半导体材料发展态势(精选5篇)

半导体材料发展态势范文第1篇

关键词：碳化硅材料；电力电子器件；硅半导体材料；新型化合物；高频大功率器件文献标识码：A

中图分类号：TN387 文章编号：1009-2374（2015）36-0037-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.36.017

相较于硅器件，碳化硅主要具有稳定性良好、热导率高、载流子饱和漂移速度高等优点，可以制作各种耐高温的高频大功率器件，由于碳化硅材料的这种良好的使用性能，所能达到的使用效果是以往硅器件所达不到的，从而成为当前发展最成熟的宽禁带半导体材料。由于碳化硅材料可以在温度超过600℃的工作环境中保持良好的工作状态，对工作环境具有更高的适应性，同时在额定阻断电压相同的前提下，碳化硅材料所制成的功率开关器件与以硅材料所制成的器件相比，不仅具有更高的工作效率，其也具有更低的通态比电阻，基于以上优点使得碳化硅材料在电力电子器件的制作中被广泛

应用。

尽管碳化硅器件面积由于受到自身晶格缺陷的限制而远不能与硅器件相比，产量、成本以及可靠性方面也对碳化硅器件的发展具有一定的阻碍，但自从1990年直径30mm的碳化硅单晶片上市以来，随着科技的迅速发展，各种高品质的碳化硅应用技术被研究、开发出来，碳化硅材料在电力电子器件中的应用范围也逐渐在扩大，并使得其在部分电力电子技术领域逐渐替代了以往的硅器件。近些年来，在美国、德国等各大公司以碳化硅材料发明生产了许多的电力电子器件，这些器件都具有反向恢复时间短、反向漏电流极小、高温条件下工作状态没有明显改变等优点。特别需要提到的就是肖特基势垒二极管，以碳化硅材料制造的比以往由硅和砷化镓材料制造而成的肖特基势垒二极管适用范围从250V提高到了1200V，相信随着科学技术的不断提高，其使用范围将会更大，这在电力电子器件的发展中是一个质的提高。同时由于使用碳化硅材料所带来的整体效益明显高于碳化硅与硅器件之间的制作成本差异，相信在不久的将来，在电力电子器件的制造中碳化硅的使用将会更加广泛，电力电子器件也将会具有更高的使用性能。

1 在电力电子器件中关于碳化硅研发工作的进展

随着碳化硅器件在电力电子中的应用越来越广泛，使得关于碳化硅的研发工作进展也不断加快。图1表示碳化硅器件研发进程中肖特基势垒二极管和碳化硅pn结二极管阻断电压和场效应器件品质因子（FM）的最高水平随时间递增的情况：

通过图1可以发现，在进入新世纪以来，电力电子器件基本性能参数增长相较以前更为迅速，对场效应器件的研发进展更加明显，证明场效应器件具有巨大的发展潜力。

在电力电子器件的应用方面，由于浪涌电流会引起器件结温的骤然升高，通态比电阻偏高的器件，其浪涌电流承受能力也会随之降低，因此电力电子器件在需要时尽可能降低静态和动态损耗外，还要注意提高浪涌电流的承受能力。同时单极功率器件的通态比电阻随阻断电压的提高而增加，尽管硅器件具有较好的性能价格比，但这也是需要电压的等级控制在100V以内，从而使得难以满足高频应用的需要，如果使用碳化硅器件制造单极器件，其通态压降将会低于硅双极器件，纵使在阻断电压高于10kV的前提下，其结果也是一样，单极器件在工作效率等方面相较于双极器件具有更加明显的优势，同时肖特基势垒二极管能够更好地促进碳化硅电力电子器件的商品化进程，因此在碳化硅电力电子器件的研究和开发过程中，首先就要重点进行肖特基势垒二极管的研究和开发。

1.1 碳化硅肖特基势垒二极管（SBD）

在全世界中首次研制成功出了6H-SiC碳化硅肖特基势垒二极管是由美国北卡州立大学功率半导体研制中心所最先报道，这类二极管的阻断电压为400V，通过短短两年的发展就将阻断电压提高到了接近理论设计值（1000V），同时随着在欧洲、亚洲等地对碳化硅肖特基势垒二极管研究的投入，使得使用材料变为4H-SiC，阻断电压获得更大的进步。

当前碳化硅肖特基势垒二极管的阻断电压已经达到10000V以上，大电流器件的通态电流为130A，其阻断电压达到5000V。这种碳化硅肖特基势垒二极管主要采用了n型高阻厚外延片，同时在肖特基势垒接触和欧姆接触中使用了镍，该器件的尺寸也较小，肖特基势垒接触的直径只有300um，且采用了大面积的芯片。在碳化硅肖特基势垒二极管中，若肖特基上的金属是铂，同时为降低阳极电流的扩散电阻而在铂金属上再蒸镀2um的金膜，在背电极经过退化处理的这种器件不具备较好的反向特性，其漏电流随着电压的增加而增加。器件的反向特性与芯片的面积有关，芯片面积越低器件的反向特性越高。同时根据研究者的研究表明，JBS结构在降低碳化硅肖特基势垒二极管的反向漏电流以及改善其正向特性中都具有很好的效果，同时兼顾正反向特性的优化设计已经将碳化硅肖特基势垒二极管的JBS结构的通态比电阻相较于硅器件理论值的1∶400。

1.2 碳化硅场效应器件

碳化硅功率金属-氧化物-半导体场效晶体管的开发优势就是能够兼顾阻断电压和通态比电阻，随着1994年首次报道的碳化硅功率金氧半场效晶体管耐压只有250V，短短四年时间其阻断电压就提高到了1400V，同时采用栅增强功率结构设计，可以进一步提高阻断电压，降低通态比电阻。近年来人们充分挖掘了碳化硅材料在场效应器件方面的应用潜力，对结型场效应晶体管的结构也做了很多改良，从而减少了结型场效应晶体管常规工艺流程中的碳化硅外延生长这道高难度工序，同时还在器件结构中取消了横向结型场效应晶体管栅，从而使器件的通态比电阻有所下降，使得场效应器件品质因子也获得了提高。

1.3 碳化硅双极型器件

用硅材料是不可能做出耐压十分高的器件，但碳化硅却可以制造阻断电压很高的双极器件，例如pn结二极管和晶闸管等。与肖特基势垒二极管相比，pn结二极管更容易提高阻断电压和经受大电流冲击的能力，同时随着碳化硅品质的提高和各种终端保护技术的采用，使得碳化硅pn结二极管的阻断电压持续升高。由于受到材料的微管密度较高，没有大面积芯片可用的限制，使得一些高压4H-SiCpn结二极管器件的正向电流都比较小。

随着碳化硅器件的使用性能越来越广泛，研发碳化硅双极晶体管成为了当前的发展方向，开发碳化硅双极晶体管的关键问题就是提高电流增益，采用外延层作基区，用离子注入形成发射极的方法可以提高电流的增益，同时采用达林顿结构也会获得更高的电流增益。

晶闸管最能体现碳化硅材料特长是在兼顾开关频率、功率处置能力和高温特性方面，在阻断电压超过3000V的时候，碳化硅晶体管的通态电流密度则会更高，因此更适合于交流开关方面的应用。随着对碳化硅晶闸管研究的深入，使得普通的晶闸管逐渐淡化，而是向GTO方向集中对碳化硅晶体管的研究。

2 碳化硅器件在电力电子中的广泛应用

随着碳化硅材料制备技术的进展，使得碳化硅器件在电力电子中应用十分广泛，通过采用碳化硅材料所研制的器件种类也在逐年增加。早在1999年就有关于单向逆变器使用碳化硅pn结二极管以及将碳化硅开关器件和二极管同时应用于三项逆变器和单项PWM逆变器中的报道，同时近些年来在板桥PWM逆变器中使用碳化硅开关器件和二极管方面的应用研发工作也进行了有关的报道。碳化硅器件的应用范围广泛，例如碳关于化硅二极管就在1999年被报道制造成功了一个当时世界最高水平的碳化硅肖特基二极管，在1997年被报道已用结型势垒肖特基接触结构制成碳化硅功率整流器，制造出可探测火焰和爆炸辐射的碳化硅紫外光探测器。同时还有关于碳化硅结型场效应晶体管、具有较高击穿场强的金属-半导体场效应晶体管、静电感应晶体管以及碳化硅晶闸管的应用报道。

3 结语

由于碳化硅材料所具有的良好的使用性能和优良特性，使得人们对于碳化硅电力电子器件的研究和使用逐渐深入，但电力电子而言碳化硅材料的优势并不仅局限于能够提高器件的耐压能力，同时更重要的方面就是还能大幅度降低功率损耗，从而使得碳化硅电力电子器件的市场竞争力得到提高。同时碳化硅与硅在电力电子技术领域竞争中所存在的另一优势就是能够将兼顾器件的频率和功率以及耐高温，同时随着碳化硅器件的发展以及制造技术的进步，碳化硅材料在电力电子器件中的应用将会更加广泛，将会极大地推动器件的创新，碳化硅电力电子器件的应用前景将会充满生机。

参考文献

[1] 陈治明.继往开来、重振我国电力电子器件研发领域的雄风――电力电子器件研发进展专辑特邀主编评述[J].电力电子技术，2008，（12）.

