探討電子科學(xué)技術(shù)中的半導(dǎo)體材料發(fā)展趨勢(shì)

【摘要】? ? 目前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度逐漸加快，社會(huì)各行各業(yè)應(yīng)用電子設(shè)備的數(shù)量逐漸增加。在這種情況下，半導(dǎo)體材料的應(yīng)用價(jià)值開始迅速提升。為進(jìn)一步強(qiáng)化半導(dǎo)體材料的應(yīng)用可靠性，并完善材料發(fā)展體系，應(yīng)當(dāng)針對(duì)在電子科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域所應(yīng)用的半導(dǎo)體材料發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探索，明確其發(fā)展意義與前景，為未來行業(yè)建設(shè)提供重要參考。

【關(guān)鍵詞】? ? 電子科學(xué)? ? 半導(dǎo)體材料? ? 應(yīng)用發(fā)展

引言：

當(dāng)前，半導(dǎo)體屬于信息化社會(huì)的重要應(yīng)用材料之一。通過對(duì)此類材料進(jìn)行系統(tǒng)化加工，能夠使其在各行各業(yè)發(fā)揮良好的應(yīng)用價(jià)值。例如，電子管、晶體管屬于計(jì)算機(jī)裝置的重要組成部分，其材料質(zhì)量會(huì)直接影響設(shè)備運(yùn)行速度或穩(wěn)定性。與過去相對(duì)比，半導(dǎo)體行業(yè)規(guī)模已經(jīng)進(jìn)入迅速擴(kuò)張階段。通過對(duì)相關(guān)材料的應(yīng)用發(fā)展進(jìn)行分析，能夠明確其未來轉(zhuǎn)變趨勢(shì)，有利于闡明半導(dǎo)體在電子科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用與革新狀態(tài)，具有強(qiáng)化相關(guān)行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、完善社會(huì)信息化體系的重要作用。因此，需要針對(duì)電子科學(xué)技術(shù)中半導(dǎo)體材料的實(shí)際發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探究，確保其主要特征能夠得到明確，為應(yīng)對(duì)未來行業(yè)發(fā)展與建設(shè)挑戰(zhàn)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

一、半導(dǎo)體材料概念簡(jiǎn)述

半導(dǎo)體材料本質(zhì)上屬于一種特殊應(yīng)用物質(zhì)，其導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體或絕緣體之間，具有良好的應(yīng)用價(jià)值，在電子設(shè)備中可以發(fā)揮重要作用。通過應(yīng)用半導(dǎo)體材料制作相關(guān)零部件，能夠?yàn)榇笠?guī)模集成電路或器件的應(yīng)用提供重要支持，有利于設(shè)備運(yùn)行速度或穩(wěn)定性進(jìn)一步提升。通常情況下，半導(dǎo)體電子材料的電導(dǎo)率具有固定化特征，同時(shí)導(dǎo)電性能表現(xiàn)良好。若材料溫度不斷提升，會(huì)使電導(dǎo)率隨之增加，進(jìn)而為實(shí)現(xiàn)特殊應(yīng)用功能提供基礎(chǔ)條件。一部分熱敏電阻即采用半導(dǎo)體材料的此類特性，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)溫度變化而改變的性能表現(xiàn)[1]。同時(shí)還可加入部分雜質(zhì)，使半導(dǎo)體的形成PN結(jié)，為制作二極、三極元件提供基礎(chǔ)條件。一部分半導(dǎo)體材料可以在光照條件變化的情況下出現(xiàn)電學(xué)性能轉(zhuǎn)變，因此能夠用于制作光敏電阻，實(shí)現(xiàn)特殊功能。此外，還存在一部分半導(dǎo)體材料可以實(shí)現(xiàn)溫差變化效應(yīng)，能夠用于制作制冷劑等特殊材料?？梢哉J(rèn)為，半導(dǎo)體材料應(yīng)用范圍較為廣泛，其在社會(huì)層面具有良好的開發(fā)價(jià)值。通過分析其常見分類與未來發(fā)展趨勢(shì)，能夠進(jìn)一步明確在電子科學(xué)技術(shù)層面展現(xiàn)的應(yīng)用價(jià)值，有利于探索行業(yè)建設(shè)方法，為科技發(fā)展與生活質(zhì)量改善打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

