半導(dǎo)體的制造方法精選(九篇)

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第1篇：半導(dǎo)體的制造方法范文

【關(guān)鍵詞】電子化工材料 半導(dǎo)體材料 晶體生長技術(shù)

半導(dǎo)體材料的發(fā)展，是在器件需要的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，但從另一個角度來看，隨著半導(dǎo)體新材料的出現(xiàn)，也推動了半導(dǎo)體新器件的發(fā)展。近幾年，電子器件發(fā)展的多朝向體積小、頻率高、功率大、速度快等幾個方面[1]。除了這些之外，還要求新材料能夠耐輻射、耐高溫。想要滿足這些條件，就要對材料的物理性能加大要求，同時，也與材料的制備，也就是晶體生長技術(shù)有關(guān)。因此，在半導(dǎo)體材料的發(fā)展過程中，不僅要發(fā)展擁有特殊優(yōu)越性能的品種，還要對晶體發(fā)展的新技術(shù)進(jìn)行研究開發(fā)。

1 半導(dǎo)體電子器件需要的材料1.1 固體組件所需材料

目前，半導(dǎo)體電子所需要的材料依然是以鍺、硅為主要的材料，但是所用材料的制備方法卻不一樣，有的器件需要使用拉制的材料，還有的器件需要外延的材料，采用外延硅單晶薄膜制造的固體組件，有對制造微電路有著十分重要的作用。

1.2 快速器件所需材料

利用硅外延單晶薄膜或者外延鍺的同質(zhì)結(jié)，可以制造快速開關(guān)管。外延薄膜單晶少數(shù)載流子只能存活幾個微秒[2]，在制造快速開關(guān)管的時候，采用外延單晶薄膜來制造，就可以解決基區(qū)薄的問題。

1.3 超高頻和大功率晶體管的材料

超高頻晶體管對材料的載流子有一定的要求，材料載流子的遷移率要大，在當(dāng)前看來，鍺就是一種不錯的材料，砷化鎵也是一種較好的材料，不過要先將晶體管的設(shè)計(jì)以及制造工藝進(jìn)行改變。大功率的晶體管就對材料的禁帶寬度有了一定的要求，硅的禁帶寬度就要大于鍺的禁帶寬度，碳化硅、磷化鎵、砷化鎵等材料，也都具有一定的發(fā)展前途。如果想要制造超高頻的大功率晶體管，就會對材料的禁帶寬度以及載流子遷移率都有一定的要求。但是，目前所常用的化合物半導(dǎo)體以及元素半導(dǎo)體，都不能完全滿足要求，只有固溶體有一定的希望。例如，砷化鎵-磷化鎵固溶體中，磷化鎵的含量為5%，最高可以抵抗500℃以上的高溫，禁帶寬度為1.7eV，當(dāng)載流子的濃度到達(dá)大約1017/cm3的時候，載流子的遷移率可以達(dá)到5000cm3/ v.s[3]，能夠滿足超高頻大功率晶體的需要。

1.4 耐熱的半導(dǎo)體材料

目前比較常見的材料主要有：氧化物、Ⅱ-Ⅵ族化合物、碳化硅和磷化鎵等。但是只有碳化硅的整流器、碳化硅的二極管以及磷化鎵的二極管能夠真正做出器件。因?yàn)椴牧媳旧淼闹委熅捅容^差，所以做出的器件性能也不盡人意。所以，需要對耐高溫半導(dǎo)體材料的應(yīng)用進(jìn)行更進(jìn)一步的研究，滿足器件的要求。

1.5 耐輻射的半導(dǎo)體材料

在原子能方面以及星際航行方面所使用的半導(dǎo)體電子器件，要有很強(qiáng)的耐輻照性。想要使半導(dǎo)體電子器件具有耐輻照的性能，就要求半導(dǎo)體所用的材料是耐輻照的。近幾年來，有許多國家都對半導(dǎo)體材料與輻照之間的關(guān)系進(jìn)行了研究，研究的材料通常都是硅和鍺，但是硅和鍺的耐輻射性能并不理想。據(jù)研究表明，碳化硅具有較好的耐輻照性，不過材料的摻雜元素不同，晶體生長的方式也就不一樣，耐輻照的性能也就不盡相同[4]，這個問題還需要進(jìn)一步研究。

2 晶體生長技術(shù)

2.1 外延單晶薄膜生長的技術(shù)

近年來，固體組件發(fā)展非常迅速，材料外延的雜質(zhì)控制是非常嚴(yán)格的，由于器件制造用光刻技術(shù)之后，對外延片的平整度要求也較高，在技術(shù)上還存在著許多不足。除了硅和鍺的外延之外，單晶薄膜也逐漸開展起來。使用外延單晶制造的激光器，可以在室內(nèi)的溫度下相干，這對軍用激光器的制造有著重要的意義。

2.2 片狀晶體的制備

在1964年的國際半導(dǎo)體會議中，展出了鍺的薄片單晶，這個單晶長為2米，寬為8至9毫米，厚為0.3至0.5毫米，每一米長內(nèi)厚度的波動在100微米以內(nèi)，單晶的表面非常光滑并且平整，位錯的密度為零[5]。如果在制造晶體管的時候，使用這種單晶薄片，就可以免去切割、拋光等步驟，不僅能夠減少材料的浪費(fèi)，還可以提升晶體表面的完整程度，從而提高晶體管的性能，增加單晶的利用率。對費(fèi)用的控制有重要的意義。

3 半導(dǎo)體材料的展望

3.1 元素半導(dǎo)體

到目前為止，硅、鍺單晶制備都得到了很大程度的發(fā)展，晶體的均勻性和完整性也都達(dá)到了比較高的水平，在今后的發(fā)展過程中，要注意以下幾點(diǎn)：①對晶體生長條件的控制要更加嚴(yán)格；②注重晶體生長的新形式；③對摻雜元素的種類進(jìn)行擴(kuò)展。晶體非常重要的一方面就是其完整性，晶體的完整性對器件有著較大的影響，切割、研磨等步驟會破壞晶體的完整度，經(jīng)過腐蝕之后，平整度也會受到影響。片狀單晶的完整度和平整度都要優(yōu)于晶體，能夠避免晶體的缺陷。使用片狀單晶制造擴(kuò)散器件，不僅能夠改善器件的電學(xué)性能，還可以降低器件表面的漏電率，所以，要對片狀單晶制備的研究進(jìn)行加強(qiáng)。

3.2 化合物半導(dǎo)體

化合物半導(dǎo)體主要有砷化鎵單晶和碳化硅單晶。通過幾年的研究發(fā)展，砷化鎵單晶在各個方面都得到了顯著的提高，但是仍然與硅、鍺有很大的差距，因此，在今后要將砷化鎵質(zhì)量的提升作為研究中重要的一點(diǎn)，主要的工作內(nèi)容有：①改進(jìn)單晶制備的技術(shù)，提高單晶的完整度和均勻度；②提高砷化鎵的純度；③提高晶體制備容器的純度；④通過多種渠道對晶體生長和引入的缺陷進(jìn)行研究；⑤分析雜質(zhì)在砷化鎵中的行為，對高阻砷化鎵的來源進(jìn)行研究[6]。對碳化硅單晶的研制則主要是在完整性、均勻性以及純度等三個方面進(jìn)行。

4 結(jié)論

半導(dǎo)體器件的性能直接受半導(dǎo)體材料的質(zhì)量的影響，半導(dǎo)體材料也對半導(dǎo)體的研究工作有著重要的意義。想要提高半導(dǎo)體材料的質(zhì)量，就要將工作的質(zhì)量提高，提高超微量分析的水平，有利于元素純度的提高，得到超純的元素。要提高單晶制備所使用容器的純度。還要對材料的性能以及制備方法加大研究，促進(jìn)新材料的發(fā)展。半導(dǎo)體材料的發(fā)展也與材料的制備，也就是晶體生長技術(shù)有關(guān)。因此，在半導(dǎo)體材料的發(fā)展過程中，不僅要發(fā)展擁有特殊優(yōu)越性能的品種，也要對晶體發(fā)展的新技術(shù)進(jìn)行研究開發(fā)。

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第2篇：半導(dǎo)體的制造方法范文

在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，一般將硅、鍺稱為第一代半導(dǎo)體材料;將砷化鎵、磷化銦、磷化鎵等稱為第二代半導(dǎo)體材料;而將寬禁帶eg2.3ev的氮化鎵、碳化硅和金剛石等稱為第三代半導(dǎo)體材料。本文介紹了三代半導(dǎo)體的性質(zhì)比較、應(yīng)用領(lǐng)域、國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀和進(jìn)展情況等。

關(guān)鍵詞

半導(dǎo)體材料;多晶硅;單晶硅;砷化鎵;氮化鎵

1前言

半導(dǎo)體材料是指電阻率在107Ωcm10-3Ωcm，界于金屬和絕緣體之間的材料。半導(dǎo)體材料是制作晶體管、集成電路、電力電子器件、光電子器件的重要基礎(chǔ)材料[1]，支撐著通信、計(jì)算機(jī)、信息家電與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。電子信息產(chǎn)業(yè)規(guī)模最大的是美國和日本，其2002年的銷售收入分別為3189億美元和2320億美元[2]。近幾年來，我國電子信息產(chǎn)品以舉世矚目的速度發(fā)展，2002年銷售收入以1.4億人民幣居全球第3位，比上年增長20，產(chǎn)業(yè)規(guī)模是1997年的2.5倍，居國內(nèi)各工業(yè)部門首位[3]。半導(dǎo)體材料及應(yīng)用已成為衡量一個國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技進(jìn)步和國防實(shí)力的重要標(biāo)志。

半導(dǎo)體材料的種類繁多，按化學(xué)組成分為元素半導(dǎo)體、化合物半導(dǎo)體和固溶體半導(dǎo)體;按組成元素分為一元、二元、三元、多元等;按晶態(tài)可分為多晶、單晶和非晶;按應(yīng)用方式可分為體材料和薄膜材料。大部分半導(dǎo)體材料單晶制片后直接用于制造半導(dǎo)體材料，這些稱為“體材料”;相對應(yīng)的“薄膜材料”是在半導(dǎo)體材料或其它材料的襯底上生長的，具有顯著減少“體材料”難以解決的固熔體偏析問題、提高純度和晶體完整性、生長異質(zhì)結(jié)，能用于制造三維電路等優(yōu)點(diǎn)。許多新型半導(dǎo)體器件是在薄膜上制成的，制備薄膜的技術(shù)也在不斷發(fā)展。薄膜材料有同質(zhì)外延薄膜、異質(zhì)外延薄膜、超晶格薄膜、非晶薄膜等。

在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，一般將硅、鍺稱為第一代半導(dǎo)體材料;將砷化鎵、磷化銦、磷化鎵、砷化銦、砷化鋁及其合金等稱為第二代半導(dǎo)體材料;而將寬禁帶eg2.3ev的氮化鎵、碳化硅、硒化鋅和金剛石等稱為第三代半導(dǎo)體材料[4]。上述材料是目前主要應(yīng)用的半導(dǎo)體材料，三代半導(dǎo)體材料代表品種分別為硅、砷化鎵和氮化鎵。本文沿用此分類進(jìn)行介紹。

2主要半導(dǎo)體材料性質(zhì)及應(yīng)用

材料的物理性質(zhì)是產(chǎn)品應(yīng)用的基礎(chǔ)，表1列出了主要半導(dǎo)體材料的物理性質(zhì)及應(yīng)用情況[5]。表中禁帶寬度決定發(fā)射光的波長，禁帶寬度越大發(fā)射光波長越短藍(lán)光發(fā)射;禁帶寬度越小發(fā)射光波長越長。其它參數(shù)數(shù)值越高，半導(dǎo)體性能越好。電子遷移速率決定半導(dǎo)體低壓條件下的高頻工作性能，飽和速率決定半導(dǎo)體高壓條件下的高頻工作性能。

硅材料具有儲量豐富、價格低廉、熱性能與機(jī)械性能優(yōu)良、易于生長大尺寸高純度晶體等優(yōu)點(diǎn)，處在成熟的發(fā)展階段。目前，硅材料仍是電子信息產(chǎn)業(yè)最主要的基礎(chǔ)材料，95以上的半導(dǎo)體器件和99以上的集成電路ic是用硅材料制作的。在21世紀(jì)，可以預(yù)見它的主導(dǎo)和核心地位仍不會動搖。但是硅材料的物理性質(zhì)限制了其在光電子和高頻高功率器件上的應(yīng)用。

砷化鎵材料的電子遷移率是硅的6倍多，其器件具有硅器件所不具有的高頻、高速和光電性能，并可在同一芯片同時處理光電信號，被公認(rèn)是新一代的通信用材料。隨著高速信息產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，砷化鎵成為繼硅之后發(fā)展最快、應(yīng)用最廣、產(chǎn)量最大的半導(dǎo)體材料。同時，其在軍事電子系統(tǒng)中的應(yīng)用日益廣泛，并占據(jù)不可取代的重要地位。

gan材料的禁帶寬度為硅材料的3倍多，其器件在大功率、高溫、高頻、高速和光電子應(yīng)用方面具有遠(yuǎn)比硅器件和砷化鎵器件更為優(yōu)良的特性，可制成藍(lán)綠光、紫外光的發(fā)光器件和探測器件。近年來取得了很大進(jìn)展，并開始進(jìn)入市場。與制造技術(shù)非常成熟和制造成本相對較低的硅半導(dǎo)體材料相比，第三代半導(dǎo)體材料目前面臨的最主要挑戰(zhàn)是發(fā)展適合gan薄膜生長的低成本襯底材料和大尺寸的gan體單晶生長工藝。

主要半導(dǎo)體材料的用途如表2所示?？梢灶A(yù)見以硅材料為主體、gaas半導(dǎo)體材料及新一代寬禁帶半導(dǎo)體材料共同發(fā)展將成為集成電路及半導(dǎo)體器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主流。

