孟亭亭

【摘 要】伴隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)持續(xù)進(jìn)步發(fā)展，新興科學(xué)技術(shù)被人們生活各個(gè)領(lǐng)域中所廣泛應(yīng)用。半導(dǎo)體類(lèi)材料，其電子科技的進(jìn)步發(fā)展中有著核心作用，屬于電子科技基礎(chǔ)部分，往往是電子科技發(fā)展高度的關(guān)鍵因素。現(xiàn)階段，人們對(duì)半導(dǎo)體類(lèi)相關(guān)器件有著更高的要求，促使電子科技當(dāng)中半導(dǎo)體類(lèi)材料必然會(huì)發(fā)生較大的變化，擁有著良好的發(fā)展前景。鑒于此，本文主要圍繞著電子科學(xué)技術(shù)當(dāng)中半導(dǎo)體類(lèi)材料的發(fā)展趨勢(shì)開(kāi)展深入研究，望能夠?yàn)橄嚓P(guān)專(zhuān)家及學(xué)者對(duì)這一課題的深入研究提供有價(jià)值的參考或者依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】電子;科學(xué)技術(shù);半導(dǎo)體;材料;發(fā)展趨勢(shì);

前言

伴隨著工業(yè)化、電子科技等的持續(xù)進(jìn)步發(fā)展，對(duì)于半導(dǎo)體類(lèi)材料需求量及要求也逐步提升。對(duì)此，深入研究電子科學(xué)技術(shù)當(dāng)中半導(dǎo)體類(lèi)材料的發(fā)展趨勢(shì)，把握住其發(fā)展主流趨勢(shì)，提出若干發(fā)展策略，有著一定現(xiàn)實(shí)意義價(jià)值。

1、發(fā)展現(xiàn)狀

半導(dǎo)體類(lèi)材料有著較為廣泛的產(chǎn)業(yè)分布，門(mén)類(lèi)較多，以?huà)伖庖?、靶材、電子氣體、高純的化學(xué)試劑、光刻膠、硅及硅基材等為主。以半導(dǎo)體類(lèi)材料產(chǎn)業(yè)鏈的上下游來(lái)劃分，該半導(dǎo)體類(lèi)的材料主要包含著封裝材料、晶圓制造類(lèi)材料。2016年，全球范圍內(nèi)封裝材料、晶圓制造類(lèi)材料在市場(chǎng)上的發(fā)展規(guī)模各為196億美元、247億美元^[1]。中國(guó)屬于半導(dǎo)體類(lèi)材料最大的消費(fèi)國(guó)，更疏遠(yuǎn)全球范圍內(nèi)半導(dǎo)體類(lèi)材料的需求國(guó)。2016年，半導(dǎo)體類(lèi)材料全球市場(chǎng)發(fā)展規(guī)模約為443億美金，中國(guó)大陸的市場(chǎng)銷(xiāo)售金額在65億美金左右，超出美國(guó)、日本等半導(dǎo)體類(lèi)材料強(qiáng)國(guó)，且僅次于韓國(guó)、臺(tái)灣等國(guó)家，位居全球第三名^[2]。與半導(dǎo)體類(lèi)設(shè)備的配套設(shè)施相同，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體類(lèi)材料面臨自給率嚴(yán)重不足、小規(guī)模、高端低占比等各方面問(wèn)題。相比國(guó)外一些國(guó)家，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體類(lèi)材料相關(guān)企業(yè)綜合實(shí)力較為薄弱，伴隨國(guó)家相關(guān)政策支持及國(guó)內(nèi)企業(yè)持續(xù)研發(fā)，加之，產(chǎn)業(yè)的投入量持續(xù)增長(zhǎng)，各種材料均實(shí)現(xiàn)突破發(fā)展，逐漸被國(guó)產(chǎn)所代替，不再依賴(lài)于進(jìn)口。

2、分類(lèi)

2.1 砷化鎵單晶類(lèi)材料

砷化鎵，屬于具備較高耐輻射性、高溫性材料，被廣泛應(yīng)用至光電子的材料及微電子等各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中。在高速運(yùn)行電子化設(shè)備當(dāng)中，有著較大用處。近些年來(lái)，通信技術(shù)采用信道頻率持續(xù)增加，在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中使用砷化鎵數(shù)量逐步增長(zhǎng)。因現(xiàn)階段Ga As單晶類(lèi)材料研發(fā)起步較晚一些，在這一方面還需增加相關(guān)的實(shí)踐研究，以至于半導(dǎo)體類(lèi)材料存在較大的生產(chǎn)機(jī)會(huì)^[3]。

2.2 光子晶體類(lèi)材料

光子晶體，現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)了廣泛性的應(yīng)用，借助周期性的電構(gòu)晶體形成類(lèi)光學(xué)性的晶體。光子信息，借助波紋長(zhǎng)度調(diào)整，半導(dǎo)體的電子相互間可實(shí)現(xiàn)間隙性的穿戴，電子管家可實(shí)現(xiàn)有效傳遞，光波可實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)電流傳輸，對(duì)半導(dǎo)體科學(xué)應(yīng)用可起到一種輔助性的作用。伴隨現(xiàn)階段電子科技持續(xù)進(jìn)步發(fā)展，對(duì)于產(chǎn)品芯片方面重視度持續(xù)提升，故而，對(duì)于電子產(chǎn)品各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)及要求也處于逐漸提高趨勢(shì)。借助光子晶體類(lèi)材料制作半導(dǎo)體，已逐漸成為半導(dǎo)體類(lèi)材料主要發(fā)展規(guī)劃及方案。