[2] 吴晓刚，周美兰，李文娟.全控型电力电子器件教学实验平台的开发[J].电气电子教学学报，2011，（3）.

[3] 赵善麒，盛况，刘扬.新型电力电子器件专辑―特邀主编评述[J].电力电子技术，2012，（12）.

[4] 杨法明，杨发顺，张锗源，等.功率VDMOS器件的研究与发展[J].微纳电子技术，2011，（10）.

半导体材料发展态势范文第2篇

半导体超晶格是指由交替生长两种半导体材料薄层组成的一维周期性结构.以GaAs／AlAs半导体超晶格的结构为例:在半绝缘GaAs衬底上沿[001]方向外延生长500nm左右的GaAs薄层,而交替生长厚度为几埃至几百埃的AlAs薄层。这两者共同构成了一个多层薄膜结构。GaAs的晶格常数为0.56351nm,AlAs的晶格常数为0.56622nm。由于AlAs的禁带宽度比GaAs的大,AlAs层中的电子和空穴将进入两边的GaAs层，“落入”GaAs材料的导带底,只要GaAs层不是太薄,电子将被约束在导带底部,且被阱壁不断反射。换句话说,由于GaAs的禁带宽度小于AlAs的禁带宽度,只要GaAs层厚度小到量子尺度,那么就如同一口阱在“吸引”着载流子,无论处在其中的载流子的运动路径怎样,都必须越过一个势垒,由于GaAs层厚度为量子尺度,我们将这种势阱称为量子阱.

当GaAs和AlAs沿Z方向交替生长时,图2描绘了超晶格多层薄膜结构与相应的的周期势场。其中a表示AlAs薄层厚度(势垒宽度),b表示薄层厚度(势阱宽度)。如果势垒的宽度较大,使得两个相邻势阱中的电子波函数互不重叠,那么就此形成的量子阱将是相互独立的,这就是多量子阱。多量子阱的光学性质与单量子阱的相同,而强度则是单量子阱的线性迭加。另一方面,如果两个相邻的量子阱间距很近,那么其中的电子态将发生耦合,能级将分裂成带,并称之为子能带。而两个相邻的子能带之间又存在能隙,称为子能隙。通过人为控制这些子能隙的宽度与子能带,使得半导体微结构表现出多种多样的宏观性质。 2.2 量子阱器件

量子阱器件的基本结构是两块N型GaAs附于两端,而中间有一个薄层,这个薄层的结构由AlGaAs-GaAs-AlGaAs的复合形式组成,。在未加偏压时,各个区域的势能与中间的GaAs对应的区域形成了一个势阱,故称为量子阱。电子的运动路径是从左边的N型区(发射极)进入右边的N型区(集电极),中间必须通过AlGaAs层进入量子阱,然后再穿透另一层AlGaAs。量子阱器件虽然是新近研制成功的器件,但已在很多领域获得了应用,而且随着制作水平的提高,它将获得更加广泛的应用。 3 量子阱器件的应用 3.1 量子阱红外探测器

量子阱红外探测器(QWIP)是20世纪90年代发展起来的高新技术。与其他红外技术相比,QWIP具有响应速度快、探测率与HgCdTe探测器相近、探测波长可通过量子阱参数加以调节等优点。而且,利用MBE和MOCVD等先进工艺可生长出高品质、大面积和均匀的量子阱材料,容易做出大面积的探测器阵列。正因为如此,量子阱光探测器,尤其是红外探测器受到了广泛关注。

QWIP是利用掺杂量子阱的导带中形成的子带间跃迁,并将从基态激发到第一激发态的电子通过电场作用形成光电流这一物理过程,实现对红外辐射的探测。通过调节阱宽、垒宽以及AlGaAs中Al组分含量等参数,使量子阱子带输运的激发态被设计在阱内(束缚态)、阱外(连续态)或者在势垒的边缘或者稍低于势垒顶(准束缚态),以便满足不同的探测需要,获得最优化的探测灵敏度。因此,量子阱结构设计又称为“能带工程”是QWIP最关键的一步。另外,由于探测器只吸收辐射垂直与阱层面的分量,因此光耦合也是QWIP的重要组成部分。 3.2 量子阱在光通讯方面的应用

光通信是现代通信的主要方式,光通讯的发展需要宽带宽、高速、大容量的光发射机和光接收机,这些仪器不仅要求其体积小,质量高,同时又要求它成本低,能够大规模应用,为了达到这些目的,光子集成电路(PIC’S)和光电子集成电路(OEIC’S)被开发出来。但是,通常光子集成电路和光电子集成电路是采用多次光刻,光栅技术、干湿法腐蚀技术、多次选择外延生长MOCVD或MBE等复杂工艺,从而可能使衔接部位晶体质量欠佳和器件间的耦合效率低下,影响了有源器件性能和可靠性。

[1] [2]

半导体材料发展态势范文第3篇

关键词：量子阱；器件；红外探测器；激光器；

1 引言

量子阱器件,即指采用量子阱材料作为有源区的光电子器件,材料生长一般是采用MOCVD外廷技术。这种器件的特点就在于它的量子阱有源区具有准二维特性和量子尺寸效应。二维电子空穴的态密度是台阶状分布,量子尺寸效应决定了电子空穴不再连续分布而是集中占据着量子化第一子能级,增益谱半宽大为降低、且价带上轻重空穴的简并被解除,价带间的吸收降低。

2 量子阱器件基本原理

2.1 量子阱基本原理[1]

之间又存在能隙,称为子能隙。通过人为控制这些子能隙的宽度与子能带,使得半导体微结构表现出多种多样的宏观性质。

2.2 量子阱器件

量子阱器件的基本结构是两块N型GaAs附于两端,而中间有一个薄层,这个薄层的结构由AlGaAs-GaAs-AlGaAs的复合形式组成,。

在未加偏压时,各个区域的势能与中间的GaAs对应的区域形成了一个势阱,故称为量子阱。电子的运动路径是从左边的N型区(发射极)进入右边的N型区(集电极),中间必须通过AlGaAs层进入量子阱,然后再穿透另一层AlGaAs。

量子阱器件虽然是新近研制成功的器件,但已在很多领域获得了应用,而且随着制作水平的提高,它将获得更加广泛的应用。

3 量子阱器件的应用

3.1 量子阱红外探测器

3.2 量子阱在光通讯方面的应用

光通信是现代通信的主要方式,光通讯的发展需要宽带宽、高速、大容量的光发射机和光接收机,这些仪器不仅要求其体积小,质量高,同时又要求它成本低,能够大规模应用,为了达到这些目的,光子集成电路(PIC’S)和光电子集成电路(OEIC’S)被开发出来。但是,通常光子集成电路

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和光电子集成电路是采用多次光刻,光栅技术、干湿法腐蚀技术、多次选择外延生长MOCVD或MBE等复杂工艺,从而可能使衔接部位晶体质量欠佳和器件间的耦合效率低下,影响了有源器件性能和可靠性。

近年来发展了许多选择量子阱无序或称之为量子阱混合(QWI)的新方法,目的在于量子阱一次生长(MOCVD-QW)后,获得在同一外延晶片上横向不同区域具有不同的带隙、光吸收率、光折射率和载流子迁移率,达到横向光子集成和光电子集成的目的,这样就避免了多次生长和反复光刻的复杂工艺。

结语

半导体材料发展态势范文第4篇

一、21世纪物理学的几个活跃领域

蒸蒸日上的凝聚态物理学

自从80年代中期发现了所谓高临界温度超导体以来，世界上对这种应用潜力很大的新材料的研究热情和乐观情绪此起彼伏，时断时续。这种新材料能在液氮温区下传导电流而没有阻抗。高临界温度超导材料的研究仍是今后凝聚态物理学中活跃的领域之一。目前，许多国家的科学工作者仍在争分夺秒，继续进行竞争，向更高温区，甚至室温温区超导材料的研究和应用努力。可以预计，这个势头今后也不会减弱，此外，高临界温度的超导材料的机械性能、韧性强度和加工成材工艺也需进一步提高和解决。科学家们预测，21世纪初，这些技术问题可以得到解决并将有广泛的应用前景，有可能会引起一场新的工业革命。超导电机、超导磁悬浮列车、超导船、超导计算机等将会面向市场，届时，世界超导材料市场可望达到2000亿美元。

由不同材料的薄膜交替组成的超晶格材料可望成为新一代的微电子、光电子材料。超晶格材料诞生于20世纪70年代末，在短短不到30年的时间内，已逐步揭示出其微观机制和物理图像。目前已利用半导体超晶格材料研制成许多新器件，它可以在原子尺度上对半导体的组分掺杂进行人工“设计”，从而可以研究一般半导体中根本不存在的物理现象，并将固态电子器件的应用推向一个新阶段。但目前对于其他类型的超晶格材料的制备尚需做进一步的努力。一些科学家预测，下一代的电子器件可能会被微结构器件替代，从而可能会带来一场电子工业的革命。微结构物理的研究还有许多新的物理现象有待于揭示。21世纪可能会硕果累累，它的前景不可低估。

