半导体材料是一种存在在导体与非导体之间的一种特殊物质, 它的电阻率相对较低。经过对半导体材料的加工可以制作出发光二极管、晶体管、集成电路以及电子管等, 对通讯、计算机、网络等众多行业的发展起着决定性作用。近年来由于我国经济的飞速增长, 我国电子类产品的生产数量也在逐渐增加, 半导体材料的出口贸易额也有了显著提高。如今半导体材料的生产与应用也正在逐渐成为衡量一个国家综合国力的重要标志之一。
一、半导体材料在电子科学技术中的应用
硅、锗作为第一代的半导体材料对人类生产生活有着重要的影响, 第一代半导体的主要材料是硅元素和锗元素, 由于硅元素的储备量大的特点, 硅元素也成为了我国现阶段生产半导体所需要的主要材料, 锗是人们在研发半导体材料过程中最早被发现的元素, 它也在半导体设备应用中得到了的广泛的应用。在我国研发电子科学技术的初级阶段中, 因为锗元素具有活泼性得特点, 所以容易与半导体设备材料中用到的介电材料发生氧化还原反应, 从而生成GEO, 这种物质的产生一定程度上对半导体设备的使用性能产生了影响, 同时就会直接导致人们在使用半导体时出现各种各样的问题, 所以半导体设备在使过程中出现异常的机率就会随之增高, 并且锗元素的产量没有硅元素产生的数量多, 因此在我国电子科学技术发展的刚刚起步的阶段中对于锗元素在半导体材料中的研究和应用力度相对于硅元素来说就比较少。但是在20世纪末的时候, 锗元素被红外光学领域得到了较为广泛的应用, 此后锗元素被多次应用的频率也在不断增高, 最明显的例子就是太阳能这一新型能源的研发项目中使用到了锗被氧化还原后的材料。
二、半导体材料的发展现状
(一) 半导体硅材料
近年来, 不断有新型的半导体被研制出来, 而硅凭借其资源丰富、价格低廉以及性能优良等特点, 也使其在半导体市场中占据了主要的地位, 日常生活中人们生产的绝大部分电子产品中都是以硅为基础材料制作而成的。还有一些超大规模集成电路、大规模集成电路和集成电路也都是通过硅材料或者是硅晶体的衍生材料制作而成的, 由此可见, 硅材料在集成电路的发展中有着推进的作用。早在20世纪末硅材料就被研究和开发成为电子科学技术的主要材料, 并且应用到了各个领域, 其每年的需求量也都呈现急速增长的趋势。依照现在世界各国所消耗的硅材料的数量来看, 硅在未来极有可能成为电子通信领域以及计算机领域中的重要半导体材料。如果在科技发展的过程中没有硅材料的支持, 就不会使电子科技领域在短时间内得到迅速发展。由于半导体硅材料可以分为多种不同的类型, 像多晶体硅、单晶体硅、非晶体硅这些类型, 使得他们在半导体中的应用也能起到不同的用途。
(二) 半导体光子晶体材料
光子晶体是一种在光学尺度上具有周期性介电结构的人工设计和制造的晶体, 它的介电常数周期被人为的调到与工波相似的尺度, 与半导体的电子能的间隙相比差距近似为零, 所以光子晶体是不能够传播禁带能量光波的。另外, 由于光子晶体是被人为的调整了它的特性, 所以它的周期性遭到了破坏, 在禁带中随之就会出现受主末和施主, 光子的密度就会受光子晶体的维度影响而产生不同的反应。如今微电子技术的不断发展使人们对电子产品中的芯片要求越来越严格, 但是电子产品的体积越来越小, 同时又受到生产技术的制约而无法实现人们对信息的高品质要求。因此, 发展全新的电子技术成为了新时代带新计划。
(三) 半导体砷化镓单晶材料
砷化镓是一个具有耐高温、抗辐射能力的特征, 主要应用于微型电子和光电子材料等领域中, 广泛应用在一些运行速度快的电路中。近年来, 人们对通信技术使用频率不断增加, 生产使用砷化镓的数量也在不断提高, 由于我国对砷化镓这种单晶材料的研发起步时间较晚, 随着我国一部分电子企业的兴起, 我国也有了更多的机会去开发研制半导体材料。
三、半导体材料的发展趋势
