)。間接作用于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的法律手段指在十分開放的環(huán)境下，通過一種非WTO禁止的非關(guān)稅貿(mào)易保護(hù)手段，其主要的目標(biāo)就是為國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的成長(zhǎng)提供保護(hù)。

我國(guó)對(duì)于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)要從其相關(guān)產(chǎn)業(yè)著手，主要就是電子產(chǎn)業(yè)、計(jì)算機(jī)行業(yè)以及各種信息技術(shù)為基礎(chǔ)的產(chǎn)業(yè)作為戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，一定要重點(diǎn)發(fā)展相關(guān)產(chǎn)業(yè)。同時(shí)要積極將半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)進(jìn)行控制，要給我國(guó)的半導(dǎo)體廠商留下一定的發(fā)展成長(zhǎng)空間。通過戰(zhàn)術(shù)與戰(zhàn)略的形式從法律政策角度為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)營(yíng)造出最好的外部環(huán)境。

3.3 金融支持

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展形式同傳統(tǒng)的工業(yè)不同，一方面其在R&D;與制造工藝方面，需要龐大的高技術(shù)人才資源；還有另外一方面，其所需要的資金近乎天文數(shù)字。加上技術(shù)與工藝的發(fā)展速度是十分迅速的，但是這種設(shè)備競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)將會(huì)消失，只能夠通過不斷的長(zhǎng)期高密度的資金投入。因此這就需要將半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)與金融進(jìn)行掛鉤，通過金融融通的功能為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)提供更多的資金。主要的形式就是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基金，通過這種產(chǎn)業(yè)基金能夠?yàn)榘雽?dǎo)體產(chǎn)業(yè)各端的企業(yè)提供足夠的資金，保證對(duì)半導(dǎo)體研發(fā)資金的持續(xù)投入。

3.4 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)人才的培養(yǎng)

首先就是技術(shù)人才的培養(yǎng)，要將國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體科研人才派往國(guó)外先進(jìn)半導(dǎo)體生產(chǎn)技術(shù)企業(yè)進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而才能夠?yàn)槲覈?guó)帶來更多先進(jìn)的半導(dǎo)體研發(fā)技術(shù)；另外，半導(dǎo)體應(yīng)用人才，能夠?qū)雽?dǎo)體產(chǎn)品與其他產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)合，為各種信息技術(shù)的提升帶來更多可能性。

參考文獻(xiàn)：

[1]潘碧瑋，余力強(qiáng)，陸丹，等.20kHz窄線寬光纖光柵外腔半導(dǎo)體激光器[J].中國(guó)激光，2015，42（05）：49-53.

[2]孟慧成，譚昊，李建民，等.半導(dǎo)體激光器光柵外腔光譜合束技術(shù)研究進(jìn)展[J].激光與光電子學(xué)進(jìn)展，2015，52（02）：39-46.

[3]王立軍，寧永強(qiáng)，秦莉，等.大功率半導(dǎo)體激光器研究進(jìn)展[J].發(fā)光學(xué)報(bào)，2015，36（01）：1-19.

[4]陳建煒，石建穩(wěn)，王旭，等.半導(dǎo)體/石墨烯復(fù)合光催化劑的制備及應(yīng)用[J].催化學(xué)報(bào)，2013，34（04）：621-640.