近年来，两种与磁阻有关的引起人们强烈兴趣的现象就是所谓的巨磁阻和超巨磁阻现象。一般磁阻是物质的电阻率在磁场中会发生轻微的变化，而巨磁和超巨磁可以是几倍或数千倍的变化。超巨磁现象中令人吃惊的是，在很强的磁场中某些绝缘体会突变为导体，这种原因尚不清楚，就像高临界温度超导材料超导性的原因难以捉摸一样。目前，巨磁和超巨磁实现应用的主要障碍是强磁场和低温的要求，预计下世纪初在这方面会有很大的进展，并会有诱人的应用前景。

可以预计，新材料的发展是21世纪凝聚态物理学研究重要的发展方向之一。新材料的发展趋势是：复合化、功能特殊化、性能极限化和结构微观化。如，成分密度和功能不均匀的梯度材料；可随空间时间条件而变化的智能材料；变形速度快的压电材料以及精细陶瓷材料等都将成为下世纪重要的新材料。材料专家预计，21 世纪新材料品种可能突破100万种。

等离子体物理与核聚变

海水中含有大量的氢和它的同位素氘和氚。氘既重氢，氧化氘就是重水，每一吨海水中含有140克重水。如果我们将地球海水中所有的氘核能都释放出来，那么它所产生的能量足以提供人类使用数百亿年。但氘和氚的原子核在高温下才能聚合起来释放能量，这个过程称为热核反应，也叫核聚变。

核聚变反应的温度大约需要几亿度，在这样高的温度上，氘氚混合燃料形成高温等离子体态，所以等离子体物理是核聚变反应的理论基础。1986年美国普林斯顿的核聚变研究取得了令人鼓舞的成绩，他们在TFTR实验装置上进行的超起动放电达到20千电子伏，远远超过了“点火”要求。1991年11月在英国卡拉姆的JET 实验装置上首次成功地进行了氘氚等离子体聚变试验。在圆形圈内，2亿度的温度下，氘氚气体相遇爆炸成功，产生了200千瓦的能量，虽然只维持了1.3秒，但这为人类探索新能源——核聚变能的实现迈进了一大步。这是90年代核能研究最有突破性的工作。但目前核聚变反应距实际应用还有相当大的距离，技术上尚有许多难题需要解决，如怎样将等离子加热到如此高的温度？高温等离子体不能与盛装它的容器壁相接触，否则等离子体要降温，容器也会被烧环，这就是如何约束问题。21世纪初有可能在该领域的研究工作中有所突破。

纳米技术向我们走来

所谓纳米技术就是在10[-9]米（即十亿分之一米）水平上，研究应用原子和分子现象及其结构信息的技术。纳米技术的发展使人们有可能在原子分子量级上对物质进行加工，制造出各种东西，使人类开始进入一个可以在纳米尺度范围，人为设计、加工和制造新材料、新器件的时代。粗略的分，纳米技术可分为纳米物理、纳米化学、纳米生物、纳米电子、纳米材料、纳米机械和加工等几方面。

纳米材料具有常规材料所不具备的反常特性，如它的硬度、强度，韧性和导电性等都非常高，被誉为“21世纪最有前途的材料”。美国一研究机构认为：任何经营材料的企业，如果现在还不采取措施研究纳米材料的开发，今后势必会处于竞争的劣势。

纳米电子是纳米技术与电子学的交叉形成的一门新技术。它是以研究纳米级芯片、器件、超高密度信息存储为主要内容的一门新技术。例如，目前超高密度信息存储的最高存储密度为10[12]毕特／平方厘米，其信息储存量为常规光盘的10[6]倍。

纳米机械和加工，也称为分子机器，它可以不用部件制造几乎无任何缝隙的物体，它每秒能完成几十亿次操作，可以做人类想做的任何事情，可以制造出人类想得到的任何产品。目前采用分子机器加工已研制出世界上最小的（米粒大小）蒸汽机、微型汽车、微型发电机、微型马达、微型机器人和微型手术刀。微型机器人可进入血管清理血管壁上的沉积脂肪，杀死癌细胞，修复损坏的组织和基因。微型手术刀只有一根头发丝的百分之一大小，可以不用开胸破腹就能完成手术。21世纪的生物分子机器将会出现可放在人脑中的纳米计算机，实现人机对话，并且有自身复制的能力。人类还有可能制造出新的智能生命和实现物种再构。

“无限大”和“无限小”系统物理学

“无限大”和“无限小”系统物理学是当今物理学发展的一个非常活跃的领域。天体物理和宇宙物理学就属于“无限大”系统物理学的范畴，它从早期对太阳系的研究，逐步发展到银河系，直到对整个宇宙的研究。热大爆炸宇宙模型作为本世纪后半叶自然科学中四大成就之一是当之无愧的。利用该模型已经成功地解释宇宙观测的最新结果。如宇宙膨胀，宇宙年龄下限，宇宙物质的层次结构，宇宙在大尺度范围是各向同性等重要结果。可以说具有暴胀机制的热大爆炸宇宙模型已为现代宇宙学奠定了一定的基础。但是到目前为止，关于宇宙的起源问题仍没有得到解决，暴胀宇宙论也并非十全十美，事实上想一次就能得到一个十分完善的宇宙理论是很困难的，这还有待于进一步的努力和探索。

“无限大”系统物理学还有两个比较重要的问题是“类星体”和“暗物质”。“类星体”是1961年发现的，一个类星体发出的光相当于几千个星云，而每个星云相当于1万亿个太阳所发出的光，所以对类星体的研究具有十分重大的意义。60年代末，科学家们发现一个编号为3C271的类星体，一天之内它的能量增加了一倍，到底是什么原因使它的能量增加如此迅速？有待于21世纪去解决。“暗物质”是一种具有引力，看不见，什么光也不发射的物质。宇宙中百分之九十以上的物质是所谓的“暗物质”，这种“暗物质”到底是什么？我们至今仍不清楚，也有待于下世纪去解决。

原子核物理和粒子物理学则属于“无限小”系统物理学的范畴，它从早期对原子和原子核的研究，逐步发展到对粒子的研究。粒子主要包括强子（中子、质子、超子、л介子、K介子等）、轻子（电子、 μ子、τ轻子等）和媒介子（光子、胶子等）。强子是对参与强相互作用粒子的总称，其数量几乎占粒子种类的绝大部分；轻子是参与弱相互作用和电磁相互作用的，它们不参与强相互作用；而媒介子是传递相互作用的。目前，人们已经知道参与强相互作用的粒子都是由更小的粒子“夸克”组成的，但是至今不能把单个“夸克”分离出来，也没有观察到它们可以自由地存在。为什么“夸克”独立不出来呢？还有一个不能解释的问题是“非对称性”，目前我们已有的定理都是对称的，可是世界是非对称的，这是一个有待于解决的矛盾。寻找独立的夸克和电弱统一理论预言的、导致对称性自发破缺的H粒子、解释“对称”与“非对性”的矛盾，是21世纪粒子物理学研究的前沿课题之一。

从表面上看“无限大”系统物理学与“无限小”系统物理学似无必然的联系。其实不然，宇宙和天体物理学家利用广义相对论来描述引力和宇宙的“无限大”结构，即可观察的宇宙范围；而粒子物理学家则利用量子力学来处理一些“无限小”微观区域的现象。其实宇宙系统与原子系统在某些方面有着惊人的相似性。预计21世纪“无限大”系统物理学将会与“无限小”系统物理学结合得更加紧密，即宏观宇宙物理学和微观粒子物理学整体联系起来。热大爆炸宇宙模型就是这种结合的典范，实际上该模型是在粒子物理学中弱电统一理论的基础上建立起来的。可以预计，这种结合对科技发展和应用都会产生巨大的影响。

二、跨世纪科学技术的发展趋势

科学技术能否取得重大突破的关键取决于基础科学的发展。所以，首先必须重视基础科学的研究，不能忽视更不能简单地以当时基础科学成果是否有用来衡量其价值。相对论和量子力学建立时好像与其他学科和日常生活无关，直到20世纪中期相对论和量子力学在许多科学领域中引起深刻的变革才引起人们的足够重视。可以说，20世纪几乎所有的重大科技突破，像原子能、半导体、激光、计算机等，都是因为有了相对论和量子力学才得以实现。可以说，没有基础科学就没有科学技术、社会和人类的发展。

20世纪重大科技成果的成功经验证明，不同学科间的互相交叉、配合和渗透是产生新的发明与发现，解释新现象，取得科学突破的关键条件之一。例如，核物理与军事技术的交叉产生了原子弹；半导体物理与计算技术的交叉产生了计算机。可以预计，21世纪待人类掌握核聚变能的那一天，一定是核物理、等离子体物理、凝聚态物理和激光技术等学科的交叉和配合的结果。这也是21世纪科学技术的发展趋势之一。

跨世纪科学技术发展的另一个趋势是“极端化”研究。所谓“极端化”研究，包含两方面内容，一是要创造或克服某些实验的“极端化”条件才能有所突破。例如，有时实验需要超低温、超高温、超真空、超高压、超细、超净等工作条件，有时又需要克服温度、湿度、重力、磁场等环境的影响。二是科学技术研究已深入到接近“极限”与冲破“极限”才能有所突破的艰难时期。例如，高温超导临界温度Tc的提高，每提高一点都是非常困难的。