在二十世纪末之前, 由于国家发展起步晚, 所以在科学技术上和电子设备的生产能力相对落后的条件下, 半导体的主要材料就只有硅材料, 硅材料的应用也为电子技术的发展奠定了扎实的基础, 更是成为了第一代半导体制作材料的重要标志;随着国家科技的不断进步, 人们对信息的需求量也越来越多, 因此电子产业就要研发出能够适应社会需求的电子产品, 其中以砷化镓为代表的第二代半导体就被研发出来, 第二代半导体主要解决了人们对社会信息需求量大的问题, 主要应用于微型电子和光电子等领域。近年来, 社会又出现了第三代半导体材料, 其材料主要是以氮的化合物为主, 也在电子市场中占据着其特有的地位。
半导体材料正在以大尺寸、功能多样以及完整性强等方向发展。目前, 第三代半导体主要是一些以氮的氧化物、光电晶体管以及柔性晶体管作为电子产业生产的主要原料。随着电子产品逐渐向微型电子领域过渡, 半导体材料仍旧会成为未来研发科技的基础材料。微电子的主要目的是在一定程度上缩小电子器件的体积, 因此, 在增加芯片的面积来提高对信息的处理频率和速度上, 半导体材料要由传统的单片集成过渡到系统集成方面去发展。
四、发展我国半导体材料的一些思考
(一) 加大对硅材料的开发力度
硅是半导体的主要材料和制作电子产品的主要来源, 虽然世界上存在着丰富的硅资源, 但是根据目前社会发展趋势来看, 人们对电子产品的要求不断增高, 只有不断开发新型半导体才会解决人类对世界各地的需求问题, 但是我国对硅的开发程度较一些发达国家的开发程度相距甚远, 要想使国家科技能够更高一步的发展, 发展源源不断的科技原材料是必要前提, 因此, 为了缩小我国与发达国际间的差距, 国家要积极引进硅晶体提炼设备, 建立更多的硅晶体提炼基地, 培养一批优秀的硅晶体提取的专业人员, 然后才能够更好的发展我国电子科学技术, 进而提高我国的综合国力。
(二) 砷化镓有关化合物发展建议
在砷化镓以及其相关的化合物的晶体提炼方面与其他发达国家相比之下有着很大的差距, 由于我国对晶体加工和提取的工作较为落后, 所以就导致了我国生产砷化镓以及其相关的化合物半导体的能力也较为落后。这就需要国家的有关部门要增加对晶体的提取, 还要促进社会中的各个电子企业有效合作从而促进晶体提取成功的几率。
(三) 发展超晶体材料
超晶体就是光子晶体, 它是发展微电子技术以及光电子技术的目标。大力开展超晶体能够为国家在新时期发展提供力量, 开展和研发超晶体要依靠我国雄厚的经济实力进行进一步探索。国家要引进国外的先新进技术和设备, 不断提高光电子在我国的存储量。同时, 我国也要集中人力、物理和财力加大对光子晶体材料更深一步的开发和研制, 为推动我国经济发展和科技进步提供动力。
五、结束语
现阶段我国经济发展速度稳定, 并且当今我国正处于全国科技发展迅速的时代, 随着人们对半导体设备的要求也越来越高, 所以国家要提高半导体设备中所使用到的半导体材料的开发力度。通过近几年的社会发展来看, 人们对于硅材料的利用已经开发到了极限, 第二代半导体和第三代半导体俨然成为了社会发展的主题, 所以我们更要注重新型半导体材料在电子科学技术中的研发。政府有关部门应当正确认识半导体材料的发展现状和发展趋势, 注重对半导体材料的开发利用, 要鼓励社会人士积极投入到电子科学技术的事业中。
摘要：随着我国信息技术的高速发展和电子科学技术的不断进步, 各行各业使用电子科学技术的频率也在不断提高。其中半导体的使用在电子科学技术中起到了非常大的作用, 它的出现使我国电子工业在信息时代在世界科学技术不断发展的背景下上升了一个新的台阶, 也使电子科学技术事业在推进信息时代的发展中起到了决定性作用。从第一代的半导体材料硅元素、锗元素等到现在使用的第三代半导体材料氧化硅、氧化锌等, 可以看出现阶段我国电子科学技术研发的半导体材料正在向着低尺寸、禁带宽度更宽以及高集成度的方向快速发展。其中半导体材料在应用通讯、纳米制造以及电子等领域中的应用也给人类在生产生活中带来了极大的便利, 同时还对促进社会进步有着积极地作用。
关键词：电子科学技术,半导体材料,发展,趋势
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