3半導(dǎo)體材料的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

3.1半導(dǎo)體硅材料

3.1.1多晶硅

多晶硅是制備單晶硅和太陽能電池的原料，主要生產(chǎn)方法為改良西門子法。目前全世界每年消耗約18000t25000t半導(dǎo)體級多晶硅。2001年全球多晶硅產(chǎn)能為23900t，生產(chǎn)高度集中于美、日、德3國。美國先進(jìn)硅公司和哈姆洛克公司產(chǎn)能均達(dá)6000t/a，德國瓦克化學(xué)公司和日本德山曹達(dá)公司產(chǎn)能超過3000t/a，日本三菱高純硅公司、美國memc公司和三菱多晶硅公司產(chǎn)能超過1000t/a，絕大多數(shù)世界市場由上述7家公司占有。2000年全球多晶硅需求為22000t，達(dá)到峰值，隨后全球半導(dǎo)體市場滑坡;2001年多晶硅實(shí)際產(chǎn)量為17900t，為產(chǎn)能的75左右。全球多晶硅市場供大于求，隨著半導(dǎo)體市場的恢復(fù)和太陽能用多晶硅的增長，多晶硅供需將逐步平衡。

我國多晶硅嚴(yán)重短缺。我國多晶硅工業(yè)起步于50年代，60年代實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。由于技術(shù)水平低、生產(chǎn)規(guī)模太小、環(huán)境污染嚴(yán)重、生產(chǎn)成本高，目前只剩下峨嵋半導(dǎo)體材料廠和洛陽單晶硅廠2個廠家生產(chǎn)多晶硅。2001年生產(chǎn)量為80t[7]，僅占世界產(chǎn)量的0.4，與當(dāng)今信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展和多晶硅的市場需求急劇增加極不協(xié)調(diào)。我國這種多晶硅供不應(yīng)求的局面還將持續(xù)下去。據(jù)專家預(yù)測，2005年國內(nèi)多晶硅年需求量約為756t，2010年為1302t。

峨嵋半導(dǎo)體材料廠和洛陽單晶硅廠1999年多晶硅生產(chǎn)能力分別為60t/a和20t/a。峨嵋半導(dǎo)體材料廠1998年建成的100t/a規(guī)模的多晶硅工業(yè)性生產(chǎn)示范線，提高了各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，使我國擁有了多晶硅生產(chǎn)的自主知識產(chǎn)權(quán)。該廠正在積極進(jìn)行1000t/a多晶硅項(xiàng)目建設(shè)的前期工作。洛陽單晶硅廠擬將多晶硅產(chǎn)量擴(kuò)建至300t/a，目前處在可行性研究階段。

3.1.2單晶硅

生產(chǎn)單晶硅的工藝主要采用直拉法cz、磁場直拉法mcz、區(qū)熔法fz以及雙坩鍋拉晶法。硅晶片屬于資金密集型和技術(shù)密集型行業(yè)，在國際市場上產(chǎn)業(yè)相對成熟，市場進(jìn)入平穩(wěn)發(fā)展期，生產(chǎn)集中在少數(shù)幾家大公司，小型公司已經(jīng)很難插手其中。

目前國際市場單晶硅產(chǎn)量排名前5位的公司分別是日本信越化學(xué)公司、德瓦克化學(xué)公司、日本住友金屬公司、美國memc公司和日本三菱材料公司。這5家公司2000年硅晶片的銷售總額為51.47億元，占全球銷售額的70.9，其中的3家日本公司占據(jù)了市場份額的46.1，表明日本在全球硅晶片行業(yè)中占據(jù)了主導(dǎo)地位[8]。

集成電路高集成度、微型化和低成本的要求對半導(dǎo)體單晶材料的電阻率均勻性、金屬雜質(zhì)含量、微缺陷、晶片平整度、表面潔凈度等提出了更加苛刻的要求詳見文獻(xiàn)[8]，晶片大尺寸和高質(zhì)量成為必然趨勢。目前全球主流硅晶片已由直徑8英寸逐漸過渡到12英寸晶片，研制水平達(dá)到16英寸。

我國單晶硅技術(shù)及產(chǎn)業(yè)與國外差距很大，主要產(chǎn)品為6英寸以下，8英寸少量生產(chǎn)，12英寸開始研制。隨著半導(dǎo)體分立元件和硅光電池用低檔和廉價硅材料需求的增加，我國單晶硅產(chǎn)量逐年增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2001年我國半導(dǎo)體硅材料的銷售額達(dá)9.06億元，年均增長26.4。單晶硅產(chǎn)量為584t，拋光片產(chǎn)量5183萬平方英寸，主要規(guī)格為3英寸6英寸，6英寸正片已供應(yīng)集成電路企業(yè)，8英寸主要用作陪片。單晶硅出口比重大，出口額為4648萬美元，占總銷售額的42.6，較2000年增長了5.3[7]。目前，國外8英寸ic生產(chǎn)線正向我國戰(zhàn)略性移動，我國新建和在建的f8英寸ic生產(chǎn)線有近10條之多，對大直徑高質(zhì)量的硅晶片需求十分強(qiáng)勁，而國內(nèi)供給明顯不足，基本依賴進(jìn)口，我國硅晶片的技術(shù)差距和結(jié)構(gòu)不合理可見一斑。在現(xiàn)有形勢和優(yōu)勢面前發(fā)展我國的硅單晶和ic技術(shù)面臨著巨大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

我國硅晶片生產(chǎn)企業(yè)主要有北京有研硅股、浙大海納公司、洛陽單晶硅廠、上海晶華電子、浙江硅峰電子公司和河北寧晉單晶硅基地等。有研硅股在大直徑硅單晶的研制方面一直居國內(nèi)領(lǐng)先地位，先后研制出我國第一根6英寸、8英寸和12英寸硅單晶，單晶硅在國內(nèi)市場占有率為40。2000年建成國內(nèi)第一條可滿足0.25μm線寬集成電路要求的8英寸硅單晶拋光片生產(chǎn)線;在北京市林河工業(yè)開發(fā)區(qū)建設(shè)了區(qū)熔硅單晶生產(chǎn)基地，一期工程計(jì)劃投資1.8億元，年產(chǎn)25t區(qū)熔硅和40t重?fù)缴楣鑶尉?，?jì)劃2003年6月底完工;同時承擔(dān)了投資達(dá)1.25億元的863項(xiàng)目重中之重課題“12英寸硅單晶拋光片的研制”。浙大海納主要從事單晶硅、半導(dǎo)體器件的開發(fā)、制造及自動化控制系統(tǒng)和儀器儀表開發(fā)，近幾年實(shí)現(xiàn)了高成長性的高速發(fā)展。

3.2砷化鎵材料

用于大量生產(chǎn)砷化鎵晶體的方法是傳統(tǒng)的lec法液封直拉法和hb法水平舟生產(chǎn)法。國外開發(fā)了兼具以上2種方法優(yōu)點(diǎn)的vgf法垂直梯度凝固法、vb法垂直布里支曼法和vcz法蒸氣壓控制直拉法，成功制備出4英寸6英寸大直徑gaas單晶。各種方法比較詳見表3。

移動電話用電子器件和光電器件市場快速增長的要求，使全球砷化鎵晶片市場以30的年增長率迅速形成數(shù)十億美元的大市場，預(yù)計(jì)未來20年砷化鎵市場都具有高增長性。日本是最大的生產(chǎn)國和輸出國，占世界市場的7080;美國在1999年成功地建成了3條6英寸砷化鎵生產(chǎn)線，在砷化鎵生產(chǎn)技術(shù)上領(lǐng)先一步。日本住友電工是世界最大的砷化鎵生產(chǎn)和銷售商，年產(chǎn)gaas單晶30t。美國axt公司是世界最大的vgf

gaas材料生產(chǎn)商[8]。世界gaas單晶主要生產(chǎn)商情況見表4。國際上砷化鎵市場需求以4英寸單晶材料為主，而6英寸單晶材料產(chǎn)量和市場需求快速增加，已占據(jù)35以上的市場份額。研制和小批量生產(chǎn)水平達(dá)到8英寸。

我國gaas材料單晶以2英寸3英寸為主，

4英寸處在產(chǎn)業(yè)化前期，研制水平達(dá)6英寸。目前4英寸以上晶片及集成電路gaas晶片主要依賴進(jìn)口。砷化鎵生產(chǎn)主要原材料為砷和鎵。雖然我國是砷和鎵的資源大國，但僅能生產(chǎn)品位較低的砷、鎵材料6n以下純度，主要用于生產(chǎn)光電子器件。集成電路用砷化鎵材料的砷和鎵原料要求達(dá)7n，基本靠進(jìn)口解決。

國內(nèi)gaas材料主要生產(chǎn)單位為中科鎵英、有研硅股、信息產(chǎn)業(yè)部46所、55所等。主要競爭對手來自國外。中科鎵英2001年起計(jì)劃投入近2億資金進(jìn)行砷化鎵材料的產(chǎn)業(yè)化，初期計(jì)劃規(guī)模為4英寸6英寸砷化鎵單晶晶片5萬片8萬片，4英寸6英寸分子束外延砷化鎵基材料2萬片3萬片，目前該項(xiàng)目仍在建設(shè)期。目前國內(nèi)砷化鎵材料主要由有研硅股供應(yīng)，2002年銷售gaas晶片8萬片。我國在努力縮小gaas技術(shù)水平和生產(chǎn)規(guī)模的同時，應(yīng)重視具有獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)，發(fā)展我國的砷化鎵產(chǎn)業(yè)。

3.3氮化鎵材料

gan半導(dǎo)體材料的商業(yè)應(yīng)用研究始于1970年，其在高頻和高溫條件下能夠激發(fā)藍(lán)光的特性一開始就吸引了半導(dǎo)體開發(fā)人員的極大興趣。但gan的生長技術(shù)和器件制造工藝直到近幾年才取得了商業(yè)應(yīng)用的實(shí)質(zhì)進(jìn)步和突破。由于gan半導(dǎo)體器件在光電子器件和光子器件領(lǐng)域廣闊的應(yīng)用前景，其廣泛應(yīng)用預(yù)示著光電信息乃至光子信息時代的來臨。

2000年9月美國kyma公司利用aln作襯底，開發(fā)出2英寸和4英寸gan新工藝;2001年1月美國nitronex公司在4英寸硅襯底上制造gan基晶體管獲得成功;2001年8月臺灣powdec公司宣布將規(guī)模生產(chǎn)4英寸gan外延晶片。gan基器件和產(chǎn)品開發(fā)方興未艾。目前進(jìn)入藍(lán)光激光器開發(fā)的公司包括飛利浦、索尼、日立、施樂和惠普等。包括飛利浦、通用等光照及汽車行業(yè)的跨國公司正積極開發(fā)白光照明和汽車用gan基led發(fā)光二極管產(chǎn)品。涉足gan基電子器件開發(fā)最為活躍的企業(yè)包括cree、rfmicrodevice以及nitronex等公司。

目前，日本、美國等國家紛紛進(jìn)行應(yīng)用于照明gan基白光led的產(chǎn)業(yè)開發(fā)，計(jì)劃于2015年-2020年取代白熾燈和日光燈，引起新的照明革命。據(jù)美國市場調(diào)研公司strstegiesunlimited分析數(shù)據(jù)，2001年世界gan器件市場接近7億美元，還處于發(fā)展初期。該公司預(yù)測即使最保守發(fā)展，2009年世界gan器件市場將達(dá)到48億美元的銷售額。

因gan材料尚處于產(chǎn)業(yè)初期，我國與世界先進(jìn)水平差距相對較小。深圳方大集團(tuán)在國家“超級863計(jì)劃”項(xiàng)目支持下，2001年與中科院半導(dǎo)體等單位合作，首期投資8千萬元進(jìn)行g(shù)an基藍(lán)光led產(chǎn)業(yè)化工作，率先在我國實(shí)現(xiàn)氮化鎵基材料產(chǎn)業(yè)化并成功投放市場。方大公司已批量生產(chǎn)出高性能gan芯片，用于封裝成藍(lán)、綠、紫、白光led，成為我國第一家具有規(guī)?；芯俊㈤_發(fā)和生產(chǎn)氮化鎵基半導(dǎo)體系列產(chǎn)品、并擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的企業(yè)。中科院半導(dǎo)體所自主開發(fā)的gan激光器2英寸外延片生產(chǎn)設(shè)備，打破了國外關(guān)鍵設(shè)備部件的封鎖。我國應(yīng)對大尺寸gan生長技術(shù)、器件及設(shè)備繼續(xù)研究，爭取在gan等第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中占據(jù)一定市場份額和地位。

4結(jié)語

不可否認(rèn)，微電子時代將逐步過渡到光電子時代，最終發(fā)展到光子時代。預(yù)計(jì)到2010年或2014年，硅材料的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展將走向極限，第二代和第三代半導(dǎo)體技術(shù)和產(chǎn)業(yè)將成為研究和發(fā)展的重點(diǎn)。我國政府決策部門、半導(dǎo)體科研單位和企業(yè)在現(xiàn)有的技術(shù)、市場和發(fā)展趨勢面前應(yīng)把握歷史機(jī)遇，迎接挑戰(zhàn)。

參考文獻(xiàn)

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[7]中國電子工業(yè)年鑒編委會.中國電子工業(yè)年鑒2002[m].