半导体材料发展态势范文第5篇

关键词半导体材料量子线量子点材料光子晶体

1半导体材料的战略地位

上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米科学技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路，必将深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式。

2几种主要半导体材料的发展现状与趋势

2.1硅材料

从提高硅集成电路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）单晶的直径和减小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si发展的总趋势。目前直径为8英寸（200mm）的Si单晶已实现大规模工业生产，基于直径为12英寸（300mm）硅片的集成电路（IC‘s）技术正处在由实验室向工业生产转变中。目前300mm，0.18μm工艺的硅ULSI生产线已经投入生产，300mm，0.13μm工艺生产线也将在2003年完成评估。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功，直径27英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。

从进一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外，SOI材料，包括智能剥离（Smartcut）和SIMOX材料等也发展很快。目前，直径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开发中。

理论分析指出30nm左右将是硅MOS集成电路线宽的“极限”尺寸。这不仅是指量子尺寸效应对现有器件特性影响所带来的物理限制和光刻技术的限制问题，更重要的是将受硅、SiO2自身性质的限制。尽管人们正在积极寻找高K介电绝缘材料（如用Si3N4等来替代SiO2），低K介电互连材料，用Cu代替Al引线以及采用系统集成芯片技术等来提高ULSI的集成度、运算速度和功能，但硅将最终难以满足人类不断的对更大信息量需求。为此，人们除寻求基于全新原理的量子计算和DNA生物计算等之外，还把目光放在以GaAs、InP为基的化合物半导体材料，特别是二维超晶格、量子阱，一维量子线与零维量子点材料和可与硅平面工艺兼容GeSi合金材料等，这也是目前半导体材料研发的重点。

2.2GaAs和InP单晶材料

GaAs和InP与硅不同，它们都是直接带隙材料，具有电子饱和漂移速度高，耐高温，抗辐照等特点；在超高速、超高频、低功耗、低噪音器件和电路，特别在光电子器件和光电集成方面占有独特的优势。

目前，世界GaAs单晶的总年产量已超过200吨，其中以低位错密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生长的2－3英寸的导电GaAs衬底材料为主；近年来，为满足高速移动通信的迫切需求，大直径（4，6和8英寸）的SI－GaAs发展很快。美国莫托罗拉公司正在筹建6英寸的SI－GaAs集成电路生产线。InP具有比GaAs更优越的高频性能，发展的速度更快，但研制直径3英寸以上大直径的InP单晶的关键技术尚未完全突破，价格居高不下。

GaAs和InP单晶的发展趋势是：

（1）。增大晶体直径，目前4英寸的SI－GaAs已用于生产，预计本世纪初的头几年直径为6英寸的SI－GaAs也将投入工业应用。

（2）。提高材料的电学和光学微区均匀性。

（3）。降低单晶的缺陷密度，特别是位错。

（4）。GaAs和InP单晶的VGF生长技术发展很快，很有可能成为主流技术。

2.3半导体超晶格、量子阱材料

半导体超薄层微结构材料是基于先进生长技术（MBE，MOCVD）的新一代人工构造材料。它以全新的概念改变着光电子和微电子器件的设计思想，出现了“电学和光学特性可剪裁”为特征的新范畴，是新一代固态量子器件的基础材料。

（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基晶格匹配和应变补偿材料体系已发展得相当成熟，已成功地用来制造超高速，超高频微电子器件和单片集成电路。高电子迁移率晶体管（HEMT），赝配高电子迁移率晶体管（P－HEMT）器件最好水平已达fmax=600GHz，输出功率58mW，功率增益6.4db；双异质结双极晶体管（HBT）的最高频率fmax也已高达500GHz，HEMT逻辑电路研制也发展很快。基于上述材料体系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探测器，红、黄、橙光发光二极管和红光激光器以及大功率半导体量子阱激光器已商品化；表面光发射器件和光双稳器件等也已达到或接近达到实用化水平。目前，研制高质量的1.5μm分布反馈（DFB）激光器和电吸收（EA）调制器单片集成InP基多量子阱材料和超高速驱动电路所需的低维结构材料是解决光纤通信瓶颈问题的关键，在实验室西门子公司已完成了80×40Gbps传输40km的实验。另外，用于制造准连续兆瓦级大功率激光阵列的高质量量子阱材料也受到人们的重视。

虽然常规量子阱结构端面发射激光器是目前光电子领域占统治地位的有源器件，但由于其有源区极薄（～0.01μm）端面光电灾变损伤，大电流电热烧毁和光束质量差一直是此类激光器的性能改善和功率提高的难题。采用多有源区量子级联耦合是解决此难题的有效途径之一。我国早在1999年，就研制成功980nmInGaAs带间量子级联激光器，输出功率达5W以上；2000年初，法国汤姆逊公司又报道了单个激光器准连续输出功率超过10瓦好结果。最近，我国的科研工作者又提出并开展了多有源区纵向光耦合垂直腔面发射激光器研究，这是一种具有高增益、极低阈值、高功率和高光束质量的新型激光器，在未来光通信、光互联与光电信息处理方面有着良好的应用前景。

为克服PN结半导体激光器的能隙对激光器波长范围的限制，1994年美国贝尔实验室发明了基于量子阱内子带跃迁和阱间共振隧穿的量子级联激光器，突破了半导体能隙对波长的限制。自从1994年InGaAs／InAIAs／InP量子级联激光器（QCLs）发明以来，Bell实验室等的科学家，在过去的7年多的时间里，QCLs在向大功率、高温和单膜工作等研究方面取得了显着的进展。2001年瑞士Neuchatel大学的科学家采用双声子共振和三量子阱有源区结构使波长为9.1μm的QCLs的工作温度高达312K，连续输出功率3mW.量子级联激光器的工作波长已覆盖近红外到远红外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光谱、超高灵敏气体传感器、高速调制器和无线光学连接等方面显示出重要的应用前景。中科院上海微系统和信息技术研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子级联激光器；中科院半导体研究所于2000年又研制成功3.7μm室温准连续应变补偿量子级联激光器，使我国成为能研制这类高质量激光器材料为数不多的几个国家之一。

目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作为超薄层微结构材料发展的主流方向，正从直径3英寸向4英寸过渡；生产型的MBE和M0CVD设备已研制成功并投入使用，每台年生产能力可高达3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英国卡迪夫的MOCVD中心，法国的PicogigaMBE基地，美国的QED公司，Motorola公司，日本的富士通，NTT，索尼等都有这种外延材料出售。生产型MBE和MOCVD设备的成熟与应用，必然促进衬底材料设备和材料评价技术的发展。

（2）硅基应变异质结构材料。

硅基光、电器件集成一直是人们所追求的目标。但由于硅是间接带隙，如何提高硅基材料发光效率就成为一个亟待解决的问题。虽经多年研究，但进展缓慢。人们目前正致力于探索硅基纳米材料（纳米Si／SiO2），硅基SiGeC体系的Si1－yCy/Si1－xGex低维结构，Ge／Si量子点和量子点超晶格材料，Si／SiC量子点材料，GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED发光器件和有关纳米硅的受激放大现象的报道，使人们看到了一线希望。

另一方面，GeSi／Si应变层超晶格材料，因其在新一代移动通信上的重要应用前景，而成为目前硅基材料研究的主流。Si/GeSiMODFET和MOSFET的最高截止频率已达200GHz，HBT最高振荡频率为160GHz，噪音在10GHz下为0.9db，其性能可与GaAs器件相媲美。

尽管GaAs／Si和InP／Si是实现光电子集成理想的材料体系，但由于晶格失配和热膨胀系数等不同造成的高密度失配位错而导致器件性能退化和失效，防碍着它的使用化。最近，Motolora等公司宣称，他们在12英寸的硅衬底上，用钛酸锶作协变层（柔性层），成功的生长了器件级的GaAs外延薄膜，取得了突破性的进展。

2.4一维量子线、零维量子点半导体微结构材料

基于量子尺寸效应、量子干涉效应，量子隧穿效应和库仑阻效应以及非线性光学效应等的低维半导体材料是一种人工构造（通过能带工程实施）的新型半导体材料，是新一代微电子、光电子器件和电路的基础。它的发展与应用，极有可能触发新的技术革命。

目前低维半导体材料生长与制备主要集中在几个比较成熟的材料体系上，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，并在纳米微电子和光电子研制方面取得了重大进展。俄罗斯约飞技术物理所MBE小组，柏林的俄德联合研制小组和中科院半导体所半导体材料科学重点实验室的MBE小组等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子点激光器，工作波长lμm左右，单管室温连续输出功率高达3.6～4W.特别应当指出的是我国上述的MBE小组，2001年通过在高功率量子点激光器的有源区材料结构中引入应力缓解层，抑制了缺陷和位错的产生，提高了量子点激光器的工作寿命，室温下连续输出功率为1W时工作寿命超过5000小时，这是大功率激光器的一个关键参数，至今未见国外报道。

半导体材料研究的新进展

在单电子晶体管和单电子存贮器及其电路的研制方面也获得了重大进展，1994年日本NTT就研制成功沟道长度为30nm纳米单电子晶体管，并在150K观察到栅控源－漏电流振荡；1997年美国又报道了可在室温工作的单电子开关器件，1998年Yauo等人采用0.25微米工艺技术实现了128Mb的单电子存贮器原型样机的制造，这是在单电子器件在高密度存贮电路的应用方面迈出的关键一步。目前，基于量子点的自适应网络计算机，单光子源和应用于量子计算的量子比特的构建等方面的研究也正在进行中。