二、電子科學(xué)技術(shù)常用半導(dǎo)體分類探究

（一）半導(dǎo)體硅

硅材料屬于最為常見的一種半導(dǎo)體類型，其在電子科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)間最早，屬于成熟應(yīng)用材料之一。硅元素在地球上的儲(chǔ)量極多，能夠被以簡(jiǎn)單方式開發(fā)，制造硅片、非晶硅薄膜等。這些應(yīng)用材料可以直接發(fā)揮半導(dǎo)體元件作用，在電子科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域得到深入開發(fā)。當(dāng)前，采用硅單晶作為半導(dǎo)體材料的主要應(yīng)用方式為直拉或區(qū)熔兩種方式，直拉硅主要在集成電路與晶體管制造流程中發(fā)揮基礎(chǔ)價(jià)值，其整體規(guī)格較大，同時(shí)工藝復(fù)雜程度高，屬于獨(dú)特的硅單晶半導(dǎo)體應(yīng)用方式。區(qū)熔硅材料則通常被應(yīng)用在電力設(shè)備的元件生產(chǎn)領(lǐng)域，在多年發(fā)展與改進(jìn)后，已經(jīng)具有良好的穩(wěn)定性，能夠確保電力設(shè)備維持正常運(yùn)行，避免出現(xiàn)嚴(yán)重問題。硅單晶類半導(dǎo)體材料從純度層面、物理特性層面、結(jié)構(gòu)層面、成本層面處于相對(duì)成熟的狀態(tài)，能夠有效平衡基礎(chǔ)應(yīng)用資源與收益，具有良好的開發(fā)與推廣價(jià)值[2]。

（二）光子晶體

在電子科學(xué)技術(shù)應(yīng)用過程中，半導(dǎo)體屬于常用的材料類型之一。光子晶體屬于人工微結(jié)構(gòu)類型材料，其最早出現(xiàn)于二十世紀(jì)九十年代，以本身具有光子帶隙這一特征而得名。在該材料應(yīng)用階段，光子帶隙可以使某一范圍內(nèi)的光波得以通過，并阻礙其它波段的光波。通過這種方式，能夠?qū)崿F(xiàn)特殊應(yīng)用功能，因此該材料具有顯著開發(fā)價(jià)值。從結(jié)構(gòu)角度進(jìn)行分析，光子晶體具有禁帶特性，有利于降低基礎(chǔ)成本。因此，光子晶體得到了廣泛認(rèn)可，在微電子行業(yè)中得到了深度應(yīng)用。為進(jìn)一步提高電子產(chǎn)品的基礎(chǔ)質(zhì)量，相關(guān)技術(shù)開始向大規(guī)模集中化轉(zhuǎn)變。光子晶體在這一轉(zhuǎn)變中具有重要影響意義，因此值得進(jìn)行深入研究與分析。

（三）砷化鎵單晶

砷化鎵屬于IV族中較為常見的一種應(yīng)用化合物，其屬于典型半導(dǎo)體材料，相對(duì)于常規(guī)應(yīng)用材料而言具有良好的處理價(jià)值，同時(shí)可以耐受較高的溫度，并降低輻射對(duì)穩(wěn)定性的影響。砷化鎵在半導(dǎo)體材料類型中具有較強(qiáng)的代表性特征，其可以提供高質(zhì)量的半絕緣類型晶體，通過利用離子注入處理方式，為生產(chǎn)質(zhì)量?jī)?yōu)秀的集成化電路提供基礎(chǔ)條件，應(yīng)用價(jià)值較為顯著。因此，砷化鎵在電子科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。此外，砷化鎵屬于III-V族化合物材料，其具有直接躍遷的能帶結(jié)構(gòu)特征，在光電產(chǎn)業(yè)或技術(shù)開發(fā)層面存在優(yōu)秀的應(yīng)用效果[3]。隨著電子科學(xué)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，砷化鎵應(yīng)用規(guī)模將會(huì)逐漸擴(kuò)大，在集成電路中得到科學(xué)處理，充分發(fā)揮其基礎(chǔ)價(jià)值。