第3篇：半導(dǎo)體的制造方法范文

關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體材料 發(fā)展趨勢

中圖分類號：O47文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：

半導(dǎo)體信息功能材料和器件是信息科學(xué)技術(shù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)。半導(dǎo)體材料是最重要最有影響的功能材料之一，它在微電子領(lǐng)域具有獨(dú)占的地位，同時又是光電子領(lǐng)域的主要材料。半導(dǎo)體技術(shù)的迅速發(fā)展，必將深刻地影響著世界的政治、經(jīng)濟(jì)格局和軍事對抗的形式，徹底改變?nèi)藗兊纳罘绞健?/p>

一、幾種主流的半導(dǎo)體材料簡介

（一）半導(dǎo)體硅材料

硅是當(dāng)前微電子技術(shù)的基礎(chǔ)材料，預(yù)計(jì)到本世紀(jì)中葉都不會改變。從提高硅集成電路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）單晶的直徑和減小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si發(fā)展的總趨勢。從進(jìn)一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制適合于硅深亞微米乃至納米工藝所需的大直徑硅外延片會成為硅材料發(fā)展的主流。另外，SOI材料，包括智能剝離和SIMOX材料等也發(fā)展很快。理論分析指出30nm左右將是硅MOS集成電路線寬的“極限”尺寸。這不僅是指量子尺寸效應(yīng)對現(xiàn)有器件特性影響所帶來的物理限制和光刻技術(shù)的限制問題，更重要的是將受硅、SiO2自身性質(zhì)的限制。盡管人們正在積極尋找高K介電絕緣材料（如用Si3N4等來替代SiO2），低K介電互連材料，用Cu代替Al引線以及采用系統(tǒng)集成芯片技術(shù)等來提高ULSI的集成度、運(yùn)算速度和功能，但硅將最終難以滿足人類不斷的對更大信息量需求。為此，人們除尋求基于全新原理的量子計(jì)算和DNA生物計(jì)算等之外，還把目光放在以GaAs、InP為基的化合物半導(dǎo)體材料，特別是二維超晶格、量子阱，一維量子線與零維量子點(diǎn)材料和可與硅平面工藝兼容GeSi合金材料等，這也是目前半導(dǎo)體材料研發(fā)的重點(diǎn)。

（二）半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料

以GaAs和InP為基的晶格匹配和應(yīng)變補(bǔ)償?shù)某Ц?、量子阱材料已發(fā)展得相當(dāng)成熟，并成功地用來制造超高速、超高頻微電子器件和單片集成電路?；谏鲜霾牧象w系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探測器，紅、黃、橙光發(fā)光二極管和紅光激光器以及大功率半導(dǎo)體量子阱激光器已商品化；表面光發(fā)射器件和光雙穩(wěn)器件等也已達(dá)到或接近達(dá)到實(shí)用化水平。目前，研制高質(zhì)量的1.5μm分布反饋（DFB）激光器和電吸收（EA）調(diào)制器單片集成InP基多量子阱材料和超高速驅(qū)動電路所需的低維結(jié)構(gòu)材料是解決光纖通信瓶頸問題的關(guān)鍵。另外，用于制造準(zhǔn)連續(xù)兆瓦級大功率激光陣列的高質(zhì)量量子阱材料也受到人們的重視。目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作為超薄層微結(jié)構(gòu)材料發(fā)展的主流方向，正從直徑3英寸向4英寸過渡；生產(chǎn)型的MBE和M0CVD設(shè)備已研制成功并投入使用，每臺年生產(chǎn)能力可高達(dá)3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英、法、美、日等尖端科技公司等都有這種外延材料出售。生產(chǎn)型MBE和MOCVD設(shè)備的成熟與應(yīng)用，必然促進(jìn)襯底材料設(shè)備和材料評價技術(shù)的發(fā)展。

（三）光子晶體半導(dǎo)體材料及其發(fā)展趨勢

光子晶體是一種人工微結(jié)構(gòu)材料，介電常數(shù)周期的被調(diào)制在與工作波長相比擬的尺度，來自結(jié)構(gòu)單元的散射波的多重干涉形成一個光子帶隙，與半導(dǎo)體材料的電子能隙相似，并可用類似于固態(tài)晶體中的能帶論來描述三維周期介電結(jié)構(gòu)中光波的傳播，相應(yīng)光子晶體光帶隙（禁帶）能量的光波模式在其中的傳播是被禁止的。如果光子晶體的周期性被破壞，那么在禁帶中也會引入所謂的“施主”和“受主”模，光子態(tài)密度隨光子晶體維度降低而量子化。如三維受限的“受主”摻雜的光子晶體有希望制成非常高Q值的單模微腔，從而為研制高質(zhì)量微腔激光器開辟新的途徑。光子晶體的制備方法主要有：聚焦離子束（FIB）結(jié)合脈沖激光蒸發(fā)方法，即先用脈沖激光蒸發(fā)制備如Ag/MnO多層膜，再用FIB注入隔離形成一維或二維平面陣列光子晶體；基于功能粒子（磁性納米顆粒Fe2O3，發(fā)光納米顆粒CdS和介電納米顆粒TiO2）和共軛高分子的自組裝方法，可形成適用于可光范圍的三維納米顆粒光子晶體；二維多空硅也可制作成一個理想的3－5μm和1.5μm光子帶隙材料等。目前，二維光子晶體制造已取得很大進(jìn)展，但三維光子晶體的研究，仍是一個具有挑戰(zhàn)性的課題。有科學(xué)家提出了全息光柵光刻的方法來制造三維光子晶體，并取得了進(jìn)展。

第4篇：半導(dǎo)體的制造方法范文

關(guān)鍵詞：雙語教學(xué)；半導(dǎo)體制造技術(shù)；CMOS工藝集成

中圖分類號：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）11-0213-02

隨著中國加入WTO及中國改革開放的日趨深化，使得我國對雙語復(fù)合型人才的需求程度迅速提高。為了培養(yǎng)雙語復(fù)合型人才，2001年教育部頒發(fā)的《關(guān)于加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見》中對高等院校的本科教學(xué)提出了使用英語等外語進(jìn)行公共課和專業(yè)課教學(xué)的要求[1]?！半p語教學(xué)”的英文是“bilingual teaching”。《朗曼應(yīng)用語言學(xué)詞典》給出的定義是“The use of a second or foreign language in school for the teaching of content subjects”，即能在W校里使用第二語言或外語進(jìn)行各門學(xué)科的教學(xué)[2]。

《半導(dǎo)體制造技術(shù)》是電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的主干課程，系統(tǒng)介紹了集成電路芯片的制造工藝及工藝原理，詳細(xì)描述了集成電路制造的全過程。學(xué)生在初步掌握硅材料制備、氧化、淀積、光刻、刻蝕、離子注入、金屬化、化學(xué)機(jī)械平坦化等工藝及其設(shè)備的基礎(chǔ)上，掌握CMOS、雙極集成電路的工藝集成及測試封裝等。

一、《半導(dǎo)體制造技術(shù)之CMOS工藝集成》雙語教學(xué)存在的問題

《半導(dǎo)體制造技術(shù)》涉及電子、機(jī)械、材料、制造、物理、化學(xué)等多種學(xué)科，其理論性和實(shí)踐性均較強(qiáng)，且內(nèi)容更新快，在這樣的課程中開展雙語教學(xué)必定會遇到一些問題。

1.學(xué)生英語聽、說、閱讀能力有待提高?！栋雽?dǎo)體制造技術(shù)之CMOS工藝集成》雙語課的授課對象是大三學(xué)生。經(jīng)過兩年多的大學(xué)本科教育，大三的學(xué)生雖然具備了一定的專業(yè)基礎(chǔ)知識，大多數(shù)學(xué)生過了國家英語四級考試，而少部分學(xué)生過了國家英語六級考試，但學(xué)生的聽、說、讀、寫訓(xùn)練也僅限于圍繞《大學(xué)英語》課程及應(yīng)試來進(jìn)行，致使學(xué)生們并沒有將這些技能應(yīng)用于專業(yè)知識的學(xué)習(xí)。學(xué)生們沒有接觸過專業(yè)英語，英語專業(yè)詞匯掌握得少之又少，也缺乏英語專業(yè)論文閱讀的經(jīng)驗(yàn)，專業(yè)論文的寫作更無從談起?！栋雽?dǎo)體制造技術(shù)之CMOS工藝集成》課程內(nèi)容廣泛，知識點(diǎn)多。雙語教學(xué)中要求學(xué)生在英語環(huán)境中聽、讀并掌握這些專業(yè)知識點(diǎn)有相當(dāng)?shù)碾y度。

2.雙語教學(xué)師資短缺。雙語教學(xué)教師不僅要有過硬的教學(xué)能力和系統(tǒng)的專業(yè)知識，還要有精深的專業(yè)英語和流利的英語口語功底。這樣不僅讓學(xué)生系統(tǒng)掌握了專業(yè)知識，而且能運(yùn)用外語熟練進(jìn)行專業(yè)交流，使他們的整體素質(zhì)得以提高。近年來雖國內(nèi)外交流日益頻繁，但就我校的情況而言聘請的國外專家學(xué)者、海歸博士等多從事經(jīng)濟(jì)、金融等領(lǐng)域，還沒有從事電子科學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的外聘的國外學(xué)者和海歸博士。雙語教學(xué)的任務(wù)主要由有過旅美經(jīng)歷的、有豐富的專業(yè)課教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的高級教師來負(fù)責(zé)。但具備這樣條件的教師數(shù)量也非常有限，不能形成團(tuán)隊(duì)協(xié)作。

3.教材及教學(xué)方法的選擇?！栋雽?dǎo)體制造技術(shù)》國內(nèi)外教材很多，各教材側(cè)重點(diǎn)不同，有的偏重于科學(xué)研究，有的偏重于工程實(shí)踐；內(nèi)容各不盡相同；難易程度各不相同；受者群也各不相同。從良莠不齊的眾多教材中選擇合適的教材是至關(guān)重要的。選擇什么樣的教學(xué)方法也是要重點(diǎn)思考的，以最大程度地提高學(xué)生的專業(yè)知識和專業(yè)英語讀、說、寫能力。

二、《半導(dǎo)體制造技術(shù)之CMOS工藝集成》雙語教學(xué)實(shí)踐

本文第一作者于2013年夏季小學(xué)期開設(shè)《半導(dǎo)體制造技術(shù)之CMOS工藝集成》雙語課，授課對象為電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)三年級本科生。此時三年級本科生已經(jīng)學(xué)過了《半導(dǎo)體工藝》，掌握了《半導(dǎo)體制造技術(shù)》的基本概念、工藝原理及流程。在此基礎(chǔ)上開設(shè)《半導(dǎo)體制造技術(shù)之CMOS工藝集成》雙語教學(xué)既能鞏固相關(guān)的專業(yè)知識，也能掌握專業(yè)英語的聽、說、閱讀能力。

1.教材。綜合考慮各種因素，本課程選擇的教材是英文版的《硅超大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)：理論、實(shí)踐與模型》，作者James D.Plummer等，由電子工業(yè)出版社出版。該教材內(nèi)容由淺入深，寫作簡單明了易于理解，適于大專院校電子專業(yè)高年級學(xué)生使用?？紤]到學(xué)生的英語水平及授課時間的限制，雙語教學(xué)僅選擇該教材的第二章《CMOS工藝集成――CMOS反相器制造工藝流程》。輔助教材為中文版的《芯片制造――半導(dǎo)體工藝制程實(shí)用教程》（第五版），作者Peter Van Zant，韓鄭生等譯，由電子工業(yè)出版社出版。

2.教學(xué)方法?？紤]到學(xué)生的實(shí)際情況，本雙語課程采用英文教材，英文版書，中英文授課的模式。課前要求學(xué)生充分預(yù)習(xí)。課堂上教師對基礎(chǔ)英語中常見的重點(diǎn)詞匯、固定搭配、句式結(jié)構(gòu)等進(jìn)行適當(dāng)講述，在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)講解專業(yè)詞匯及科技文獻(xiàn)常用的表達(dá)方式。通過舉例歸納總結(jié)詞匯的專業(yè)性及日常應(yīng)用中的差異及科技文獻(xiàn)與通俗小說等寫作手法的不同。讓學(xué)生們參與教學(xué)，由學(xué)生先用英文通讀一段再用中文來講解，再由老師進(jìn)行講解總結(jié)。同時每次課都會利用一定的時間給學(xué)生播放Intel和斯坦福等多家機(jī)構(gòu)聯(lián)合出品的《Silicon Run》，該套視頻是微電子行業(yè)的經(jīng)典紀(jì)錄片，其詳細(xì)講述了硅集成電路（IC）工藝制程中的各單項(xiàng)工藝，如晶圓的制備、氧化、光刻、淀積、離子注入、刻蝕、金屬化、封裝等等。讓學(xué)生們生動形象地了解實(shí)際生產(chǎn)線上各工藝的同時，也能練習(xí)聽力，課后還能跟讀，一舉三得。待到學(xué)生聽、說、讀英語的能力提高了，教學(xué)模式最終會過渡到英文教材，英文版書，英語授課。

3.教學(xué)反饋。課程結(jié)束前對教學(xué)效果進(jìn)行的調(diào)查問卷顯示[3]，80%的學(xué)生認(rèn)為本課程教學(xué)有助于提高自己的專業(yè)英語水平，對閱讀專業(yè)英文論文及著作起到了拋磚引玉的作用。學(xué)生們認(rèn)為教學(xué)中的視頻在提高聽力的同時，讓他們更真切地了解了實(shí)際生產(chǎn)線上器件、集成電路的制造過程。

三、對開展《半導(dǎo)體制造技術(shù)之CMOS工藝集成》雙語教學(xué)的幾點(diǎn)建議

通過幾年的《半導(dǎo)體制造技術(shù)之CMOS工藝集成》雙語教學(xué)實(shí)踐，針對當(dāng)前的不足進(jìn)行了有益的探索，對開展雙語教學(xué)有幾點(diǎn)建議僅供探討。

1.在授課中意識到很多學(xué)生對英語心理上存在恐懼感，限制了他們學(xué)習(xí)的積極性，同時許多學(xué)生誤認(rèn)為專業(yè)英語的學(xué)習(xí)是重點(diǎn)，而忽略了專業(yè)英語只是教學(xué)工具，利用這個工具或媒介掌握專業(yè)知識才是根本。只有克服對英語的恐懼感，對雙語教學(xué)有正確認(rèn)識才能達(dá)到預(yù)期效果。

2.針對雙語教學(xué)師資缺乏的情況，學(xué)校應(yīng)依據(jù)“引進(jìn)來，送出去”的原t，在大力加強(qiáng)外國專家學(xué)者、海歸博士引進(jìn)工作的同時，可在校內(nèi)組織專門的培訓(xùn)，或者通過送到外校學(xué)習(xí)的形式提升教師講授雙語課的綜合能力。如果有條件聘請國外相關(guān)領(lǐng)域的知名專家學(xué)者、海歸博士與本校教師組成雙語課教學(xué)團(tuán)隊(duì)不失為非常好的解決辦法。

3.雙語教學(xué)應(yīng)循序漸進(jìn)，不能操之過急。雙語教學(xué)不能一蹴而就，防止一味硬灌和被動接受。應(yīng)循序漸進(jìn)，因地制宜，因材施教。教師與學(xué)生應(yīng)相互配合，相互信任，充分發(fā)揮各自的積極性和主動性，從雙語的教與學(xué)中獲得知識，收獲快樂。

四、結(jié)束語

雙語教學(xué)是培養(yǎng)復(fù)合型人才必不可少的手段。雖然國內(nèi)的雙語教學(xué)開展了十多年也取得了長足的進(jìn)步，但仍有諸多問題需要探討。本文介紹了《半導(dǎo)體制造技術(shù)之CMOS工藝集成》雙語教學(xué)的教學(xué)實(shí)踐并提出了相關(guān)的建議，以便完善今后的雙語教學(xué)實(shí)踐。

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Discussion on Bilingual Teaching in Semiconductor Fabrication Technology-CMOS Process Integration