与半导体超晶格和量子点结构的生长制备相比，高度有序的半导体量子线的制备技术难度较大。中科院半导体所半导体材料科学重点实验室的MBE小组，在继利用MBE技术和SK生长模式，成功地制备了高空间有序的InAs／InAI（Ga）As／InP的量子线和量子线超晶格结构的基础上，对InAs／InAlAs量子线超晶格的空间自对准（垂直或斜对准）的物理起因和生长控制进行了研究，取得了较大进展。

王中林教授领导的乔治亚理工大学的材料科学与工程系和化学与生物化学系的研究小组，基于无催化剂、控制生长条件的氧化物粉末的热蒸发技术，成功地合成了诸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半导体氧化物纳米带，它们与具有圆柱对称截面的中空纳米管或纳米线不同，这些原生的纳米带呈现出高纯、结构均匀和单晶体，几乎无缺陷和位错；纳米线呈矩形截面，典型的宽度为20－300nm，宽厚比为5－10，长度可达数毫米。这种半导体氧化物纳米带是一个理想的材料体系，可以用来研究载流子维度受限的输运现象和基于它的功能器件制造。香港城市大学李述汤教授和瑞典隆德大学固体物理系纳米中心的LarsSamuelson教授领导的小组，分别在SiO2／Si和InAs／InP半导体量子线超晶格结构的生长制各方面也取得了重要进展。

低维半导体结构制备的方法很多，主要有：微结构材料生长和精细加工工艺相结合的方法，应变自组装量子线、量子点材料生长技术，图形化衬底和不同取向晶面选择生长技术，单原子操纵和加工技术，纳米结构的辐照制备技术，及其在沸石的笼子中、纳米碳管和溶液中等通过物理或化学方法制备量子点和量子线的技术等。目前发展的主要趋势是寻找原子级无损伤加工方法和纳米结构的应变自组装可控生长技术，以求获得大小、形状均匀、密度可控的无缺陷纳米结构。

2.5宽带隙半导体材料

宽带隙半导体材主要指的是金刚石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶体等，特别是SiC、GaN和金刚石薄膜等材料，因具有高热导率、高电子饱和漂移速度和大临界击穿电压等特点，成为研制高频大功率、耐高温、抗辐照半导体微电子器件和电路的理想材料；在通信、汽车、航空、航天、石油开采以及国防等方面有着广泛的应用前景。另外，III族氮化物也是很好的光电子材料，在蓝、绿光发光二极管（LED）和紫、蓝、绿光激光器（LD）以及紫外探测器等应用方面也显示了广泛的应用前景。随着1993年GaN材料的P型掺杂突破，GaN基材料成为蓝绿光发光材料的研究热点。目前，GaN基蓝绿光发光二极管己商品化，GaN基LD也有商品出售，最大输出功率为0.5W.在微电子器件研制方面，GaN基FET的最高工作频率（fmax）已达140GHz，fT=67GHz，跨导为260ms／mm；HEMT器件也相继问世，发展很快。此外，256×256GaN基紫外光电焦平面阵列探测器也已研制成功。特别值得提出的是，日本Sumitomo电子工业有限公司2000年宣称，他们采用热力学方法已研制成功2英寸GaN单晶材料，这将有力的推动蓝光激光器和GaN基电子器件的发展。另外，近年来具有反常带隙弯曲的窄禁带InAsN，InGaAsN，GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重视，这是因为它们在长波长光通信用高T0光源和太阳能电池等方面显示了重要应用前景。

以Cree公司为代表的体SiC单晶的研制已取得突破性进展，2英寸的4H和6HSiC单晶与外延片，以及3英寸的4HSiC单晶己有商品出售；以SiC为GaN基材料衬低的蓝绿光LED业已上市，并参于与以蓝宝石为衬低的GaN基发光器件的竟争。其他SiC相关高温器件的研制也取得了长足的进步。目前存在的主要问题是材料中的缺陷密度高，且价格昂贵。

II－VI族兰绿光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美国3M公司成功地解决了II－VI族的P型掺杂难点而得到迅速发展。1991年3M公司利用MBE技术率先宣布了电注入（Zn，Cd）Se／ZnSe兰光激光器在77K（495nm）脉冲输出功率100mW的消息，开始了II－VI族兰绿光半导体激光（材料）器件研制的高潮。经过多年的努力，目前ZnSe基II－VI族兰绿光激光器的寿命虽已超过1000小时，但离使用差距尚大，加之GaN基材料的迅速发展和应用，使II－VI族兰绿光材料研制步伐有所变缓。提高有源区材料的完整性，特别是要降低由非化学配比导致的点缺陷密度和进一步降低失配位错和解决欧姆接触等问题，仍是该材料体系走向实用化前必须要解决的问题。

宽带隙半导体异质结构材料往往也是典型的大失配异质结构材料，所谓大失配异质结构材料是指晶格常数、热膨胀系数或晶体的对称性等物理参数有较大差异的材料体系，如GaN／蓝宝石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引发界面处大量位错和缺陷的产生，极大地影响着微结构材料的光电性能及其器件应用。如何避免和消除这一负面影响，是目前材料制备中的一个迫切要解决的关键科学问题。这个问题的解泱，必将大大地拓宽材料的可选择余地，开辟新的应用领域。

目前，除SiC单晶衬低材料，GaN基蓝光LED材料和器件已有商品出售外，大多数高温半导体材料仍处在实验室研制阶段，不少影响这类材料发展的关键问题，如GaN衬底，ZnO单晶簿膜制备，P型掺杂和欧姆电极接触，单晶金刚石薄膜生长与N型掺杂，II－VI族材料的退化机理等仍是制约这些材料实用化的关键问题，国内外虽已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。

3光子晶体

光子晶体是一种人工微结构材料，介电常数周期的被调制在与工作波长相比拟的尺度，来自结构单元的散射波的多重干涉形成一个光子带隙，与半导体材料的电子能隙相似，并可用类似于固态晶体中的能带论来描述三维周期介电结构中光波的传播，相应光子晶体光带隙（禁带）能量的光波模式在其中的传播是被禁止的。如果光子晶体的周期性被破坏，那么在禁带中也会引入所谓的“施主”和“受主”模，光子态密度随光子晶体维度降低而量子化。如三维受限的“受主”掺杂的光子晶体有希望制成非常高Q值的单模微腔，从而为研制高质量微腔激光器开辟新的途径。光子晶体的制备方法主要有：聚焦离子束（FIB）结合脉冲激光蒸发方法，即先用脉冲激光蒸发制备如Ag/MnO多层膜，再用FIB注入隔离形成一维或二维平面阵列光子晶体；基于功能粒子（磁性纳米颗粒Fe2O3，发光纳米颗粒CdS和介电纳米颗粒TiO2）和共轭高分子的自组装方法，可形成适用于可光范围的三维纳米颗粒光子晶体；二维多空硅也可制作成一个理想的3－5μm和1.5μm光子带隙材料等。目前，二维光子晶体制造已取得很大进展，但三维光子晶体的研究，仍是一个具有挑战性的课题。最近，Campbell等人提出了全息光栅光刻的方法来制造三维光子晶体，取得了进展。

4量子比特构建与材料

随着微电子技术的发展，计算机芯片集成度不断增高，器件尺寸越来越小（nm尺度）并最终将受到器件工作原理和工艺技术限制，而无法满足人类对更大信息量的需求。为此，发展基于全新原理和结构的功能强大的计算机是21世纪人类面临的巨大挑战之一。1994年Shor基于量子态叠加性提出的量子并行算法并证明可轻而易举地破译目前广泛使用的公开密钥Rivest，Shamir和Adlman（RSA）体系，引起了人们的广泛重视。

所谓量子计算机是应用量子力学原理进行计的装置，理论上讲它比传统计算机有更快的运算速度，更大信息传递量和更高信息安全保障，有可能超越目前计算机理想极限。实现量子比特构造和量子计算机的设想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一个实现大规模量子计算的方案。其核心是利用硅纳米电子器件中磷施主核自旋进行信息编码，通过外加电场控制核自旋间相互作用实现其逻辑运算，自旋测量是由自旋极化电子电流来完成，计算机要工作在mK的低温下。

这种量子计算机的最终实现依赖于与硅平面工艺兼容的硅纳米电子技术的发展。除此之外，为了避免杂质对磷核自旋的干扰，必需使用高纯（无杂质）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅单晶；减小SiO2绝缘层的无序涨落以及如何在硅里掺入规则的磷原子阵列等是实现量子计算的关键。量子态在传输，处理和存储过程中可能因环境的耦合（干扰），而从量子叠加态演化成经典的混合态，即所谓失去相干，特别是在大规模计算中能否始终保持量子态间的相干是量子计算机走向实用化前所必需克服的难题。

