- 半導(dǎo)體材料的發(fā)展史及材料性能分析

　　一是化合物半導(dǎo)體的電子遷移率較硅半導(dǎo)體快許多，因此適用于高頻傳輸，在無線電通訊如手機(jī)、基地臺、無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通訊、衛(wèi)星定位等皆有應(yīng)用；

　　二是化合物半導(dǎo)體具有直接帶隙，這是和硅半導(dǎo)體所不同的，因此化合物半導(dǎo)體可適用發(fā)光領(lǐng)域，如發(fā)光二極管（LED）、激光二極管（LD）、光接收器（PIN）及太陽能電池等產(chǎn)品?？捎糜谥圃斐咚偌呻娐?、微波器件、激光器、光電以及抗輻射、耐高溫等器件，對國防、航天和高技術(shù)研究具有重要意義。

　　目前，全球GaAs 半導(dǎo)體制造商市場份額最大的五家企業(yè)分別是Skyworks、Triquint、RFMD、Avago、穏懋，約占全球總額的65%。而在GaAs 原材料領(lǐng)域，IQE、全新、Kopin 三家公司占據(jù)市場67.3%的份額。

　　寬禁帶半導(dǎo)體材料

　　近年來，第三代半導(dǎo)體材料正憑借其優(yōu)越的性能和巨大的市場前景，成為全球半導(dǎo)體市場爭奪的焦點。

　　所謂第三代半導(dǎo)體材料，主要包括SiC、GaN、金剛石等，因其禁帶寬度（Eg）大于或等于2.3電子伏特（eV），又被稱為寬禁帶半導(dǎo)體材料。

　　當(dāng)前，電子器件的使用條件越來越惡劣，要適應(yīng)高頻、大功率、耐高溫、抗輻照等特殊環(huán)境。為了滿足未來電子器件需求，必須采用新的材料，以便最大限度地提高電子元器件的內(nèi)在性能。

　　和第一代、第二代半導(dǎo)體材料相比，第三代半導(dǎo)體材料具有高熱導(dǎo)率、高擊穿場強(qiáng)、高飽和電子漂移速率和高鍵合能等優(yōu)點，可以滿足現(xiàn)代電子技術(shù)對高溫、高功率、高壓、高頻以及抗輻射等惡劣條件的新要求，是半導(dǎo)體材料領(lǐng)域有前景的材料。

　　在國防、航空、航天、石油勘探、光存儲等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用前景，在寬帶通訊、太陽能、汽車制造、半導(dǎo)體照明、智能電網(wǎng)等眾多戰(zhàn)略行業(yè)可以降低50%以上的能量損失，高可以使裝備體積減小75%以上，對人類科技的發(fā)展具有里程碑的意義。

　　目前，由其制作的器件工作溫度可達(dá)到600 ℃以上、抗輻照1×106 rad；小柵寬GaN HEMT 器件分別在4 GHz 下，功率密度達(dá)到40 W/mm；在8 GHz，功率密度達(dá)到30 W/mm；在18 GHz，功率密度達(dá)到9.1 W/mm；在40 GHz，功率密度達(dá)到10.5 W/mm；在80.5 GHz，功率密度達(dá)到2.1 W/mm，等。因此，寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)已成為當(dāng)今電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新型動力。

　　從目前寬禁帶半導(dǎo)體材料和器件的研究情況來看，研究重點多集中于碳化硅（SiC） 和氮化鎵（GaN）技術(shù)，其中SiC 技術(shù)最為成熟，研究進(jìn)展也較快；而GaN 技術(shù)應(yīng)用廣泛，尤其在光電器件應(yīng)用方面研究比較深入。氮化鋁、金剛石、氧化鋅等寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)研究報道較少，但從其材料優(yōu)越性來看，頗具發(fā)展?jié)摿?，相信隨著研究的不斷深入，其應(yīng)用前景將十分廣闊。

　　碳化硅材料

　　在現(xiàn)有的寬禁帶半導(dǎo)體材料中，碳化硅材料是研究的最成熟的一種。

　　相對于硅，碳化硅的優(yōu)點很多：有10倍的電場強(qiáng)度，高3倍的熱導(dǎo)率，寬3倍禁帶寬度，高1倍的飽和漂移速度。因為這些特點，用碳化硅制作的器件可以用于極端的環(huán)境條件下。微波及高頻和短波長器件是目前已經(jīng)成熟的應(yīng)用市場。42GHz頻率的SiC MESFET用在軍用相控陣?yán)走_(dá)、通信廣播系統(tǒng)中，用碳化硅作為襯底的高亮度藍(lán)光LED是全彩色大面積顯示屏的關(guān)鍵器件。

　　而在應(yīng)用領(lǐng)域，碳化硅有以下優(yōu)點：

　　1.SiC材料應(yīng)用在高鐵領(lǐng)域，可節(jié)能20%以上，并減小電力系統(tǒng)體積;

　　2.SiC材料應(yīng)用在新能源汽車領(lǐng)域，可降低能耗20%;

　　3.SiC材料應(yīng)用在家電領(lǐng)域，可節(jié)能50%;

　　4.SiC材料應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，可提高效率20%;

　　5.SiC材料應(yīng)用在太陽能領(lǐng)域，可降低光電轉(zhuǎn)換損失25%以上;

　　6.SiC材料應(yīng)用在工業(yè)電機(jī)領(lǐng)域，可節(jié)能30%-50%;

　　7.SiC材料應(yīng)用在超高壓直流輸送電和智能電網(wǎng)領(lǐng)域，可使電力損失降低60%，同時供電效率提高40%以上;

　　8.SiC材料應(yīng)用在大數(shù)據(jù)領(lǐng)域，可幫助數(shù)據(jù)中心能耗大幅降低;

　　9.SiC材料應(yīng)用在通信領(lǐng)域，可顯著提高信號的傳輸效率和傳輸安全及穩(wěn)定性;

　　10.SiC材料可使航空航天領(lǐng)域，可使設(shè)備的損耗減小30%-50%，工作頻率提高3倍，電感電容體積縮小3倍，散熱器重量大幅降低。