LV Pina，QIU Weia，YUE Cheng-junb

（a. Physics School，Liaoning University；

b. College of Information，Liaoning University，Shenyang 110036，China）

第5篇：半導(dǎo)體的制造方法范文

關(guān)鍵詞：量子點(diǎn) 發(fā)光 量子點(diǎn)尺寸效應(yīng)

近幾年來，寬禁帶半導(dǎo)體發(fā)光材料引起人們極大的興趣，是因?yàn)檫@些材料在藍(lán)光及紫外光發(fā)光二極管、半導(dǎo)體激光器和紫外光探測器上有重要的應(yīng)用價值。這些器件在光信息存儲、全色顯示和紫外光探測上有巨大的市場需求，人們已經(jīng)制造出III族氮化物和ZnSe等藍(lán)光材料，并用這些材料制成了高效率的藍(lán)光發(fā)光二極管和激光器，這使全色顯示成為可能。量子點(diǎn)（QuantumDot）憑借自身獨(dú)特的光電特性越來越受到人們的重視，成為研究的熱點(diǎn)。

由于量子點(diǎn)所具有的量子尺寸、量子隧穿、庫侖阻塞、量子干涉、多體關(guān)聯(lián)和非線性光學(xué)效應(yīng)非常明顯，故在低維量子結(jié)構(gòu)的研究中，對載流子施以盡可能多的空間限制，制備零維量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)并開發(fā)其應(yīng)用，受到世界各國科學(xué)家和企業(yè)家的高度重視。

1、半導(dǎo)體量子點(diǎn)的制備方法

高質(zhì)量半導(dǎo)體量子點(diǎn)材料的制備是量子器件和電路應(yīng)用的基礎(chǔ)，如何實(shí)現(xiàn)對無缺陷量子點(diǎn)的形狀、尺寸、面密度、體密度和空間分布有序性等的可控生長，一直是材料科學(xué)家追求的目標(biāo)和關(guān)注的熱點(diǎn)。

應(yīng)變自組裝量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)生長技術(shù)是指在半導(dǎo)體外延生長過程中，由于襯底和外延層的晶格失配及表面、界面能不同，導(dǎo)致外延層島狀生長而制得量子點(diǎn)的方法。這種生長模式被稱為SK生長模式。外延過程的初期為二維平面生長，平面生長厚度通常只有幾個原子層厚，稱為浸潤層。隨浸潤層厚度的增加，應(yīng)變能不斷積累，當(dāng)達(dá)到某一臨界層厚度時，外延生長則由二維平面生長向三維島狀生長過渡，由此形成直徑為幾十納米、高度為幾納米的小島，這種材料若用禁帶較寬的材料包圍起來，就形成量子點(diǎn)。用這種方法制備的量子點(diǎn)具有尺寸小、無損傷的優(yōu)點(diǎn)。用這種方法已經(jīng)制備出了高質(zhì)量的GaN量子點(diǎn)激光器。

化學(xué)自組裝量子點(diǎn)制備方法是一種通過高分子偶聯(lián)劑將形成量子點(diǎn)的團(tuán)簇或納米顆粒聯(lián)結(jié)起來，并沉積在基質(zhì)材料上來制備量子點(diǎn)低維材料的方法。隨著人們對量子線、量子點(diǎn)制備和應(yīng)用的迫切需求，以上物理制備方法顯得費(fèi)時費(fèi)力，特別是在批量制備時更是如此，化學(xué)自組裝為納米量子點(diǎn)的平面印刷和納米有機(jī)-無機(jī)超晶格的制備提供了可能。由于化學(xué)自組裝量子點(diǎn)的制備具有量子點(diǎn)均勻有序、制備速度快、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，且選用不同的偶聯(lián)劑可以對不同的量子點(diǎn)前驅(qū)顆粒進(jìn)行不同對稱性的組裝，從而能制備出不同的量子點(diǎn)。它的出現(xiàn)為批量制備高功率半導(dǎo)體量子器件和激光器提供了一種有效的途徑，因此這種方法被認(rèn)為是制備量子點(diǎn)最有前途的方法之一。

2、 II-VI族半導(dǎo)體量子點(diǎn)的發(fā)光原理和發(fā)光特性

2.1 發(fā)光原理

半導(dǎo)體量子點(diǎn)的發(fā)光原理（如圖1-1所示），當(dāng)一束光照射到半導(dǎo)體材料上，半導(dǎo)體材料吸收光子后，其價帶上的電子躍遷到導(dǎo)帶，導(dǎo)帶上的電子還可以再躍遷回價帶而發(fā)射光子，也可以落入半導(dǎo)體材料的電子陷阱中。當(dāng)電子落入較深的電子陷阱中的時候，絕大部分電子以非輻射的形式而猝滅了，只有極少數(shù)的電子以光子的形式躍遷回價帶或吸收一定能量后又躍遷回到導(dǎo)帶。因此當(dāng)半導(dǎo)體材料的電子陷阱較深時，它的發(fā)光效率會明顯降低。

2.2 發(fā)光特性

由于受量子尺寸效應(yīng)和介電限域效應(yīng)的影響，半導(dǎo)體量子點(diǎn)顯示出獨(dú)特的發(fā)光特性。主要表現(xiàn)為：（1）半導(dǎo)體量子點(diǎn)的發(fā)光性質(zhì)可以通過改變量子點(diǎn)的尺寸來加以調(diào)控；（2）半導(dǎo)體量子點(diǎn)具有較大的斯托克斯位移和較窄而且對稱的熒光譜峰（半高全寬只有40nm）；（3）半導(dǎo)體量子點(diǎn)具有較高的發(fā)光效率。半導(dǎo)體量子點(diǎn)的發(fā)光特性，除了量子點(diǎn)的三維量子限制作用之外，還有其他諸多因素需要考慮。不過人們通過大膽嘗試與努力探索，已在量子點(diǎn)的發(fā)光特性研究方面取得了很大的進(jìn)展。

3、量子點(diǎn)材料的應(yīng)用

鑒于量子點(diǎn)的獨(dú)特理化性質(zhì)，科學(xué)工作者就量子點(diǎn)材料的應(yīng)用研究開展了大量的工作，研究領(lǐng)域主要集中在納米電子學(xué)、光電子學(xué)、生命科學(xué)和量子計(jì)算等領(lǐng)域，下面介紹一下量子點(diǎn)在這些方面的應(yīng)用。

3.1量子點(diǎn)激光器

用量子線或量子點(diǎn)設(shè)計(jì)并制作微結(jié)構(gòu)激光器的新思想是由日本的兩名年輕的科學(xué)家在1982年提出了，但是由于制備工藝的難度很大而擱淺。隨著技術(shù)的進(jìn)步，到90年代初，利用MBE和MOCVD技術(shù)，通過 Stranski―Krastanow（S―K）模式生長In（Ga）As/GaAs自組裝量子點(diǎn)等零維半導(dǎo)體材料有了突破性的進(jìn)展，生長出品格較完整，尺寸較均勻，且密度和發(fā)射率較高的InAs量子點(diǎn)，并于1994年制備出近紅外波段In（Ga）As/GaAs量子點(diǎn)激光器。

3.2量子點(diǎn)紅外探測器

半導(dǎo)體材料紅外探測器的研究一直吸引人們非常廣泛的興趣。以量子點(diǎn)作為有源區(qū)的紅外探測器從理論上比量子阱紅外探測器具有更大的優(yōu)勢，這些優(yōu)勢包括：（1）量子點(diǎn)探測器可以探測垂直入射的光，無需像量子阱探測器那樣要制作復(fù)雜的光柵；（2）量子點(diǎn)分立態(tài)的間隔大約為50meV-70meV，由于聲子瓶頸效應(yīng)，電子在量子點(diǎn)分立態(tài)上的弛豫時間比在量子阱能態(tài)上長，這有利于制造工作溫度高的器件；（3）三維載流子限制降低了熱發(fā)射和暗電流；（4）探測器不需冷卻，這將會大大減少陣列和成像系統(tǒng)的尺寸及成本。因此，量子點(diǎn)探測器已經(jīng)成為光探測器研究的前沿，并取得了重大進(jìn)展。

3.3 單電子器件

電子器件是基于庫侖阻塞效應(yīng)和單電子隧道效應(yīng)的基本原理，通過控制在微小隧道結(jié)體系中單個電子的隧穿過程來實(shí)現(xiàn)特定功能的器件，是一種新型的納米電子器件。

3.4 量子計(jì)算機(jī)

量子計(jì)算機(jī)是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲及處理量子信息的物理裝置。當(dāng)某個裝置處理和計(jì)算的是量子信息，運(yùn)行的是量子算法時，它就是量子計(jì)算機(jī)。1998年，Loss和Di Vincenzo描述了利用耦合單電子量子點(diǎn)上的自旋態(tài)來構(gòu)造量子比特，實(shí)現(xiàn)信息傳遞的方法。

除此之外，量子點(diǎn)在生物化學(xué)、分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、藥物篩選、生物大分子相互作用等研究中有極大的應(yīng)用前景。

結(jié)束語 我們相信量子點(diǎn)技術(shù)應(yīng)用的未來出現(xiàn)很多奇跡，隨著對量子點(diǎn)的深入研究，其在各個領(lǐng)域的應(yīng)用前景還將更加廣闊。

參考文獻(xiàn)

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第6篇：半導(dǎo)體的制造方法范文

關(guān)鍵詞：節(jié)能；電源管理；功率半導(dǎo)體；智能電網(wǎng)

隨著環(huán)保問題日益引起重視，低碳、環(huán)保之詞充斥于各大媒體，引發(fā)了一系列關(guān)于環(huán)保問題的討論。其實(shí)。在我們討論環(huán)保問題之時，必須明確的一個前提是不影響現(xiàn)階段的生活狀態(tài)。試想，如果讓人們強(qiáng)調(diào)環(huán)保以至于回到過去“鉆木取火”“日出而作日落而息”的狀態(tài)，估計(jì)沒多少人會繼續(xù)堅(jiān)持將環(huán)保的口號喊下去。因此，所謂環(huán)保，就是在現(xiàn)有生活水準(zhǔn)基礎(chǔ)上盡可能減少對地球環(huán)境的破壞，直觀點(diǎn)就是盡可能減少不可再生能源的應(yīng)用，以緩解二氧化碳給氣候帶來的壓力。然而人類現(xiàn)代化生活所需要的正常能源又是不可或缺的，因此必須在解決必要能源需求的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)環(huán)保的要求。

開源節(jié)流，從來都是相輔相成的兩個方面，對于環(huán)保而言同樣如此。開源，就是充分開發(fā)如太陽能、風(fēng)能、水利等可再生資源，而節(jié)流則是在相同生活需求的前提下，盡量降低能源損耗。對于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)而言，環(huán)保的責(zé)任就是通過盡可能降低半導(dǎo)體產(chǎn)品的電力消耗以及由半導(dǎo)體產(chǎn)品帶來的電力節(jié)省來實(shí)現(xiàn)能源消耗的節(jié)流。

BP世界能源報告指出，2007年全球能源消耗的三分之一來自于電子系統(tǒng)，累計(jì)耗電量超過17：IM Gwh(17.1兆千瓦時)，這個數(shù)字還將以3％左右的速度不斷攀升。2007年，中國電子系統(tǒng)的能源消耗超過2.8兆千瓦時，僅次于美國，如果通過半導(dǎo)體技術(shù)將現(xiàn)有電能消耗節(jié)約5％，就相當(dāng)于每年節(jié)省出5個三峽水電站的發(fā)電總量。

半導(dǎo)體的節(jié)能趨勢

無論從半導(dǎo)體廠商還是電源制造商的觀點(diǎn)來看(往往兩者有很多共同點(diǎn))，今后的主體發(fā)展趨勢仍將集中在進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)換效率，提升功率密度，高可靠性及更低成本。電源的效率幾乎是電源技術(shù)與應(yīng)用中永恒的主題，隨著全球經(jīng)濟(jì)的一體化和對節(jié)能環(huán)保的關(guān)注，更高的轉(zhuǎn)換效率意味著對能源的有效利用和減少能耗開支。以馬達(dá)驅(qū)動為例，近年來逐漸得到普及和應(yīng)用的電力電子變頻調(diào)速技術(shù)就變革性地改變了全世界工業(yè)和家庭用的交流電動機(jī)的使用，并極大程度地節(jié)約能源。配合液晶顯示技術(shù)而來的背光源電力電子應(yīng)用完全改變了傳統(tǒng)彩色電視機(jī)的市場、產(chǎn)品和消費(fèi)。

Microsemi功率產(chǎn)品部應(yīng)用工程經(jīng)理錢昶認(rèn)為，隨著電源系統(tǒng)功率處理能力的不斷上升和對系統(tǒng)體積不斷減小的要求，功率密度變成未來發(fā)展的重要課題：不同于早期的體積重量要求主要集中在航天軍工等特殊領(lǐng)域，功率密度現(xiàn)在大量的民用產(chǎn)品和應(yīng)用中也占據(jù)了舉足輕重的地位。便攜式電腦和手持移動通信設(shè)備就要求有極高的功率密度，使得設(shè)備本身變得更小超薄。另外，在中等功率范圍的應(yīng)用中。例如集中式的太陽能逆變器和工業(yè)電焊機(jī)，設(shè)備體積和重量也是重要的考慮因素。

高可靠性和成本常常是一對矛盾：在提高可靠性的同時，將會牽涉到使用更昂貴的材料或更多的元器件與電路。如何在此二者之間找到最佳的平衡和折衷也是未來電源技術(shù)與市場發(fā)展的主題之一。在通信電源領(lǐng)域，器件工作的可靠性歷來受到制造商和終端客戶的重視。半導(dǎo)體和系統(tǒng)的可靠性越高，生產(chǎn)廠商所承擔(dān)的產(chǎn)品保證所帶來的費(fèi)用就越低，而且同時降低了用戶在設(shè)備維護(hù)方面的人工與成本。在可靠性與成本方面突破性的發(fā)展將依賴于半導(dǎo)體器件的新工藝技術(shù)，以及無源元件，特別是磁元件和電容的材料，設(shè)計(jì)和制造的進(jìn)展。

直面設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

幫助工程師提升電源設(shè)計(jì)效率，一直是半導(dǎo)體廠商與電源系統(tǒng)工程師最關(guān)注的問題。進(jìn)一步提高能效依賴于半導(dǎo)體器件，電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和封裝技術(shù)的新發(fā)展或優(yōu)化選取。