三、電子科學(xué)技術(shù)半導(dǎo)體材料未來發(fā)展趨勢(shì)研究

（一）氧化鋅

在材料類型中，氧化鋅屬于重要的半導(dǎo)體應(yīng)用趨勢(shì)之一。這種材料可以在光學(xué)領(lǐng)域、傳感器領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，其制作的元件基礎(chǔ)響應(yīng)速度快，同時(shí)集成度相對(duì)于其它材料更高、消耗的功率更低，具有顯著的靈敏度優(yōu)勢(shì)。通過將其應(yīng)用在微型傳感器中，能夠有效降低基礎(chǔ)成本投入，并提高其靈敏程度，使信息數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性得到提升。同時(shí)，氧化鋅的獲取難度較低，對(duì)于自然生態(tài)環(huán)境的污染性小，具有良好的綠色特性。在未來電子科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域環(huán)保需求逐漸增長(zhǎng)的狀態(tài)下，氧化鋅必然會(huì)得到行業(yè)重視，并給予開發(fā)與推廣，為改進(jìn)未來應(yīng)用元件提供良好的材料選擇。因此，需要重視氧化鋅在電子科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值，明確未來半導(dǎo)體行業(yè)技術(shù)開發(fā)方向，確保其作為新型應(yīng)用材料能夠得到科學(xué)應(yīng)用，進(jìn)一步強(qiáng)化基礎(chǔ)特性，實(shí)現(xiàn)理想的推廣與發(fā)展目標(biāo)。

（二）新型硅化合物

在半導(dǎo)體材料中，硅屬于應(yīng)用較為廣泛同時(shí)產(chǎn)業(yè)技術(shù)成熟度較高的一種類型。未來電子科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域?qū)τ诓牧系囊髮?huì)愈發(fā)嚴(yán)格。在這種情況下，針對(duì)新型硅材料的研究也將提上日程。新型硅材料中，碳化硅屬于較為重要的發(fā)展趨勢(shì)之一。碳化硅基礎(chǔ)導(dǎo)熱性能表現(xiàn)優(yōu)秀，相對(duì)于其它半導(dǎo)體材料穩(wěn)定性極高，因此在特殊領(lǐng)域能夠得到廣泛應(yīng)用，如散熱要求較高的軍工、航天等行業(yè)。同時(shí)，碳化硅作為半導(dǎo)體應(yīng)用材料，可以被制作為太陽能電池，并在發(fā)電與傳輸流程中發(fā)揮重要作用，有利于降低基礎(chǔ)成本，并提高輸電效率等經(jīng)濟(jì)因素[4]。在軍工行業(yè)內(nèi)，碳化硅可以在部分國(guó)防建設(shè)項(xiàng)目中得到深入應(yīng)用，其基礎(chǔ)穩(wěn)定性良好，同時(shí)成本較低，因此性價(jià)比在半導(dǎo)體材料中處于名列前茅的狀態(tài)。由于碳化硅材料應(yīng)用范圍在當(dāng)前仍然較為稀少，因此相關(guān)生產(chǎn)行業(yè)建設(shè)與規(guī)模擴(kuò)張速度較為緩慢。在這種情況下，由于市場(chǎng)需求增加、供應(yīng)較為缺乏，因此未來電子科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域?qū)τ诓牧系膽?yīng)用范圍將會(huì)進(jìn)一步拓展，產(chǎn)業(yè)建設(shè)速度會(huì)逐步提升，使碳化硅成為新型半導(dǎo)體材料中的重要組成部分。未來我國(guó)將會(huì)加強(qiáng)碳化硅材料的研發(fā)力度，并提高相關(guān)投入，使行業(yè)人才儲(chǔ)備能夠得到有效豐富。在電子科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，相關(guān)產(chǎn)業(yè)的受重視程度也會(huì)不斷提升，同時(shí)行業(yè)對(duì)于材料的需求會(huì)快速增長(zhǎng)。在這種情況下，應(yīng)當(dāng)重視發(fā)展措施的應(yīng)用，確保碳化硅材料的成本能夠得到有效削減，并強(qiáng)化其在電子科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的功能價(jià)值，使此類材料的應(yīng)用技術(shù)能夠進(jìn)一步推廣，為未來行業(yè)建設(shè)與發(fā)展提供重要助力。

