半導(dǎo)體行業(yè)之半導(dǎo)體材料特性（六）

鍺和硅

鍺和硅是兩種基本的半導(dǎo)體。世界上第一個(gè)晶體管是由鍺材料制成的，作為固態(tài)電路時(shí)代的最初的一個(gè)標(biāo)志。然而，鍺材料在加工的過程中以及器件的特性上存在著很大的問題，還不能滿足人們對(duì)固態(tài)電路的去不需求。在進(jìn)行材料加工的過程中，需要非常高的溫度。鍺材料高達(dá)937°C的熔點(diǎn)最終決定了它的加工溫度比硅低得多。更為重要的是，它缺乏天然存在的氧化物，使得鍺基工藝制作而成的芯片容易漏電。

硅/二氧化硅平面加工技術(shù)的發(fā)展解決了集成電路制作過程中的泄漏問題，使電路的表面輪廓變的更加的平整，這些變革的提升主要是由于其熔點(diǎn)為1415°C的這個(gè)特性帶來的，因此可以進(jìn)行更高溫度的加工。因此，在后續(xù)實(shí)際用到的過程中，在全球范圍內(nèi)，硅晶片占所有加工晶片的90%以上。

半導(dǎo)體化合物

有許多半導(dǎo)體化合物是由幾種元素混合而成的。這些結(jié)合而成的元素位于元素周期表的第三和第五列，以及第二和第六列。在這些化合物中，在商用半導(dǎo)體器件當(dāng)中，使用最多的是砷化鎵(GaAs)，砷化磷化鎵(GaAsP)、磷化銦(InP)、鎵鋁砷(GaAlAs)和磷化銦鎵(InGaP)。這些化合物具有非常特殊的屬性。例如，當(dāng)被電流激活時(shí)，由GaAs和GaAsP制成的二極管會(huì)發(fā)出可見光和激光。他們這些常見的材料和其他材料一起組合被用來制造發(fā)光二極管(led)。led器件由于其發(fā)光特性，而且不像傳統(tǒng)的鎢絲燈泡要發(fā)出大量的熱能，由此帶來能量損耗，因此隨著時(shí)間的推移，有越來越多的市場(chǎng)。并且在附加其他的一些化合物之后，還可以釋放一系列其他顏色的彩色光。具體可以在下圖中看到。

砷化鎵的一個(gè)重要特性是其非常高的載流子遷移率。這一特性允許砷化鎵器件可以通過反應(yīng)產(chǎn)生高頻微波，并在通信中有效地將它們轉(zhuǎn)換成電流，這一特點(diǎn)比在硅器件中更快地完成，效率更高。

同樣的性質(zhì)，載流子遷移率，這對(duì)于鎵材料用于制作砷化鎵晶體管和集成電路有重要意義。砷化鎵器件的運(yùn)行速度是傳統(tǒng)硅器件的兩到三倍，并在超高速計(jì)算機(jī)和真正的時(shí)間控制電路具有非常大的應(yīng)用前景，如飛機(jī)控制系統(tǒng)中，極為要求極短的反應(yīng)時(shí)間。

砷化鎵對(duì)輻射引起的泄漏具有天然的抵抗力。比如在太空中非常常見的各種粒子輻射，能在半導(dǎo)體材料中形成空穴和電子，從而會(huì)產(chǎn)生不必要的電流，可能導(dǎo)致設(shè)備或電路故障或損壞，以至于停止運(yùn)轉(zhuǎn)?？梢栽谳椛洵h(huán)境中工作的設(shè)備是必須要抵擋輻射效應(yīng)的影響。砷化鎵具有天然的抗輻射特性。

砷化鎵也是半絕緣的。在集成電路中，這一特性可以最小化相鄰設(shè)備之間的泄漏，進(jìn)而可以帶來更高的封裝密度。由于空穴和電子的存在，更高的封裝密度反過來又導(dǎo)致了電路具有更快的速度。在硅電路中，必須建立特殊的隔離結(jié)構(gòu)來控制表面泄漏。這些結(jié)構(gòu)占用了寶貴的位置，并且降低了電路的集成度。

審核編輯：劉清