首先，從器件方面，功率型金屬氧化物場效應(yīng)管(MOSFET)一直以來在小功率應(yīng)用方面占主導(dǎo)地位。溝道柵極技術(shù)已普遍于低壓MOSFET以減小通態(tài)電阻從而降低損耗。而在未來幾年里，淘道柵極技術(shù)有向較高電壓MOSFET推廣的趨勢。所以這對于300V以上的功率型MOSFBT管是一個新變化。近些年來超結(jié)(SuperJunction)MOSFET發(fā)展也很快，對應(yīng)于傳統(tǒng)的500V以上的平面MOSFET在通態(tài)電阻和電流密度方面具有競爭力，但是它的動態(tài)開關(guān)特性還是弱于平面MOSFET，從而使高頻高電壓應(yīng)用仍然偏向傳統(tǒng)型的MOSFET。另外寬禁帶MOSFET器件。例如氮化鎵(GaN)和碳化硅(sic)MOSFET在研發(fā)中不斷取得的成就也表明這些新型的復(fù)合半導(dǎo)體器件會逐步走向商用化，極大提升系統(tǒng)能效，改變硅半導(dǎo)體目前在市場上的一統(tǒng)局面。

其次，工程師可以靈活運(yùn)用各種各樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以提高系統(tǒng)效率。像現(xiàn)在通信電源和服務(wù)器電源設(shè)備中常用的零電壓開關(guān)相移式全橋結(jié)構(gòu)就是新拓?fù)浼有驴刂频牡浞?。在太陽能功率變換中，三電平二極管鉗位逆變器具有低成本、高效率的特點(diǎn)，作為一種新興的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能在特定應(yīng)用場合下提高能效。

最后，優(yōu)化半導(dǎo)體器件或電路的封裝也是提高系統(tǒng)能效的一種積極手段。關(guān)于這點(diǎn)常常被人們忽視。優(yōu)化的封裝可以直接改善電路中的雜散參數(shù)，例如寄生電感，從而優(yōu)化電特性。實(shí)踐表明緊湊的封裝不僅減小電路體積，更重要的是能減小開關(guān)過程中的電壓電流尖峰。使用相對低電壓等級的器件將有利于減少損耗。另外，優(yōu)化的封裝可改善系統(tǒng)散熱，以減低電路或器件的工作溫度，從而進(jìn)一步降低損耗。

概括地說，從系統(tǒng)角度出發(fā)，認(rèn)真選擇與優(yōu)化器件，電路與封裝配合優(yōu)化的控制方法就一定能最大限度地降低損耗，提升系統(tǒng)能效。

凌力爾特公司電源產(chǎn)品市場總監(jiān)Tony Armstrong介紹，任何系統(tǒng)中的功耗都必須以兩種方式解決，首先，跨整個負(fù)載電流范圍最大限度地提高轉(zhuǎn)換效率，其次，降低DC／De轉(zhuǎn)換器在所有工作模式時的靜態(tài)電流。因此，為了在降低系統(tǒng)功耗方面發(fā)揮積極作用，電源轉(zhuǎn)換和管理Ic必須提高效率，也就是降低功耗，并在輕負(fù)載和休眠模式具有非常低的功耗水平。特別是很多大功率系統(tǒng)都采用多種單階轉(zhuǎn)換或兩階轉(zhuǎn)換方法的組合來應(yīng)對有關(guān)的熱量問題。然而，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師面臨著一個以哪種方式來滿足特定系統(tǒng)需求的難題。電壓不斷下降的同時提高電流的需求日益增加，這持續(xù)促進(jìn)了很多這類大功率系統(tǒng)的開發(fā)。在這一領(lǐng)域取得的大多數(shù)進(jìn)步都可以追溯到電源轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域的改進(jìn)，尤其是電源Ic和電源半導(dǎo)體的改進(jìn)?？傊@些組件允許在對電源轉(zhuǎn)換效率影響最小的情況下提高開關(guān)效率，對提高電源性能做出了貢獻(xiàn)。這是通過降低開關(guān)和接通狀態(tài)的損耗、同時允許高效率去除熱量而得以實(shí)現(xiàn)的。不過，向較低輸出電壓遷移給這些參數(shù)施加了更大的壓力，這反 過來又導(dǎo)致了極大的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

節(jié)能方法大家談

當(dāng)能效標(biāo)準(zhǔn)逐漸成為電子產(chǎn)品新的緊箍咒，各大電源半導(dǎo)體廠商不得不面對電源管理技術(shù)的全新挑戰(zhàn)。

節(jié)能減耗是電源技術(shù)發(fā)展的主要趨勢和方向。目前的國際國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)對待機(jī)功耗，負(fù)載效率提出嚴(yán)格要求，比如EnergyStar、EPA等，對于半導(dǎo)體廠家來說要求提供更為有效方案來節(jié)能減耗。數(shù)字電源是另外一個發(fā)展趨勢，其具有傳統(tǒng)模擬所不具備的許多優(yōu)勢，在通信電源，新能源等將會得到更多應(yīng)用。德州儀器高級技術(shù)市場開拓工程師劉學(xué)超認(rèn)為，對于電源半導(dǎo)體供應(yīng)商來講，主要是通過新的控制方式和模式轉(zhuǎn)換來幫助提高效率降低功耗，在電源領(lǐng)域未來比較重要的發(fā)程熱點(diǎn)包括諧振控制技術(shù)、低待機(jī)功耗、超薄電源、LED驅(qū)動電源和數(shù)字電源。

半導(dǎo)體制造商正在開發(fā)多種創(chuàng)新技術(shù)，如全新的控制方法，可以省去附加的外部組件，從而也可以降低功耗。同時，雖然效率主要由所選擇的外部功率級設(shè)計(jì)和開關(guān)頻率來決定，但是半導(dǎo)體組件能夠減少I2R損耗。飛兆半導(dǎo)體亞太區(qū)市場行銷及應(yīng)用工程副總裁藍(lán)建锎認(rèn)為，主要發(fā)展趨勢和市場需求將會集中在提高功率轉(zhuǎn)換效率、組件集成度和降低待機(jī)功耗等方面。同步整流、交錯式拓?fù)浜蛿?shù)字通信等應(yīng)用不斷增多，未來數(shù)年，這三個方面將給電源和功率管理方式帶來重大的影響。

美國國家半導(dǎo)體(Ns)亞太區(qū)資深市場經(jīng)理吳志民介紹。NS一直在提高電源產(chǎn)品的易用性和功率密度方面進(jìn)行不懈的努力：客戶希望減少在電源設(shè)計(jì)方面的工作量，因此傾向于選擇易于使用的電源技術(shù)。電子設(shè)計(jì)業(yè)的專業(yè)化分工日趨明顯，許多客戶并非電源管理技術(shù)的專家，他們希望電源廠商提供容易使用的電源模塊，并且能夠提供相應(yīng)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)來加快產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)程。另一方面，由于現(xiàn)在的電子越來越朝著“輕薄”方向發(fā)展，供電系統(tǒng)占用越來越少印制電路板的板面空間，因此電源管理解決方案的功率密度必須不斷提高。美國國家半導(dǎo)體目前有多個辦法可以解決這些問題，例如采用更高的開關(guān)頻率、更先進(jìn)的封裝技術(shù)以及更精密的生產(chǎn)工藝。

安森美半導(dǎo)體電源及便攜產(chǎn)品全球銷售及營銷高級總監(jiān)鄭兆雄認(rèn)為，主體趨勢將是以創(chuàng)新技術(shù)來幫助電子產(chǎn)品提高能效，進(jìn)一步推動綠色節(jié)能趨勢。舉例來說，目前液晶電視市場快速發(fā)展，就其背光源而言，仍是傳統(tǒng)的冷陰極熒光燈(ccFL)占主導(dǎo)地位；新興的發(fā)光二極管(LED)背光源與之相比，色彩表現(xiàn)更優(yōu)勢，大幅降低能耗，且更加環(huán)保，但礙于成本因素，目前市場滲透率還相對較低，不過，LED背光源的液晶電視市場將在今后幾年內(nèi)趕上及超過CCPL背光源。除了液晶電視背光應(yīng)用，LED通用照明市場也將快速發(fā)展，隨著應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大，將進(jìn)一步從商業(yè)應(yīng)用向主流消費(fèi)及住宅市場滲透，讓用戶更廣泛地享受到綠色節(jié)能的好處。

更高層面的機(jī)遇

第7篇：半導(dǎo)體的制造方法范文

關(guān)鍵詞半導(dǎo)體材料量子線量子點(diǎn)材料光子晶體

1半導(dǎo)體材料的戰(zhàn)略地位

上世紀(jì)中葉，單晶硅和半導(dǎo)體晶體管的發(fā)明及其硅集成電路的研制成功，導(dǎo)致了電子工業(yè)革命；上世紀(jì)70年代初石英光導(dǎo)纖維材料和GaAs激光器的發(fā)明，促進(jìn)了光纖通信技術(shù)迅速發(fā)展并逐步形成了高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，使人類進(jìn)入了信息時代。超晶格概念的提出及其半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設(shè)計(jì)思想，使半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)與制造從“雜質(zhì)工程”發(fā)展到“能帶工程”。納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控制、操縱和制造功能強(qiáng)大的新型器件與電路，必將深刻地影響著世界的政治、經(jīng)濟(jì)格局和軍事對抗的形式，徹底改變?nèi)藗兊纳罘绞健?/p>

2幾種主要半導(dǎo)體材料的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

2.1硅材料

從提高硅集成電路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）單晶的直徑和減小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si發(fā)展的總趨勢。目前直徑為8英寸（200mm）的Si單晶已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，基于直徑為12英寸（300mm）硅片的集成電路（IC‘s）技術(shù)正處在由實(shí)驗(yàn)室向工業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)變中。目前300mm，0.18μm工藝的硅ULSI生產(chǎn)線已經(jīng)投入生產(chǎn)，300mm，0.13μm工藝生產(chǎn)線也將在2003年完成評估。18英寸重達(dá)414公斤的硅單晶和18英寸的硅園片已在實(shí)驗(yàn)室研制成功，直徑27英寸硅單晶研制也正在積極籌劃中。

從進(jìn)一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制適合于硅深亞微米乃至納米工藝所需的大直徑硅外延片會成為硅材料發(fā)展的主流。另外，SOI材料，包括智能剝離（Smartcut）和SIMOX材料等也發(fā)展很快。目前，直徑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開發(fā)中。

理論分析指出30nm左右將是硅MOS集成電路線寬的“極限”尺寸。這不僅是指量子尺寸效應(yīng)對現(xiàn)有器件特性影響所帶來的物理限制和光刻技術(shù)的限制問題，更重要的是將受硅、SiO2自身性質(zhì)的限制。盡管人們正在積極尋找高K介電絕緣材料（如用Si3N4等來替代SiO2），低K介電互連材料，用Cu代替Al引線以及采用系統(tǒng)集成芯片技術(shù)等來提高ULSI的集成度、運(yùn)算速度和功能，但硅將最終難以滿足人類不斷的對更大信息量需求。為此，人們除尋求基于全新原理的量子計(jì)算和DNA生物計(jì)算等之外，還把目光放在以GaAs、InP為基的化合物半導(dǎo)體材料，特別是二維超晶格、量子阱，一維量子線與零維量子點(diǎn)材料和可與硅平面工藝兼容GeSi合金材料等，這也是目前半導(dǎo)體材料研發(fā)的重點(diǎn)。

2.2GaAs和InP單晶材料

GaAs和InP與硅不同，它們都是直接帶隙材料，具有電子飽和漂移速度高，耐高溫，抗輻照等特點(diǎn)；在超高速、超高頻、低功耗、低噪音器件和電路，特別在光電子器件和光電集成方面占有獨(dú)特的優(yōu)勢。

目前，世界GaAs單晶的總年產(chǎn)量已超過200噸，其中以低位錯密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生長的2－3英寸的導(dǎo)電GaAs襯底材料為主；近年來，為滿足高速移動通信的迫切需求，大直徑（4，6和8英寸）的SI－GaAs發(fā)展很快。美國莫托羅拉公司正在籌建6英寸的SI－GaAs集成電路生產(chǎn)線。InP具有比GaAs更優(yōu)越的高頻性能，發(fā)展的速度更快，但研制直徑3英寸以上大直徑的InP單晶的關(guān)鍵技術(shù)尚未完全突破，價格居高不下。

GaAs和InP單晶的發(fā)展趨勢是：

（1）。增大晶體直徑，目前4英寸的SI－GaAs已用于生產(chǎn)，預(yù)計(jì)本世紀(jì)初的頭幾年直徑為6英寸的SI－GaAs也將投入工業(yè)應(yīng)用。

（2）。提高材料的電學(xué)和光學(xué)微區(qū)均勻性。

（3）。降低單晶的缺陷密度，特別是位錯。

（4）。GaAs和InP單晶的VGF生長技術(shù)發(fā)展很快，很有可能成為主流技術(shù)。

2.3半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料

半導(dǎo)體超薄層微結(jié)構(gòu)材料是基于先進(jìn)生長技術(shù)（MBE，MOCVD）的新一代人工構(gòu)造材料。它以全新的概念改變著光電子和微電子器件的設(shè)計(jì)思想，出現(xiàn)了“電學(xué)和光學(xué)特性可剪裁”為特征的新范疇，是新一代固態(tài)量子器件的基礎(chǔ)材料。

（1）Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料。

GaAIAs／GaAs，GaInAs／GaAs，AIGaInP／GaAs；GalnAs／InP，AlInAs／InP，InGaAsP／InP等GaAs、InP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，已成功地用來制造超高速，超高頻微電子器件和單片集成電路。高電子遷移率晶體管（HEMT），贗配高電子遷移率晶體管（P－HEMT）器件最好水平已達(dá)fmax=600GHz，輸出功率58mW，功率增益6.4db；雙異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HBT）的最高頻率fmax也已高達(dá)500GHz，HEMT邏輯電路研制也發(fā)展很快。基于上述材料體系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探測器，紅、黃、橙光發(fā)光二極管和紅光激光器以及大功率半導(dǎo)體量子阱激光器已商品化；表面光發(fā)射器件和光雙穩(wěn)器件等也已達(dá)到或接近達(dá)到實(shí)用化水平。目前，研制高質(zhì)量的1.5μm分布反饋（DFB）激光器和電吸收（EA）調(diào)制器單片集成InP基多量子阱材料和超高速驅(qū)動電路所需的低維結(jié)構(gòu)材料是解決光纖通信瓶頸問題的關(guān)鍵，在實(shí)驗(yàn)室西門子公司已完成了80×40Gbps傳輸40km的實(shí)驗(yàn)。另外，用于制造準(zhǔn)連續(xù)兆瓦級大功率激光陣列的高質(zhì)量量子阱材料也受到人們的重視。