5发展我国半导体材料的几点建议

鉴于我国目前的工业基础，国力和半导体材料的发展水平，提出以下发展建议供参考。

5.1硅单晶和外延材料硅材料作为微电子技术的主导地位

至少到本世纪中叶都不会改变，至今国内各大集成电路制造厂家所需的硅片基本上是依赖进口。目前国内虽已可拉制8英寸的硅单晶和小批量生产6英寸的硅外延片，然而都未形成稳定的批量生产能力，更谈不上规模生产。建议国家集中人力和财力，首先开展8英寸硅单晶实用化和6英寸硅外延片研究开发，在“十五”的后期，争取做到8英寸集成电路生产线用硅单晶材料的国产化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我国应有8～12英寸硅单晶、片材和8英寸硅外延片的规模生产能力；更大直径的硅单晶、片材和外延片也应及时布点研制。另外，硅多晶材料生产基地及其相配套的高纯石英、气体和化学试剂等也必需同时给以重视，只有这样，才能逐步改观我国微电子技术的落后局面，进入世界发达国家之林。

5.2GaAs及其有关化合物半导体单晶材料发展建议

GaAs、InP等单晶材料同国外的差距主要表现在拉晶和晶片加工设备落后，没有形成生产能力。相信在国家各部委的统一组织、领导下，并争取企业介入，建立我国自己的研究、开发和生产联合体，取各家之长，分工协作，到2010年赶上世界先进水平是可能的。要达到上述目的，到“十五”末应形成以4英寸单晶为主2－3吨／年的SI－GaAs和3－5吨／年掺杂GaAs、InP单晶和开盒就用晶片的生产能力，以满足我国不断发展的微电子和光电子工业的需术。到2010年，应当实现4英寸GaAs生产线的国产化，并具有满足6英寸线的供片能力。

5.3发展超晶格、量子阱和一维、零维半导体微结构材料的建议

（1）超晶格、量子阱材料从目前我国国力和我们已有的基础出发，应以三基色（超高亮度红、绿和蓝光）材料和光通信材料为主攻方向，并兼顾新一代微电子器件和电路的需求，加强MBE和MOCVD两个基地的建设，引进必要的适合批量生产的工业型MBE和MOCVD设备并着重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP，GaN基蓝绿光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料体系的实用化研究是当务之急，争取在“十五”末，能满足国内2、3和4英寸GaAs生产线所需要的异质结材料。到2010年，每年能具备至少100万平方英寸MBE和MOCVD微电子和光电子微结构材料的生产能力。达到本世纪初的国际水平。

宽带隙高温半导体材料如SiC，GaN基微电子材料和单晶金刚石薄膜以及ZnO等材料也应择优布点，分别做好研究与开发工作。

（2）一维和零维半导体材料的发展设想。基于低维半导体微结构材料的固态纳米量子器件，目前虽然仍处在预研阶段，但极其重要，极有可能触发微电子、光电子技术新的革命。低维量子器件的制造依赖于低维结构材料生长和纳米加工技术的进步，而纳米结构材料的质量又很大程度上取决于生长和制备技术的水平。因而，集中人力、物力建设我国自己的纳米科学与技术研究发展中心就成为了成败的关键。具体目标是，“十五”末，在半导体量子线、量子点材料制备，量子器件研制和系统集成等若干个重要研究方向接近当时的国际先进水平；2010年在有实用化前景的量子点激光器，量子共振隧穿器件和单电子器件及其集成等研发方面，达到国际先进水平，并在国际该领域占有一席之地。可以预料，它的实施必将极大地增强我国的经济和国防实力。

半导体材料发展态势范文第6篇

截止到2011年4月31日，日本受理463件，占22.84％；紧随其后的是美国，受理379件，占18.70％。他们是目前印刷电子技术发展最为迅猛的国家，两国受理的专利申请数量占到总量的41.54%。此外，在申请的专利中，有11.54%采用了PCT途径，这是一个较高的比例，显示出专利权人对其专利的重视和加大拓展国外市场的期望。同时，韩国、欧专局、中国等也都受理了较多的印刷电子技术专利申请。专利申请人分布表2是全球印刷电子技术专利主要申请人分布情况。综合来看，全球印刷电子技术领域专利申请人前15位主要为日本、韩国、美国的公司。具体主要分析如下：（1）关于日本公司。从排名前15位的专利权人可以看出，共有6家是日本企业，这些企业共申请专利133件，占到全球印刷电子技术申请量的16.2%。其中，精工爱普生公司申请量为34件，居世界第二。日本松下专利产出时间最早，在1974年便申请了相关专利。而大日本印刷公司、凸版印刷株式会社、松下集团也从上世纪80年代开始，就已经着手研发印刷电子技术。总体而言，日本公司的专利产出持续时间较长，从1974年一直持续到2011年，这说明日本不仅是研究印刷电子技术较早的一个国家，也是早期实现印刷电子产业化的国家，其研发能力具有较强的竞争力。（2）关于韩国公司。韩国三星是一家集半导体、通信、计算机、消费类电子产品于一体的大型研发企业，也是韩国最大的企业集团，在电子消费领域，处于垄断地位。可以看出，三星电子从2004年才有专利产出，但是其专利申请量以52件位居第一。说明韩国三星电子虽然起步较晚，但是其能够抓住市场机遇，快速掌握印刷电子技术的研发方向，并积极有效地进行专利保护。有报道称该公司在未来将继续投入大量资金进行印刷电子技术的研发，包括基于这项新技术所需的材料、生产设备、器件，以及制造完整产品的工艺等各个技术领域。（3）关于美国公司。还可以看出，排名前15位专利权人中，共有4家美国公司，分别为美国施乐、摩托罗拉、普莱克卓尼克斯（Plextronics）、惠普，各公司的专利申请量在10件左右。成立于2007年，主要研发团队来自于美国卡内基梅隆大学的普莱克卓尼克斯（Plextronics）公司，从2009年才开始申请相关专利，两年多的时间里已经申请了11件专利。说明作为一个新成立的公司，该公司在印刷电子领域有着很大的创新性。目前该公司主要致力于利用印刷方法生产太阳能电池、照明，以及其他电子产品，包括研究用于以上产品所需的墨水。

IPC分类H01L51H01L21H05K3H01L29C09D11H01B1H05K1H05B33B41J2G02F1表3印刷电子技术前10位IPC大组分布说明使用有机材料作有源部分或使用有机材料与其他材料的组合作有源部分的固态器件；专门适用于制造或处理这些器件或其部件的工艺方法或设备专门适用于制造或处理半导体或固体器件或其部件的方法或设备用于制造印刷电路的设备或方法专门适用于整流、放大、振荡或切换，并具有至少一个电位跃变势垒或表面势垒的半导体器件；具有至少一个电位跃变势垒或表面势垒，例如PN结耗尽层或载流子集结层的电容器或电阻器；半导体本体或其电极的零部件油墨按导电材料特性区分的导体或导电物体；用作导体的材料选择印刷电路电致发光光源以打印或标记工艺为特征而设计的打字机或选择性印刷机构控制来自独立光源的光的强度、颜色、相位、偏振或方向的器件或装置，例如，转换、选通或调制；非线性光学申请量（件）4583892802742251841431139290占比（%）9.448.025.775.654.643.792.952.331.901.851.4IPC技术领域分布表3是印刷电子技术专利申请涉及的主要IPC大组分布状况。从中可以看出，目前印刷电子技术领域专利申请主要集中在H01L51、H01L21、H05K3、H01L29、C09D11等IPC大组。排名在前10位的IPC大组分类的专利量占到整个技术领域的46.3%。其中分布在H01L51的数量最多，占整个技术领域的9.4%。H01L51是印刷电子技术的主要IPC大组。H01L51对应的技术领域为有源部分含有机材料的固态器件，以及制造或处理这些器件的工艺方法或设备。印刷电子技术可以印刷有机电子材料，也可以在柔性衬底上印刷，如OLED、OFET、OPV等有机电子器件均可利用印刷方法来制作。印刷电子技术与有机材料的应用相结合，在丰富产品种类、提高生产效率、改善产品质量、降低生产成本等方面体现出了较大的优势［3］。另外，涉及到H01L51的专利于2002年开始出现，在过去从未有过相关的专利申请，说明该IPC大组为近10年来印刷电子技术发展的新领域，并且其专利申请量整体呈上升趋势，已经成为研究的热点。全球都在积极申请与有机材料相关的专利，同时也说明在该技术领域，竞争较为激烈。H01L21和H05K3主要涉及到印刷电子器件的制备方法和生产设备。其中H01L21在1980年才开始有相关专利申请，但当时并没有引起学术界和产业界的重视，此后的发展相当缓慢；不过，从2002年开始随着有机材料的发展，相关领域的专利申请数量才开始明显上升。H01L29涉及半导体器件，电容器或电阻器，半导体本体或其电极的零部件。该技术领域的发展与HOL51、H01L21两个技术领域的发展很相似。从2002年开始，H01L29与HOL51、H01L21这3个技术领域的专利申请量开始逐年增加，并在2006年有一次突破，在2009~2010年申请量又有了一次突破。3个技术领域的申请量同时在2007年有小幅的回落，以有机材料为对象的半导体器件性能出现了技术瓶颈。这种发展路线不仅说明利用印刷电子技术制备半导体器件和印刷电子技术所需的有机材料同时快速发展，也说明这3个IPC大组不断成为印刷电子技术的研究热点。