（三）鎵化合物

在電子科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，半導(dǎo)體材料具有顯著應(yīng)用價(jià)值。當(dāng)前較為成熟的半導(dǎo)體材料類型已經(jīng)在上文簡(jiǎn)述，鎵化合物應(yīng)用價(jià)值在整體層面已經(jīng)開始逐漸展現(xiàn)。通過對(duì)未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行研究，能夠明確半導(dǎo)體材料的實(shí)際改進(jìn)方向，有利于及時(shí)掌握市場(chǎng)與行業(yè)轉(zhuǎn)變特性，進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)效益，為電子科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在半導(dǎo)體材料發(fā)展趨勢(shì)中，鎵化合物在提煉角度與應(yīng)用方面仍然處于有待改進(jìn)的狀態(tài)，其在電子科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用效果與國(guó)外存在顯著差距。在此類化合物材料中，氮化鎵屬于未來重要應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)之一。這一材料的熱效應(yīng)極低，同時(shí)擊穿效應(yīng)表現(xiàn)良好，在半導(dǎo)體領(lǐng)域具有顯著應(yīng)用優(yōu)勢(shì)[5]。在實(shí)際應(yīng)用階段，氮化鎵可以在高溫環(huán)境維持良好的穩(wěn)定性，在大功率元件制作方面具有優(yōu)秀表現(xiàn)，同時(shí)也可以用于制作微波裝置，實(shí)用性較高。同時(shí)，氮化鎵的帶隙物理寬度較大，因此可以在藍(lán)光LED裝置中進(jìn)行應(yīng)用，未來市場(chǎng)前景可觀。我國(guó)氮化鎵材料產(chǎn)業(yè)起步較晚，因此相對(duì)于國(guó)外仍然存在成本控制與成品性能差距。但是隨著氮化鎵材料應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)張，其在其他領(lǐng)域的價(jià)值也開始凸顯，包括新能源、光學(xué)、軍工等。未來鎵化合物的發(fā)展將會(huì)得到社會(huì)廣泛重視，在半導(dǎo)體行業(yè)中地位將迅速提升，值得進(jìn)行深入研究與推廣。

（四）超晶管與一維微結(jié)構(gòu)

在電子科學(xué)技術(shù)發(fā)展過程中，對(duì)半導(dǎo)體材料的創(chuàng)新需求處于不斷增加的狀態(tài)。為進(jìn)一步滿足相關(guān)技術(shù)應(yīng)用需要，并強(qiáng)化半導(dǎo)體材料的實(shí)用特性，超晶管與一維微結(jié)構(gòu)材料應(yīng)運(yùn)而生。這兩種材料的實(shí)際性能表現(xiàn)較為優(yōu)秀，同時(shí)可以在電子科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。例如，納米晶體管屬于兩種技術(shù)形式的綜合體現(xiàn)，其能夠在電子科學(xué)技術(shù)應(yīng)用或相關(guān)設(shè)備中發(fā)揮關(guān)鍵功能，因此得到了廣泛重視。在未來發(fā)展趨勢(shì)中，針對(duì)超晶管與一維微結(jié)構(gòu)材料的探究工作將會(huì)不斷開展，相關(guān)產(chǎn)業(yè)的投入也會(huì)迅速增加。為避免在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)層面陷入劣勢(shì)，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)需要集中資源種類，包括財(cái)政、人力、物力等，確保這兩種半導(dǎo)體材料能夠得到充分的技術(shù)開發(fā)，進(jìn)一步提高整體應(yīng)用價(jià)值，為滿足相關(guān)行業(yè)需求與經(jīng)濟(jì)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

四、結(jié)束語

綜上所述，當(dāng)前電子科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度逐漸加快，對(duì)于半導(dǎo)體材料的應(yīng)用需求也大幅增加。通過分析相關(guān)材料未來發(fā)展趨勢(shì)，能夠明確其基礎(chǔ)應(yīng)用價(jià)值，有利于判斷未來市場(chǎng)需求，為提高經(jīng)濟(jì)效益提供理想條件。

作者單位：姜舶洋? ? 吉林工商學(xué)院工學(xué)院

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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