雖然常規(guī)量子阱結(jié)構(gòu)端面發(fā)射激光器是目前光電子領(lǐng)域占統(tǒng)治地位的有源器件，但由于其有源區(qū)極薄（～0.01μm）端面光電災(zāi)變損傷，大電流電熱燒毀和光束質(zhì)量差一直是此類激光器的性能改善和功率提高的難題。采用多有源區(qū)量子級聯(lián)耦合是解決此難題的有效途徑之一。我國早在1999年，就研制成功980nmInGaAs帶間量子級聯(lián)激光器，輸出功率達(dá)5W以上；2000年初，法國湯姆遜公司又報道了單個激光器準(zhǔn)連續(xù)輸出功率超過10瓦好結(jié)果。最近，我國的科研工作者又提出并開展了多有源區(qū)縱向光耦合垂直腔面發(fā)射激光器研究，這是一種具有高增益、極低閾值、高功率和高光束質(zhì)量的新型激光器，在未來光通信、光互聯(lián)與光電信息處理方面有著良好的應(yīng)用前景。

為克服PN結(jié)半導(dǎo)體激光器的能隙對激光器波長范圍的限制，1994年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了基于量子阱內(nèi)子帶躍遷和阱間共振隧穿的量子級聯(lián)激光器，突破了半導(dǎo)體能隙對波長的限制。自從1994年InGaAs／InAIAs／InP量子級聯(lián)激光器（QCLs）發(fā)明以來，Bell實(shí)驗(yàn)室等的科學(xué)家，在過去的7年多的時間里，QCLs在向大功率、高溫和單膜工作等研究方面取得了顯著的進(jìn)展。2001年瑞士Neuchatel大學(xué)的科學(xué)家采用雙聲子共振和三量子阱有源區(qū)結(jié)構(gòu)使波長為9.1μm的QCLs的工作溫度高達(dá)312K，連續(xù)輸出功率3mW.量子級聯(lián)激光器的工作波長已覆蓋近紅外到遠(yuǎn)紅外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光譜、超高靈敏氣體傳感器、高速調(diào)制器和無線光學(xué)連接等方面顯示出重要的應(yīng)用前景。中科院上海微系統(tǒng)和信息技術(shù)研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子級聯(lián)激光器；中科院半導(dǎo)體研究所于2000年又研制成功3.7μm室溫準(zhǔn)連續(xù)應(yīng)變補(bǔ)償量子級聯(lián)激光器，使我國成為能研制這類高質(zhì)量激光器材料為數(shù)不多的幾個國家之一。

目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作為超薄層微結(jié)構(gòu)材料發(fā)展的主流方向，正從直徑3英寸向4英寸過渡；生產(chǎn)型的MBE和M0CVD設(shè)備已研制成功并投入使用，每臺年生產(chǎn)能力可高達(dá)3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英國卡迪夫的MOCVD中心，法國的PicogigaMBE基地，美國的QED公司，Motorola公司，日本的富士通，NTT，索尼等都有這種外延材料出售。生產(chǎn)型MBE和MOCVD設(shè)備的成熟與應(yīng)用，必然促進(jìn)襯底材料設(shè)備和材料評價技術(shù)的發(fā)展。

（2）硅基應(yīng)變異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。

硅基光、電器件集成一直是人們所追求的目標(biāo)。但由于硅是間接帶隙，如何提高硅基材料發(fā)光效率就成為一個亟待解決的問題。雖經(jīng)多年研究，但進(jìn)展緩慢。人們目前正致力于探索硅基納米材料（納米Si／SiO2），硅基SiGeC體系的Si1－yCy/Si1－xGex低維結(jié)構(gòu)，Ge／Si量子點(diǎn)和量子點(diǎn)超晶格材料，Si／SiC量子點(diǎn)材料，GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED發(fā)光器件和有關(guān)納米硅的受激放大現(xiàn)象的報道，使人們看到了一線希望。

另一方面，GeSi／Si應(yīng)變層超晶格材料，因其在新一代移動通信上的重要應(yīng)用前景，而成為目前硅基材料研究的主流。Si/GeSiMODFET和MOSFET的最高截止頻率已達(dá)200GHz，HBT最高振蕩頻率為160GHz，噪音在10GHz下為0.9db，其性能可與GaAs器件相媲美。

盡管GaAs／Si和InP／Si是實(shí)現(xiàn)光電子集成理想的材料體系，但由于晶格失配和熱膨脹系數(shù)等不同造成的高密度失配位錯而導(dǎo)致器件性能退化和失效，防礙著它的使用化。最近，Motolora等公司宣稱，他們在12英寸的硅襯底上，用鈦酸鍶作協(xié)變層（柔性層），成功的生長了器件級的GaAs外延薄膜，取得了突破性的進(jìn)展。

2.4一維量子線、零維量子點(diǎn)半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料

基于量子尺寸效應(yīng)、量子干涉效應(yīng)，量子隧穿效應(yīng)和庫侖阻效應(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（通過能帶工程實(shí)施）的新型半導(dǎo)體材料，是新一代微電子、光電子器件和電路的基礎(chǔ)。它的發(fā)展與應(yīng)用，極有可能觸發(fā)新的技術(shù)革命。

目前低維半導(dǎo)體材料生長與制備主要集中在幾個比較成熟的材料體系上，如GaAlAs／GaAs，In（Ga）As／GaAs，InGaAs／InAlAs／GaAs，InGaAs／InP，In（Ga）As／InAlAs／InP，InGaAsP／InAlAs／InP以及GeSi／Si等，并在納米微電子和光電子研制方面取得了重大進(jìn)展。俄羅斯約飛技術(shù)物理所MBE小組，柏林的俄德聯(lián)合研制小組和中科院半導(dǎo)體所半導(dǎo)體材料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的MBE小組等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子點(diǎn)激光器，工作波長lμm左右，單管室溫連續(xù)輸出功率高達(dá)3.6～4W.特別應(yīng)當(dāng)指出的是我國上述的MBE小組，2001年通過在高功率量子點(diǎn)激光器的有源區(qū)材料結(jié)構(gòu)中引入應(yīng)力緩解層，抑制了缺陷和位錯的產(chǎn)生，提高了量子點(diǎn)激光器的工作壽命，室溫下連續(xù)輸出功率為1W時工作壽命超過5000小時，這是大功率激光器的一個關(guān)鍵參數(shù)，至今未見國外報道。

在單電子晶體管和單電子存貯器及其電路的研制方面也獲得了重大進(jìn)展，1994年日本NTT就研制成功溝道長度為30nm納米單電子晶體管，并在150K觀察到柵控源－漏電流振蕩；1997年美國又報道了可在室溫工作的單電子開關(guān)器件，1998年Yauo等人采用0.25微米工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)了128Mb的單電子存貯器原型樣機(jī)的制造，這是在單電子器件在高密度存貯電路的應(yīng)用方面邁出的關(guān)鍵一步。目前，基于量子點(diǎn)的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)，單光子源和應(yīng)用于量子計(jì)算的量子比特的構(gòu)建等方面的研究也正在進(jìn)行中。

與半導(dǎo)體超晶格和量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的生長制備相比，高度有序的半導(dǎo)體量子線的制備技術(shù)難度較大。中科院半導(dǎo)體所半導(dǎo)體材料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的MBE小組，在繼利用MBE技術(shù)和SK生長模式，成功地制備了高空間有序的InAs／InAI（Ga）As／InP的量子線和量子線超晶格結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對InAs／InAlAs量子線超晶格的空間自對準(zhǔn)（垂直或斜對準(zhǔn)）的物理起因和生長控制進(jìn)行了研究，取得了較大進(jìn)展。

王中林教授領(lǐng)導(dǎo)的喬治亞理工大學(xué)的材料科學(xué)與工程系和化學(xué)與生物化學(xué)系的研究小組，基于無催化劑、控制生長條件的氧化物粉末的熱蒸發(fā)技術(shù)，成功地合成了諸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半導(dǎo)體氧化物納米帶，它們與具有圓柱對稱截面的中空納米管或納米線不同，這些原生的納米帶呈現(xiàn)出高純、結(jié)構(gòu)均勻和單晶體，幾乎無缺陷和位錯；納米線呈矩形截面，典型的寬度為20－300nm，寬厚比為5－10，長度可達(dá)數(shù)毫米。這種半導(dǎo)體氧化物納米帶是一個理想的材料體系，可以用來研究載流子維度受限的輸運(yùn)現(xiàn)象和基于它的功能器件制造。香港城市大學(xué)李述湯教授和瑞典隆德大學(xué)固體物理系納米中心的LarsSamuelson教授領(lǐng)導(dǎo)的小組，分別在SiO2／Si和InAs／InP半導(dǎo)體量子線超晶格結(jié)構(gòu)的生長制各方面也取得了重要進(jìn)展。

低維半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制備的方法很多，主要有：微結(jié)構(gòu)材料生長和精細(xì)加工工藝相結(jié)合的方法，應(yīng)變自組裝量子線、量子點(diǎn)材料生長技術(shù)，圖形化襯底和不同取向晶面選擇生長技術(shù)，單原子操縱和加工技術(shù)，納米結(jié)構(gòu)的輻照制備技術(shù)，及其在沸石的籠子中、納米碳管和溶液中等通過物理或化學(xué)方法制備量子點(diǎn)和量子線的技術(shù)等。目前發(fā)展的主要趨勢是尋找原子級無損傷加工方法和納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)變自組裝可控生長技術(shù)，以求獲得大小、形狀均勻、密度可控的無缺陷納米結(jié)構(gòu)。

2.5寬帶隙半導(dǎo)體材料

寬帶隙半導(dǎo)體材主要指的是金剛石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶體等，特別是SiC、GaN和金剛石薄膜等材料，因具有高熱導(dǎo)率、高電子飽和漂移速度和大臨界擊穿電壓等特點(diǎn)，成為研制高頻大功率、耐高溫、抗輻照半導(dǎo)體微電子器件和電路的理想材料；在通信、汽車、航空、航天、石油開采以及國防等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。另外，III族氮化物也是很好的光電子材料，在藍(lán)、綠光發(fā)光二極管（LED）和紫、藍(lán)、綠光激光器（LD）以及紫外探測器等應(yīng)用方面也顯示了廣泛的應(yīng)用前景。隨著1993年GaN材料的P型摻雜突破，GaN基材料成為藍(lán)綠光發(fā)光材料的研究熱點(diǎn)。目前，GaN基藍(lán)綠光發(fā)光二極管己商品化，GaN基LD也有商品出售，最大輸出功率為0.5W.在微電子器件研制方面，GaN基FET的最高工作頻率（fmax）已達(dá)140GHz，fT=67GHz，跨導(dǎo)為260ms／mm；HEMT器件也相繼問世，發(fā)展很快。此外，256×256GaN基紫外光電焦平面陣列探測器也已研制成功。特別值得提出的是，日本Sumitomo電子工業(yè)有限公司2000年宣稱，他們采用熱力學(xué)方法已研制成功2英寸GaN單晶材料，這將有力的推動藍(lán)光激光器和GaN基電子器件的發(fā)展。另外，近年來具有反常帶隙彎曲的窄禁帶InAsN，InGaAsN，GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重視，這是因?yàn)樗鼈冊陂L波長光通信用高T0光源和太陽能電池等方面顯示了重要應(yīng)用前景。

以Cree公司為代表的體SiC單晶的研制已取得突破性進(jìn)展，2英寸的4H和6HSiC單晶與外延片，以及3英寸的4HSiC單晶己有商品出售；以SiC為GaN基材料襯低的藍(lán)綠光LED業(yè)已上市，并參于與以藍(lán)寶石為襯低的GaN基發(fā)光器件的竟?fàn)?。其他SiC相關(guān)高溫器件的研制也取得了長足的進(jìn)步。目前存在的主要問題是材料中的缺陷密度高，且價格昂貴。

II－VI族蘭綠光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美國3M公司成功地解決了II－VI族的P型摻雜難點(diǎn)而得到迅速發(fā)展。1991年3M公司利用MBE技術(shù)率先宣布了電注入（Zn，Cd）Se／ZnSe蘭光激光器在77K（495nm）脈沖輸出功率100mW的消息，開始了II－VI族蘭綠光半導(dǎo)體激光（材料）器件研制的。經(jīng)過多年的努力，目前ZnSe基II－VI族蘭綠光激光器的壽命雖已超過1000小時，但離使用差距尚大，加之GaN基材料的迅速發(fā)展和應(yīng)用，使II－VI族蘭綠光材料研制步伐有所變緩。提高有源區(qū)材料的完整性，特別是要降低由非化學(xué)配比導(dǎo)致的點(diǎn)缺陷密度和進(jìn)一步降低失配位錯和解決歐姆接觸等問題，仍是該材料體系走向?qū)嵱没氨仨氁鉀Q的問題。

寬帶隙半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料往往也是典型的大失配異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，所謂大失配異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料是指晶格常數(shù)、熱膨脹系數(shù)或晶體的對稱性等物理參數(shù)有較大差異的材料體系，如GaN／藍(lán)寶石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引發(fā)界面處大量位錯和缺陷的產(chǎn)生，極大地影響著微結(jié)構(gòu)材料的光電性能及其器件應(yīng)用。如何避免和消除這一負(fù)面影響，是目前材料制備中的一個迫切要解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。這個問題的解泱，必將大大地拓寬材料的可選擇余地，開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域。

目前，除SiC單晶襯低材料，GaN基藍(lán)光LED材料和器件已有商品出售外，大多數(shù)高溫半導(dǎo)體材料仍處在實(shí)驗(yàn)室研制階段，不少影響這類材料發(fā)展的關(guān)鍵問題，如GaN襯底，ZnO單晶簿膜制備，P型摻雜和歐姆電極接觸，單晶金剛石薄膜生長與N型摻雜，II－VI族材料的退化機(jī)理等仍是制約這些材料實(shí)用化的關(guān)鍵問題，國內(nèi)外雖已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。