从2002年开始，印刷电子技术每年的专利申请量呈现上升趋势，且逐年增长幅度明显加快，至2009年，印刷电子技术专利年度申请量达到顶峰。印刷电子技术的专利申请主要集中在以有机材料为对象的器件研究、制造或处理器件或其部件的方法或设备、用于制造印刷电路的设备或方法、半导体电子器件、油墨等领域。综合来看，全球印刷电子技术主要专利申请人都集中在国外的公司，足以说明印刷电子技术已经是国外企业竞争的技术领域，对低成本、环保、便携式新颖电子产品的追求，驱动了目前印刷电子技术的高速发展。从产业化进程来看，国内印刷电子技术与国外企业有明显的差距，国外从事印刷电子技术研发的企业有3类。一类为大型集团公司，如三星、松下、日立等；一类由传统印刷技术领域逐渐走向印刷电子技术领域的公司，如精工爱普生等；一类为专门从事生产印刷电子产品的公司，如普莱克卓尼克斯，凸版印刷等。国内目前也有一些科研机构和公司从事印刷电子技术的研发，但是公司规模较小，并且技术应用领域单一。目前国内研制的银墨水较多，印刷电子技术的应用主要集中在利用丝网印刷制作太阳能电池电极，技术方案相对简单，无法形成具有国际竞争力的专利技术。印刷电子技术是一个系统工程，为保证我国在未来的印刷电子技术领域的竞争力和话语权，尤其为保证我国印刷电子技术能够长期可持续发展，我们需要增加国内印刷电子技术研究的深度与广度，整合国内资源，集中优势力量攻克关键技术难点，印刷电子技术的应用领域较广，我们可以针对不同应用领域进行开发，从而形成低成本、高技术含量的产品。

作者：王亦林剑马廷灿单位：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所中国科学院武汉文献情报中心

半导体材料发展态势范文第7篇

【关键词】产业链；产业链竞争力；多晶硅产业；乐山

随着信息化和工业化的发展，硅产业成为全球战略性和基础性产业。多晶硅在今后很长时间内将是集成电路芯片、各类半导体器件以及太阳能电池的主要原材料。乐山市硅矿资源丰富，品质优良，多晶硅产业是乐山市重点培育的三大千亿产业之一，在全国多晶硅产业发展热潮中，如何获取产业链竞争优势、提升产业链竞争力至关重要。

一、产业链及产业链竞争力

龚勤林（2004）认为产业链是各个产业部门之间基于一定的技术经济关联并依据特定的逻辑关系和时空布局关系客观形成的链条式关联关系形态；产业链主要是基于各个地区客观存在的区域差异，着眼发挥区域比较优势，借助区域市场协调地区间专业化分工和多维性需求的矛盾，以产业合作为实现形式和内容的区域合作载体。从现实工业产业链环节来看，一个完整的产业链包括原材料加工、中间产品生产、制成品组装、销售、服务等多个环节以及交织影响这单一链条的相关行业和政府政策等构成的经济关系。

当今的区域经济竞争，已经进入全产业链整体竞争时代。产业链竞争力包括三方面的能力：第一是产业链的纵向整合能力。首先要做大做强产业链上下游的各个环节，然后贯穿打通，实现各个环节之间的资源对接、相互撬动。第二是产业链的横向整合和拓展能力。横向整合，是产业链某一个环节通过整合处于同一环节上的资源来做大做强。第三是产业链之间的联动能力。也就是通过资源互补的产业链之间的相互嵌入、相互共振、价值循环，实现集团总体价值最大化。

二、乐山多晶硅产业链的形成

从20世纪60年代开始，得益于丰富的硅矿储量、盐卤矿资源和水电资源，经过多年发展，乐山在多晶硅研发和生产方面已经形成了全国领先的技术优势，形成了一定产业聚集效应，循环利用走在全国前列，多晶硅产业链条逐步形成。

（一）电子级硅材料产业链

依托东汽峨半国防科技国家晶体材料加工技术研究应用中心、东汽峨半厂（所）、新光硅业公司、乐山无线电厂、乐山菲尼克斯公司、杭州富通（乐山）公司、江苏华大光电公司等一批重点企业在半导体材料和半导体分立器件所形成产业优势形成了“工业硅―电子级多晶硅―单晶硅―硅片―硅外抛光延片―硅半导体器件―集成电路”产业链。

（二）太阳能光伏硅材料产业链

依托四川省硅材料产学研联盟、新光硅业四川省多晶硅工程技术研究中心、东汽峨半、拓日新能光伏产业园、新光硅业公司、永祥硅业公司、乐电天威硅业公司、扬州华尔光电公司等为骨干企业发展太阳能光伏产业，并形成了“工业硅―太阳能级多晶硅―单晶硅及切片―太阳能电池片及组件―太阳能发电设备―太阳能民用产品”产业链。

（三）硅化工循环利用产业链

依托永祥硅业四川省硅材料副产物循环利用工程技术研究中心、五通国家可持续发展实验区、乐山福华循环经济产业园、乐山吉必盛、长庆化工、乐山科立鑫化工公司等形成“四氯化硅（生产多晶硅的主要副产物）―气相白炭黑、有机硅单体―硅橡胶、硅油、硅涂料、硅活性中间体以及四氯化硅―光纤级四氯化硅―光纤预制棒―光纤―光缆”双产业链。

三、乐山多晶硅产业链竞争力的形成

乐山拥有较为丰富的发展多晶硅产业所需的盐卤、磷矿、水电等自然资源和技术、人才等资源，开发潜力巨大，工业基础较好。经过多年的不懈努力，在基础资源、技术、人才、产业基础和布局、循环利用和产业链配套等方面，乐山市多晶硅产业链在全国已经拥有一定的竞争优势，产业链竞争力已经初步形成。

（一）基础资源优势

乐山硅材料基地区位适中，交通方便，空气清新，不仅人居环境优越，而且特别适于多晶硅等高纯材料的布点建设。多晶硅产业的发展必须依托富集的硅矿、电能和氯碱资源为保障。市境内盐卤矿储量达170亿吨，硅矿储量上亿吨；现有30多万吨烧碱、10万吨工业硅、近10万吨三氯氢硅和液氯生产能力；多晶硅发展有可靠的原料保障。全市水电资源丰富，蕴藏量790万千瓦；天然气资源已探明储量110亿立方米，输送管网完善，日供气量可达300万立方米以上；煤炭保有储备6.3亿吨，年产原煤1 000万吨；硅材料产业化发展能源供应基本充足。

（二）技术优势

乐山市是全国唯一持续40多年不间断从事半导体硅材料研发、试制生产的地区，是中国多晶硅生产的发源地。东汽峨半是我国多晶硅研究和生产的发源地，在太阳能行业被称为国内多晶硅技术的“鼻祖”，是国内40多年没有停止过多晶硅研究和生产的唯一单位，成为推动我国硅材料自主研发和生产的主力军。历年累计完成国家和部省级重点科研课题260多项，已有200余项转化应用，76项成果获国家和部省级科技进步奖，具有技术、人才和装备优势。近年来，乐山硅材料企业承担了国家、省级重大科技项目21项，攻克了改良西门子法尾气回收工艺技术、四氯化硅氢化技术和综合利用技术，实施了气相白炭黑、有机硅系列产品等项目，大大地提高产品市场竞争力。

（三）人才优势

据2008年统计，乐山市现有硅材料产业技术人员1661人，硅材料产业化有可靠的人才保障。其中经营管理人才175人，占人才总量的10.5%；专业技术人才643人，占人才总量的38.7%；技能型人才843人，占人才总量的50.8%。全市硅材料产业人才主要分布在东汽峨半、新光硅业、永祥多晶硅公司，占人才总量的95%，东汽峨半拥有人才占56%。东汽峨半、乐电天威两家企业正在培养近千人的专业技术人才队伍。

（四）产业基础优势

自20世纪60年代以来，先后建立了我国第一个厂所结合、综合进行半导体材料科研生产的联合体，我国第一条百公斤级的硅材料试验生产线，第一条百吨级多晶硅工业试验国家高技术产业化示范生产线，第一条千吨级多晶硅国家高技术产业化示范生产线，第一个硅材料高等技术学院。乐山多晶硅企业的产能、产量和综合实力长期居全国领先地位。经过多年的发展，乐山市硅材料及关联产业已具一定规模，拥有一批技术创新能力强、在国内行业处于领先地位的骨干企业。硅材料产业基础好，全市现已基本形成了硅材料产业集群，主要集中在峨眉山电子园区、乐山高新技术区和五通桥片区。随着乐山多晶硅产业的迅速崛起，国内一批知名企业纷纷落户乐山，投资建设多晶硅及太阳能光伏项目，为促进和带动我国多晶硅产业发展打下了坚实的基础。

（五）循环利用优势

在循环经济理念指导下，乐山初步形成了产品链接、循环利用的关联产业集群。要实现硅产业可持续发展，必须攻克副产物四氯化硅的处理这一世界级难题。近年来，乐山集中技术力量攻关，成功掌握了大型四氯化硅热氢化技术、尾气回收工艺技术、硅材料下游产品开发、副产物循环利用等数十项关键技术，并获得国家专利33项。实现了企业内硅材料副产物利用小循环、企业间硅材料副产物利用中循环、区域间硅材料副产物利用大循环的三大循环。多晶硅发展中的环保难题在产业链中转化为产业优势，多晶硅企业生产的废料将被全部“吃光”，产生了可观的效益，可持续发展能力得到充分提升。循环经济产生的可观效益以及产业配套的优势，使乐山形成了巨大的“洼地”效应，一些大企业纷纷加盟乐山多晶硅产业，乐山多晶硅产能连续多年居全国第一。