3光子晶體

光子晶體是一種人工微結(jié)構(gòu)材料，介電常數(shù)周期的被調(diào)制在與工作波長相比擬的尺度，來自結(jié)構(gòu)單元的散射波的多重干涉形成一個光子帶隙，與半導(dǎo)體材料的電子能隙相似，并可用類似于固態(tài)晶體中的能帶論來描述三維周期介電結(jié)構(gòu)中光波的傳播，相應(yīng)光子晶體光帶隙（禁帶）能量的光波模式在其中的傳播是被禁止的。如果光子晶體的周期性被破壞，那么在禁帶中也會引入所謂的“施主”和“受主”模，光子態(tài)密度隨光子晶體維度降低而量子化。如三維受限的“受主”摻雜的光子晶體有希望制成非常高Q值的單模微腔，從而為研制高質(zhì)量微腔激光器開辟新的途徑。光子晶體的制備方法主要有：聚焦離子束（FIB）結(jié)合脈沖激光蒸發(fā)方法，即先用脈沖激光蒸發(fā)制備如Ag/MnO多層膜，再用FIB注入隔離形成一維或二維平面陣列光子晶體；基于功能粒子（磁性納米顆粒Fe2O3，發(fā)光納米顆粒CdS和介電納米顆粒TiO2）和共軛高分子的自組裝方法，可形成適用于可光范圍的三維納米顆粒光子晶體；二維多空硅也可制作成一個理想的3－5μm和1.5μm光子帶隙材料等。目前，二維光子晶體制造已取得很大進(jìn)展，但三維光子晶體的研究，仍是一個具有挑戰(zhàn)性的課題。最近，Campbell等人提出了全息光柵光刻的方法來制造三維光子晶體，取得了進(jìn)展。

4量子比特構(gòu)建與材料

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)芯片集成度不斷增高，器件尺寸越來越?。╪m尺度）并最終將受到器件工作原理和工藝技術(shù)限制，而無法滿足人類對更大信息量的需求。為此，發(fā)展基于全新原理和結(jié)構(gòu)的功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)是21世紀(jì)人類面臨的巨大挑戰(zhàn)之一。1994年Shor基于量子態(tài)疊加性提出的量子并行算法并證明可輕而易舉地破譯目前廣泛使用的公開密鑰Rivest，Shamir和Adlman（RSA）體系，引起了人們的廣泛重視。

所謂量子計(jì)算機(jī)是應(yīng)用量子力學(xué)原理進(jìn)行計(jì)的裝置，理論上講它比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)有更快的運(yùn)算速度，更大信息傳遞量和更高信息安全保障，有可能超越目前計(jì)算機(jī)理想極限。實(shí)現(xiàn)量子比特構(gòu)造和量子計(jì)算機(jī)的設(shè)想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一個實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子計(jì)算的方案。其核心是利用硅納米電子器件中磷施主核自旋進(jìn)行信息編碼，通過外加電場控制核自旋間相互作用實(shí)現(xiàn)其邏輯運(yùn)算，自旋測量是由自旋極化電子電流來完成，計(jì)算機(jī)要工作在mK的低溫下。

這種量子計(jì)算機(jī)的最終實(shí)現(xiàn)依賴于與硅平面工藝兼容的硅納米電子技術(shù)的發(fā)展。除此之外，為了避免雜質(zhì)對磷核自旋的干擾，必需使用高純（無雜質(zhì)）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅單晶；減小SiO2絕緣層的無序漲落以及如何在硅里摻入規(guī)則的磷原子陣列等是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的關(guān)鍵。量子態(tài)在傳輸，處理和存儲過程中可能因環(huán)境的耦合（干擾），而從量子疊加態(tài)演化成經(jīng)典的混合態(tài)，即所謂失去相干，特別是在大規(guī)模計(jì)算中能否始終保持量子態(tài)間的相干是量子計(jì)算機(jī)走向?qū)嵱没八匦杩朔碾y題。

5發(fā)展我國半導(dǎo)體材料的幾點(diǎn)建議

鑒于我國目前的工業(yè)基礎(chǔ)，國力和半導(dǎo)體材料的發(fā)展水平，提出以下發(fā)展建議供參考。

5.1硅單晶和外延材料硅材料作為微電子技術(shù)的主導(dǎo)地位

至少到本世紀(jì)中葉都不會改變，至今國內(nèi)各大集成電路制造廠家所需的硅片基本上是依賴進(jìn)口。目前國內(nèi)雖已可拉制8英寸的硅單晶和小批量生產(chǎn)6英寸的硅外延片，然而都未形成穩(wěn)定的批量生產(chǎn)能力，更談不上規(guī)模生產(chǎn)。建議國家集中人力和財力，首先開展8英寸硅單晶實(shí)用化和6英寸硅外延片研究開發(fā)，在“十五”的后期，爭取做到8英寸集成電路生產(chǎn)線用硅單晶材料的國產(chǎn)化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我國應(yīng)有8～12英寸硅單晶、片材和8英寸硅外延片的規(guī)模生產(chǎn)能力；更大直徑的硅單晶、片材和外延片也應(yīng)及時布點(diǎn)研制。另外，硅多晶材料生產(chǎn)基地及其相配套的高純石英、氣體和化學(xué)試劑等也必需同時給以重視，只有這樣，才能逐步改觀我國微電子技術(shù)的落后局面，進(jìn)入世界發(fā)達(dá)國家之林。

5.2GaAs及其有關(guān)化合物半導(dǎo)體單晶材料發(fā)展建議

GaAs、InP等單晶材料同國外的差距主要表現(xiàn)在拉晶和晶片加工設(shè)備落后，沒有形成生產(chǎn)能力。相信在國家各部委的統(tǒng)一組織、領(lǐng)導(dǎo)下，并爭取企業(yè)介入，建立我國自己的研究、開發(fā)和生產(chǎn)聯(lián)合體，取各家之長，分工協(xié)作，到2010年趕上世界先進(jìn)水平是可能的。要達(dá)到上述目的，到“十五”末應(yīng)形成以4英寸單晶為主2－3噸／年的SI－GaAs和3－5噸／年摻雜GaAs、InP單晶和開盒就用晶片的生產(chǎn)能力，以滿足我國不斷發(fā)展的微電子和光電子工業(yè)的需術(shù)。到2010年，應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)4英寸GaAs生產(chǎn)線的國產(chǎn)化，并具有滿足6英寸線的供片能力。

5.3發(fā)展超晶格、量子阱和一維、零維半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料的建議

（1）超晶格、量子阱材料從目前我國國力和我們已有的基礎(chǔ)出發(fā)，應(yīng)以三基色（超高亮度紅、綠和藍(lán)光）材料和光通信材料為主攻方向，并兼顧新一代微電子器件和電路的需求，加強(qiáng)MBE和MOCVD兩個基地的建設(shè)，引進(jìn)必要的適合批量生產(chǎn)的工業(yè)型MBE和MOCVD設(shè)備并著重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP，GaN基藍(lán)綠光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料體系的實(shí)用化研究是當(dāng)務(wù)之急，爭取在“十五”末，能滿足國內(nèi)2、3和4英寸GaAs生產(chǎn)線所需要的異質(zhì)結(jié)材料。到2010年，每年能具備至少100萬平方英寸MBE和MOCVD微電子和光電子微結(jié)構(gòu)材料的生產(chǎn)能力。達(dá)到本世紀(jì)初的國際水平。

寬帶隙高溫半導(dǎo)體材料如SiC，GaN基微電子材料和單晶金剛石薄膜以及ZnO等材料也應(yīng)擇優(yōu)布點(diǎn)，分別做好研究與開發(fā)工作。

（2）一維和零維半導(dǎo)體材料的發(fā)展設(shè)想?；诘途S半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料的固態(tài)納米量子器件，目前雖然仍處在預(yù)研階段，但極其重要，極有可能觸發(fā)微電子、光電子技術(shù)新的革命。低維量子器件的制造依賴于低維結(jié)構(gòu)材料生長和納米加工技術(shù)的進(jìn)步，而納米結(jié)構(gòu)材料的質(zhì)量又很大程度上取決于生長和制備技術(shù)的水平。因而，集中人力、物力建設(shè)我國自己的納米科學(xué)與技術(shù)研究發(fā)展中心就成為了成敗的關(guān)鍵。具體目標(biāo)是，“十五”末，在半導(dǎo)體量子線、量子點(diǎn)材料制備，量子器件研制和系統(tǒng)集成等若干個重要研究方向接近當(dāng)時的國際先進(jìn)水平；2010年在有實(shí)用化前景的量子點(diǎn)激光器，量子共振隧穿器件和單電子器件及其集成等研發(fā)方面，達(dá)到國際先進(jìn)水平，并在國際該領(lǐng)域占有一席之地?？梢灶A(yù)料，它的實(shí)施必將極大地增強(qiáng)我國的經(jīng)濟(jì)和國防實(shí)力。

第8篇：半導(dǎo)體的制造方法范文

NASA的Glenn研究中心研發(fā)的新型氣凝膠具有很強(qiáng)的靈活性，能夠承受折疊、褶皺、破碎、踩壓等各種極限測試。專家稱這種新材料能夠承受1400攝氏度以上的高溫，而且在重量方面具有很強(qiáng)的優(yōu)勢，一塊厚皮能夠完整承受一輛汽車的重量。同時，它良好的隔熱抗沖擊等優(yōu)良性能能夠?yàn)槟壳暗墓I(yè)研發(fā)提供更多可能。

半導(dǎo)體上生長出石墨烯

挪威科學(xué)家開發(fā)出一種低成本的方法，能夠在砷化鎵納米線上生長出石墨烯。這種石墨烯半導(dǎo)體混合材料具有優(yōu)良的光電性能和透明、可彎曲等特性，而作為一種半導(dǎo)體器件制造的新方法，有望成為制造新型電子設(shè)備的基礎(chǔ)材料，加速石墨烯的商業(yè)化進(jìn)程，為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)帶來變革。

首個納米線光子開關(guān)

美國賓夕法尼亞大學(xué)用硫化鎘納米線制造出了第一個全光光子開關(guān)，并將其與邏輯門結(jié)合，而這是計(jì)算機(jī)芯片處理信息的基本組成部分。作為光子學(xué)前沿領(lǐng)域的重要進(jìn)展，其為依靠光脈沖計(jì)算的光子計(jì)算機(jī)的誕生打下了基礎(chǔ)。在未來，人們可能會看到“消費(fèi)電子產(chǎn)品”一詞，變成了“消費(fèi)光子產(chǎn)品”。

透明膠帶誘發(fā)出高溫超導(dǎo)現(xiàn)象

由多倫多大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的國際小組使用了透明膠帶和玻璃載片來放置高溫超導(dǎo)體，使其接近一種特殊類型的半導(dǎo)體——拓?fù)浣^緣體，從而在這種新奇的半導(dǎo)體內(nèi)誘發(fā)出了高溫超導(dǎo)現(xiàn)象。這一方法為研制可用于量子計(jì)算機(jī)和提升能效的新型設(shè)備鋪平了道路。

從微觀水平“嗅”出癌癥味道

迄今為止，精確識別癌細(xì)胞的標(biāo)準(zhǔn)方法是用一種能與癌細(xì)胞壁結(jié)合的生物受體，但其缺點(diǎn)是你要先知道相應(yīng)受體是什么。一個美國研究小組開發(fā)出一種快速、靈敏的探測方法，能從微觀水平識別出活組織內(nèi)各種細(xì)胞類型，幾分鐘內(nèi)就能區(qū)分出癌轉(zhuǎn)移組織和正常組織。這為快速診斷癌癥提供了一種比較通用的方法，并能減小活體檢查的入侵性。

可溶解的超薄電子器件助傷口快速愈合

可溶解的電子器件不僅具有環(huán)保價值，還有醫(yī)學(xué)價值?！犊茖W(xué)》雜志近日刊文表明，一種名為納米薄膜的超薄硅板，能夠在數(shù)天內(nèi)融化。溶解的速度是由桑蠶絲控制的，研究人員通過改變桑蠶絲的結(jié)晶方式來改變它的特性，從而控制電子器件的持久時間。這種名為“瞬態(tài)電子設(shè)備”領(lǐng)域的技術(shù)已經(jīng)被用于加熱傷口來避免傷口被細(xì)菌感染。

利用碳納米管獲得最小全息像素

全息影像技術(shù)主要指利用干涉和衍射原理記錄并再現(xiàn)物體真實(shí)的三維圖像，這種技術(shù)曾展現(xiàn)在許多描述未來生活的科幻電影中。英國劍橋大學(xué)的研究人員利用只有頭發(fā)絲七百分之一粗細(xì)的碳納米管傳導(dǎo)和散射光線，形成迄今最小的全息像素，從而獲取高清晰度的全息影像，且像素越小，清晰度就越高，這一技術(shù)未來有望提升全息圖像的視覺感受。

目前最有效的熱電材料問世

美國西北大學(xué)和密歇根州立大學(xué)基于常用的半導(dǎo)體碲化鉛，合作開發(fā)出一種穩(wěn)定的環(huán)保型熱電材料，熱電品質(zhì)因數(shù)（ZT）創(chuàng)下世界紀(jì)錄，達(dá)到2.2，可將15%至20%的廢（余）熱轉(zhuǎn)換成電力。這是迄今報告的最高效率。與此相比，“好奇”號火星探測器采用的碲化鉛熱電材料的熱電品質(zhì)因數(shù)為1，效率只有這種新材料的一半。

變異蛋白在血細(xì)胞中逐漸積累引發(fā)亨廷頓病

亨廷頓病是一種致命的遺傳神經(jīng)疾病，有發(fā)展成癡呆最后致死的可能性。而英國科學(xué)家利用新的檢測技術(shù)證明，導(dǎo)致亨廷頓病的有害蛋白是逐漸在血液細(xì)胞中積累起來的。他們對這些有害細(xì)胞是如何損害人的大腦進(jìn)行了詳細(xì)闡述。這一新發(fā)現(xiàn)不僅有助于監(jiān)測亨廷頓病的進(jìn)展情況，也有助于開發(fā)抑制有害蛋白的新藥。

人類首次測量超級黑洞半徑

黑洞作為宇宙中最神秘的天體之一在于其擁有強(qiáng)大的引力場，哪怕是光也無法逃脫。日前，由麻省理工學(xué)院海斯塔克天文臺研究人員領(lǐng)導(dǎo)的國際科學(xué)家小組首次測量了遙遠(yuǎn)星系中央?yún)^(qū)域黑洞的半徑。他們通過“事件視界望遠(yuǎn)鏡”觀測到黑洞邊緣附近發(fā)出的光線，即在物質(zhì)徹底落入黑洞之前可以抵達(dá)的最遠(yuǎn)事件視界邊緣來測量黑洞半徑，且發(fā)現(xiàn)一個質(zhì)量達(dá)到太陽質(zhì)量的60億倍超大質(zhì)量黑洞。