四、乐山多晶硅产业链竞争力提升途径

产业链竞争力的维持和发挥作用，需要不断的加强和提升力量的强度和广度，在动态提升中形成一种其他区域同类产业链及其企业无法复制、无法追赶和企及的核心竞争力。

（一）进入产业链价值高端

任何产品的价值在其生命的不同阶段都有不同的价值实现。产品在整个价值增值过程中，增值幅度存在明显差异，通观产业链价值的增值过程，产业链价值高端的价格是大幅度增长的。乐山多晶硅产业及其企业发展战略、工作重心和工作目标要紧紧盯住产品设计、原材料采购、仓储运输等这些产业链中价值高增长的环节，利用比较优势，通过不懈努力，进入能够实现产品更高价值、提升经济效益最大化的产业链的高端，才能产生更强的产业链竞争力。

（二）进行产业链高效整合

产业链高效整合就是以更高的效率走完整条产业链的产品设计、仓储运输、原料采购、订单处理、批发经营和终端零售，从而在市场适应和消费者互动上取得主动和领先地位，达到高效整合的目的。通过诸如实施标准化生产、对内部管理费用进行严格控制等，实现乐山多晶硅产业链的高效整合，使产业链上的各个环节都达到最优，进而实现各个产业链整体最优。

（三）进行产业链营销

产业链营销在严格意义上已经突破了营销的固有属性，要求营销人要从产业链，也即上游的原料、基地、公共关系；中游的研发、生产、管理；下游的消费者、竞争对手、渠道、终端、推广、促销等环节全方位把握企业品牌的塑造，因此更具系统性。从乐山多晶硅产业的实际情况看，进行产业链营销可以在宏观与微观上进行充分结合，可以使多晶硅企业品牌在产品质量、资源整合、推广、促销等营销环节上获得非常充分的优势。

（四）进行产业链融资

产业链融资是指金融服务机构通过考核整条产业链上下游企业状况，通过分析考证产业链的一体化程度，以及掌握核心企业的财务状况、信用风险、资金实力等情况，最终对产业链上的多个企业提供灵活的金融产品和服务的一种融资模式。多晶硅产业的发展需要大量的资金，乐山多晶硅产业必须突破传统的企业单打独斗式的融资方式或靠政府优惠政策的融资方式，而是要立足于整个完善的产业链及其竞争力来吸引外部资金以获取其最大的收益。

【参考文献】

［1］夏先清，许天毅，夏建新.乐山多晶硅产业链逐步形成［N］.经济日报，2008-5-7（7）.

［2］人民银行乐山市中心支行课题组.多晶硅未来发展将面临严峻挑战――基于乐山多晶硅产业的调查与思考［J］.西南金融，2008（10）：42-43.

半导体材料发展态势范文第8篇

1963年，uyeda 及其合作者发展了气体蒸发法制备纳米粒子，并对金属纳米微粒的形貌和晶体结构进行了电镀和电子衍射研究，使科学界对纳米技术的概念有了多方面的认识。1974年，taniguchi 最早使用纳米http://科技（nanotechnology）一词描述精细机械加工。1984 年，德国科学家 gleiter 等人首次采用惰性气体凝聚法制备了具有清洁表面的纳米粒子，然后在真空室中原位加压成纳米固体，并提出纳米材料界面结构模型。到1989年，纳米固体研究的种类已从由晶态微粒制成的纳米晶体材料（纳米导体、纳米绝缘体、纳米半导体）发展到纳米非晶体材料，并成功地制造出一些性能异常的复合纳米固体材料。1990 年7月，在美国巴尔地摩召开的首届国际纳米科学技术会议（nst）上，正式把纳米材料科学做为材料科学学科的一个新的分支。从此，一个将微观基础理论研究与当代高科技紧密结合起来的新型学科——纳米材料学正式诞生，并一跃进入当今材料科学的前沿领域。

纳米材料的组成及其分类

1、按照维数，纳米材料的结构单元可以分为三类

（1）零维指在空间有三维处于纳米尺度。如原子团簇、纳米微粒、量子点或人造原子等。原子团簇，是指几个至几百个原子的聚集体，粒径小于 1nm。它可以是由一元或多元原子以化学键结合起来的，也可以是由原子团簇与其它分子以配位化学键构成的原子簇化合物，如 fen,agnsm 和 c60,c70 等。纳米颗粒，尺寸在1-100nm 之间，日本名古屋大学的上田良二先生给纳米微粒下的定义是用电子显微镜能看到的微粒。量子点或人造原子，是由一定数量的实际原子组成德聚集体，它们的尺寸小于 100nm。人造原子具有与单个原子相似的离散能及，电荷也是不连续的，电子以轨道的方式运动。不同的是电子间的交互作用要复杂得多，人造原子中电子是处于抛物线型的势阱中，由于库仑排斥作用，部分电子处于势阱上部，弱的结合使它们具有自由电子的特征。

（2）一维指在空间有两维处于纳米尺度，如纳米丝、纳米棒和纳米管等；

（3）两维指在三维空间中有一维在纳米尺度，如超薄膜、多层膜、超晶格等。目前，纳米材料的研究除涉及上述纳米材料的三类范围外，还涉及到无实体的纳米空间材料，如纳米管、微孔和介孔材料，有序纳米结构及自组装体系等。纳米材料按照不同的组成和标准可以有不同的分类。

纳米材料按照组成可分为无机纳米材料、有机纳米材料、无机复合纳米材料、有机/无机复合纳米材料和生物纳米材料等。

纳米材料按照成键形式可以分为金属纳米材料、离子半导体纳米材料、半导体纳米材料以及陶瓷纳米材料等。

纳米材料按照物理性质可以分为半导体纳米材料、磁性纳米材料、导体纳米材料和超硬纳米材料等。按照物理效应可以分为压电纳米材料、热电纳米材料、铁电纳米材料、激光纳米材料、电光纳米材料、声光纳米材料和非线性纳米材料等。

纳米材料按照用途可分为光学纳米材料、感光纳米材料、光/电纳米材料等。

2、纳米材料的性质

纳米材料具有大的比表面积、表面原子数、表面能和表面张力随粒径的下降急剧增加，小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应等将导致纳米微粒的热、磁、光、敏感特性和表面稳定性等不同与常规粒子，另外，粒子集合体的形态（离散态、链状、网络状、聚合状）也迥然不同，这将导致粒子最终物理性能变化多端。

2.1磁力学性质

纳米微粒的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应等使得它具有常规粗晶粒材料所不具有的磁特性，纳米微粒的磁特性主要有如下几点:

（l）超顺磁性在小尺寸下，当各向异性能减小到与热运动能可相比拟时，磁化方向就不再固定在一个易磁化方向，易磁化方向作无规律的变化，结果导致超顺磁性的出现。纳米微粒尺寸小到一定临界值时

转贴于 http://

进入超顺磁状态，不同种类的纳米磁性微粒显现超顺磁的临界尺寸是不相同的。

（2）矫顽力纳米微粒尺寸高于超顺磁临界尺寸时通常呈现高的矫顽力。

（3）磁化率纳米微粒的磁性和它所含的总电子数的奇偶性密切相关。每个微粒的电子可以看成一个体系，电子数的宇称可为奇或偶。

2.2光学性能

纳米粒子http://的一个最重要的标志是尺寸与物理的特征量相差不多。与此同时，大的比表面使处于表面态的原子，电子与处于内部的原子、电子的行为有很大的区别，这种表面效应和量子尺寸效应对纳米微粒的光学特征有很大的影响。甚至使纳米微粒具有同样材质的宏观大块物体不具有的新的光学特征。如宽频带强吸收、蓝移和红移现象、量子限域效应、纳米微粉的发光等。如纳米zno中量子限域引起载流空间局域化及通过特殊表面处理后，其发射光谱结构及发射强度会改善且产生紫外激光发射。

2.3 表面活性及敏感特性

随纳米微粒粒径减小，比表面积增大，表面原子数增多及表面原子配位不饱和性导致大量的悬键和不饱和键等，这使得纳米微粒具有高的表面活性，同时还会提高反应的选择性。由于纳米微粒具有大的比表面积，高的表面活性，以及表面与气氛气体相互作用强等原因，纳米微粒对周围环境十分敏感，如光、温气氛、湿度等，可用于传感器。

2.4 光催化性能

光催化是纳米半导体的独特性能之一。当半导体氧化物纳米粒子受到大于禁带宽度能量的光子照射后，电子从价带跃迁到导带，产生了电子-空穴对，电子具有还原性，空穴具有氧化性，空穴与氧化物半导体纳米粒子表面的 oh-反应生成氧化性很高oh·自由基，活泼的自由基可以把许多难降解的有机物氧化为二氧化碳和水。目前广泛研究的半导体光催化剂大都属于宽带的 n 型半导体氧化物。

半导体材料发展态势