第9篇：半導(dǎo)體的制造方法范文

關(guān)鍵詞：集成電路；創(chuàng)新；系統(tǒng)；平臺

DOI: 10.3969/j.issn.1005-5517.2012.5.004

IC主要驅(qū)動力是市場

現(xiàn)階段我國的IC（集成電路）業(yè)快速發(fā)展，主要去驅(qū)動力是市場。因此滿足應(yīng)用是最大的挑戰(zhàn)，但這對本土IC業(yè)是陌生的，因?yàn)檫^去我們只管做芯片。芯片企業(yè)該如何理解應(yīng)用？如何能從市場的變化中感受出芯片的方向？這長期來說是本土企業(yè)的弱項(xiàng)。

當(dāng)前，還有很多人混淆創(chuàng)新和發(fā)明之間的差異，國家核高基重大專項(xiàng)總體專家組組長、中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會副理事長魏少軍指出，我們更多的是在做發(fā)明而不是創(chuàng)新。創(chuàng)新是當(dāng)發(fā)明走向市場、形成銷售、有錢賺的時候才是創(chuàng)新。魏少軍在從事重大專項(xiàng)工作時，見到很多企業(yè)在談技術(shù)上有新的想法，但離變成錢還有一定的距離?！八云髽I(yè)的創(chuàng)新意識需要有重大改變。創(chuàng)新也是企業(yè)家精神中最重要的，即如何把技術(shù)變成錢，如何給企業(yè)創(chuàng)造效益?！?/p>

照片從左至右：工信部電子信息司司長丁文武，中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會集成電路設(shè)計(jì)分會理事長魏少軍，華潤微電子CEO鄧茂松，中芯國際（SMIC）技術(shù)研發(fā)副總裁李序武，大唐微電子副總裁穆肇驪，飛思卡爾大中國區(qū)業(yè)務(wù)拓展總監(jiān)殷鋼

應(yīng)用創(chuàng)新的實(shí)現(xiàn)

在IC設(shè)計(jì)業(yè)發(fā)展過程中，技術(shù)門檻實(shí)際上在逐步降低。但以應(yīng)用為中心的創(chuàng)新難度卻在加大，即怎么去創(chuàng)新？怎么和市場結(jié)合？怎么才能夠發(fā)展？

大唐微電子技術(shù)有限公司副總裁穆肇驪的經(jīng)驗(yàn)是，由于IC設(shè)計(jì)企業(yè)的投入很高（包括人才、設(shè)計(jì)工藝等），因此，要想持續(xù)、健康地發(fā)展，核心是解決IC產(chǎn)品的市場應(yīng)用。

IC和整機(jī)的結(jié)合幫助IC公司解決了定位問題。中國大唐集團(tuán)從芯片設(shè)計(jì)到整機(jī)都具備，大唐的模式是：當(dāng)你一開始去做時，就要想到這個IC的應(yīng)用領(lǐng)域是什么，應(yīng)用規(guī)模是否足夠；當(dāng)這個產(chǎn)品發(fā)展的時候，你要想到它的下一個應(yīng)用產(chǎn)品的市場是什么？

大唐反思多年來較為成功的產(chǎn)品，例如SIM（用戶識別模塊）卡、身份證卡，都較好地解決了和整機(jī)市場應(yīng)用結(jié)合的問題?，F(xiàn)在大唐在做社保、金融IC等市場，也是在延續(xù)這種思路。

與應(yīng)用結(jié)合的速度也是很重要的。在中國設(shè)有多家研發(fā)中心的飛思卡爾[注1]非常注重貼近用戶，進(jìn)行應(yīng)用創(chuàng)新，其大中國區(qū)業(yè)務(wù)拓展總監(jiān)、中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會理事殷鋼稱，應(yīng)用創(chuàng)新要跟得上應(yīng)用的步伐，無論你芯片的核心技術(shù)怎么做，但是你和應(yīng)用的結(jié)合速度一旦慢了，你的客戶可能就選擇離開了。

另外，芯片廠商需要向系統(tǒng)/平臺發(fā)力。飛思卡爾名稱的變遷就反映了現(xiàn)代半導(dǎo)體業(yè)的這個方向。2000年以后，飛思卡爾在中國大量投入研發(fā)，不僅有芯片設(shè)計(jì)，還有應(yīng)用及芯片平臺的研發(fā)。這主要是根據(jù)市場需求改變的。并且2011年初，飛思卡爾進(jìn)行了一個很大的改動，2004年飛思卡爾從摩托羅拉分離出來時叫“飛思卡爾半導(dǎo)體”，現(xiàn)在去掉了“半導(dǎo)體”[注2]。原因是飛思卡爾不僅僅提供半導(dǎo)體，實(shí)際上已經(jīng)是靠近系統(tǒng)、平臺，逐漸集成軟件。

具體來看，基站SoC(系統(tǒng)芯片)的應(yīng)用帶來了技術(shù)和支持上的難度，

圖1 持續(xù)進(jìn)化的半導(dǎo)體業(yè)新導(dǎo)向來源：ADI公司芯片供應(yīng)商一定要了解你將來的用戶——網(wǎng)絡(luò)提供商，例如華為、愛立信去發(fā)展LTE時，需要做什么產(chǎn)品，將怎樣整合？這無疑給芯片設(shè)計(jì)和制造商帶來了挑戰(zhàn)。

因此，殷鋼非常贊同很多國內(nèi)專家的這種觀點(diǎn)：在制造上，不僅僅是線寬的問題，還可做精、做好。例如若能把加工MCU（微控制器）做好，也是一種技術(shù)。

那么，如何符合客戶的需求？飛思卡爾在中國大量地和客戶建立合作伙伴的關(guān)系，包括了成立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室。甚至與不是飛思卡爾的直接客戶合作，例如在汽車廠——東風(fēng)、奇瑞、比亞迪建立了聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，原因是這些整車廠雖然不直接做汽車電子，但是飛思卡爾要和他們共同探索下一個發(fā)展方向。另外，飛思卡爾還參與很多技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定，比如汽車標(biāo)準(zhǔn)制定。

總之，新不見得都好，一定要和整機(jī)廠結(jié)合（當(dāng)然整機(jī)廠也要和市場結(jié)合）。例如蘋果的很多創(chuàng)意不是半導(dǎo)體廠商想做的，而是整機(jī)廠商想做的。再有，在汽車電子市場，熱門話題之一是“主動安全性”，需要做到77GHz汽車?yán)走_(dá)速率[1]，很不容易實(shí)現(xiàn)，但是如果不達(dá)到這么高速率，可能車開快時性能就達(dá)不到。所以就帶來了這種需求的研發(fā)，也可以說是創(chuàng)新。

商業(yè)模式的創(chuàng)新

我們所處的行業(yè)是一個全球競爭的企業(yè)，產(chǎn)品的推陳出新很快，因此，業(yè)內(nèi)流傳著一句話：“老大吃香喝辣、老二啃啃骨頭、老三就喝西北風(fēng)”。相對弱小的本土企業(yè)需要聯(lián)手起來，把珍珠串成項(xiàng)鏈——進(jìn)行資源整合和產(chǎn)業(yè)協(xié)同[2]。

華潤微電子有限電子公司CEO（首席執(zhí)行官）鄧茂松介紹了經(jīng)驗(yàn)。首先，華潤微電子希望在全產(chǎn)業(yè)鏈下，能夠更好地為客戶提供價值，方法是必須在更細(xì)分的市場聚焦。

同時，在這些細(xì)分聚焦的門類上，必須要能夠提供全方位整合的方案?，F(xiàn)在的產(chǎn)業(yè)競爭，各個門類缺一不可，最典型的例子，不久前臺積電和三星在競爭蘋果處理器制造訂單時，臺積電就是敗在整個方案里缺乏基于芯片的IP（知識產(chǎn)權(quán)）（注：臺積電正用其它創(chuàng)新的方法來解決，可能在下一輪競爭中會勝出）。

另外，人們對創(chuàng)新常常會產(chǎn)生誤解，特別是在管理團(tuán)隊(duì)的時候，好象創(chuàng)新和紀(jì)律是對立的。恰恰相反，很多創(chuàng)新公司的紀(jì)律是世界一流的，例如Intel的CEO沒有固定的停車位，三星項(xiàng)目做失敗了就把人開除，臺積電的紀(jì)律表現(xiàn)在內(nèi)部的生產(chǎn)、制造上，對數(shù)字極致的追求。

技術(shù)創(chuàng)新

中芯國際集成電路制造有限公司技術(shù)研發(fā)副總裁李序武稱，創(chuàng)造一個有特色的制造企業(yè)是挑戰(zhàn)，但無論怎樣，都需要基于工藝上的創(chuàng)新。

在強(qiáng)手如林的代工業(yè)，中芯怎么應(yīng)對挑戰(zhàn)？一方面中芯在做28nm研發(fā)；另一方面反思從40nm學(xué)到了什么，即做事的方法、工具等，若要繼續(xù)向下走22/20nm，甚至16/14nm時，要靠研發(fā)團(tuán)隊(duì)不斷地做工藝。中芯準(zhǔn)備在2013年第二季度末、第三季度初期基本完成28nm工藝，并計(jì)劃在2015年底把22/20nm工藝做出來。

同時，中芯也在尋找自己的長處，例如在機(jī)臺上如何把工藝做得更好，并打算具備這種特色。

為了加強(qiáng)研發(fā)實(shí)力，中芯正與國內(nèi)的科研院所密切合作，希望今后這種合作更進(jìn)一步，使這些合作大學(xué)、研究所、科學(xué)院相當(dāng)于中芯的技術(shù)部門。

政策創(chuàng)新

工業(yè)和信息化部電子信息司司長丁文武稱，從政府角度來說，需要在基礎(chǔ)創(chuàng)新的技術(shù)上面進(jìn)行機(jī)制/體制的創(chuàng)新。把產(chǎn)業(yè)鏈打造起來，把軟硬件結(jié)合起來了，把從產(chǎn)品到整機(jī)、應(yīng)用的整個產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)合起來，這靠誰來組織？政府組織一個最有效的途徑就是要創(chuàng)新我們企業(yè)的機(jī)制。“如果我們不這樣做，我們花了錢，研發(fā)得到了產(chǎn)品、得到了技術(shù)都是沒用的?！?/p>

飛思卡爾的殷鋼認(rèn)為，十二五規(guī)劃是很準(zhǔn)確的，例如要支持研發(fā)。但是怎么來支持？支持哪一部分？不是所有人有個好主意都去發(fā)展，要從國家戰(zhàn)略的角度出發(fā)。例如日本發(fā)展電動車，日本早期比世界上任何國家都發(fā)展得早，政府從研發(fā)機(jī)構(gòu)、大學(xué)去解決電動車所需要的一些技術(shù)，這樣給日本的車廠減少了大量的投入，車廠可以享用這些技術(shù)，所以現(xiàn)在無論是東芝的混合動力還是尼桑的純電動車，都跑得很快。因此，實(shí)際上有很大的作用來自于政府的行為。建議大家統(tǒng)一方向，專注地往這個行業(yè)發(fā)展。例如現(xiàn)在國家在發(fā)展新能源、節(jié)能上有一個大方向，怎樣把它整合？如何利用我們大學(xué)和研究所的研發(fā)能力，結(jié)合這個產(chǎn)業(yè)，用“項(xiàng)鏈”串起來。

華潤微電子的鄧茂松建議，作為企業(yè)，希望看到中國能夠發(fā)展出旗艦型的企業(yè)?？v觀歐美日和我國臺灣，既有穩(wěn)健發(fā)展的企業(yè)，也有非?；钴S的設(shè)計(jì)公司群。在很多的政策上，如果能兩條腿走路，一方面關(guān)注我國的旗艦型企業(yè)，一方面有蓬勃發(fā)展的半導(dǎo)體公司群，是半導(dǎo)體業(yè)所期待的。

有時，國內(nèi)的政策需要細(xì)化，比如應(yīng)該有個圈內(nèi)的競爭底線，使產(chǎn)業(yè)的發(fā)展更加有序。否則大家一窩蜂地?fù)屚|(zhì)性的產(chǎn)品。公司要有紀(jì)律、行業(yè)也要有行規(guī)，這和創(chuàng)新不違背。

中芯國際的李序武稱，在國家投資上，要挑選一些專注對象，一分散可能什么都沒有。在政府支持方面，“不但要放開他們做一些事情，也要給他們更多空間，這樣我們可以服務(wù)國內(nèi)的企業(yè)，在某種條件下，可以把他們的工藝帶到中國來生產(chǎn)?！?/p>

結(jié)論

逆水行舟，不進(jìn)則退。創(chuàng)新是電子業(yè)永恒的主題。圍繞應(yīng)用的創(chuàng)新是當(dāng)今的主旋律，提供系統(tǒng)/平臺，并且與其他企業(yè)打造合作產(chǎn)業(yè)鏈，對于企業(yè)的發(fā)展非常有益。期望本土企業(yè)用創(chuàng)新精神繼續(xù)做下去，實(shí)現(xiàn)中國芯做大做強(qiáng)的夢想。

(注1：飛思卡爾由于在中國建有多個研發(fā)機(jī)構(gòu)，并為本土設(shè)計(jì)芯片，在本文中稱其為中國芯企業(yè)。

注2：在其Logo下面，原來是“飛思卡爾半導(dǎo)體”，現(xiàn)在是“飛思卡爾”。由于在中國注冊的公司是“飛思卡爾半導(dǎo)體公司”，因此注冊公司名稱無法改變。)

參考文獻(xiàn)：

[1] 飛思卡爾：安全節(jié)能舒適為汽車主旋律，77GHz將成為汽車?yán)走_(dá)標(biāo)準(zhǔn)頻率[R/OL].(2010-12-30). 省略/ interview/100029033

[2]王瑩.從“2012中國半導(dǎo)體市場年會”解讀中國半導(dǎo)體市場.電子產(chǎn)品世界，2012(4):6

[3]賽迪顧問.2012中國半導(dǎo)體市場年會暨集成電路產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新大會,蘇州,2012-3-15[C]