2.3 半導(dǎo)體硅類(lèi)材料

近些年，不斷出現(xiàn)各種半導(dǎo)體新型材料。硅，憑借著自身優(yōu)異性能、低廉價(jià)格、豐富資源等優(yōu)勢(shì)，在半導(dǎo)體類(lèi)市場(chǎng)當(dāng)中占據(jù)重要位置。在人們的日常生活當(dāng)中所生產(chǎn)電子產(chǎn)品多數(shù)是由硅基礎(chǔ)的材料所制作而成，還有部分集成電路由硅晶體的衍生物或者硅所制作而成。由此，便可了解到硅材料對(duì)于半導(dǎo)體類(lèi)材料發(fā)展來(lái)說(shuō)可起著至關(guān)重要的作用。20世紀(jì)末期，硅材料便已被當(dāng)成電子科學(xué)類(lèi)技術(shù)主要材料進(jìn)行深入開(kāi)發(fā)及研究，應(yīng)用至各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中。年需求量處于指出增長(zhǎng)狀態(tài)。依據(jù)現(xiàn)階段全世界硅類(lèi)材料消耗量來(lái)看，硅在今后必然會(huì)成為電子通信及計(jì)算領(lǐng)域當(dāng)中重要材料。半導(dǎo)體類(lèi)材料，其機(jī)械方面地位顯著。若無(wú)硅材料來(lái)對(duì)半導(dǎo)體類(lèi)材料的發(fā)展提供支持力量，則半導(dǎo)體類(lèi)材料將難以實(shí)現(xiàn)有效的更新?lián)Q代及性能提升。半導(dǎo)體的硅來(lái)材料形態(tài)較多，不同形態(tài)硅材料均被應(yīng)用至半導(dǎo)體類(lèi)材料生產(chǎn)當(dāng)中，發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

3、新型的半導(dǎo)體類(lèi)材料發(fā)展趨勢(shì)

由于現(xiàn)階段人們針對(duì)半導(dǎo)體類(lèi)器件性能有著更高要及標(biāo)準(zhǔn)，人們對(duì)于半導(dǎo)體類(lèi)材料成本、功耗水平、集成度各個(gè)方面均有著全新定義。現(xiàn)階段，第三代的半導(dǎo)體類(lèi)材料已成為了半導(dǎo)體類(lèi)材料發(fā)展主流，最具代表性的有新型氮化鎵類(lèi)材料、新型碳化硅類(lèi)材料、新型氧化鋅半導(dǎo)體類(lèi)材料，下面以這三種新型的半導(dǎo)體類(lèi)材料為例，分析半導(dǎo)體類(lèi)材料今后發(fā)展趨勢(shì)：

3.1 新型氮化鎵類(lèi)材料

新型氮化鎵類(lèi)材料，屬于有著較低發(fā)熱效果、較強(qiáng)擊穿效應(yīng)一種半導(dǎo)體類(lèi)材料，其被廣泛應(yīng)用至高溫較大功率的器件與高頻率微波器件等方面。因新型氮化鎵類(lèi)材料帶隙相對(duì)較寬，以至于其在LED藍(lán)光方面應(yīng)用優(yōu)勢(shì)較為顯著，可被當(dāng)成LED藍(lán)光襯底應(yīng)用，市場(chǎng)發(fā)展前景較為樂(lè)觀。但是，對(duì)比國(guó)外部分發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)新型氮化鎵類(lèi)材料相關(guān)產(chǎn)業(yè)起步晚，伴隨新型氮化鎵類(lèi)材料在各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中廣泛應(yīng)用，勢(shì)必在各方面性能優(yōu)勢(shì)上有望增強(qiáng)，這就還需要我國(guó)在光學(xué)探測(cè)、新能源及軍工產(chǎn)業(yè)各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中增加對(duì)新型氮化鎵類(lèi)材料投入及研發(fā)。

3.2 新型碳化硅類(lèi)材料

碳化硅，它屬于碳基的化合物典型半導(dǎo)體類(lèi)材料，伴隨著其自身的熱導(dǎo)性能持續(xù)提升，在材料的穩(wěn)定性方面占據(jù)較大應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在部分需要較為優(yōu)異散熱性能要求條件下可實(shí)現(xiàn)廣泛性的應(yīng)用?，F(xiàn)階段，衛(wèi)星通信、發(fā)電傳輸、太陽(yáng)能的電池等各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，新型碳化硅類(lèi)材料均實(shí)現(xiàn)了廣泛性的應(yīng)用。同時(shí)，新型碳化硅類(lèi)材料也普遍應(yīng)用于軍工領(lǐng)域當(dāng)中。如國(guó)防建設(shè)當(dāng)中，新型碳化硅類(lèi)材料被廣泛應(yīng)用至偵測(cè)、通信各個(gè)方面，但產(chǎn)業(yè)支撐相對(duì)匱乏。國(guó)內(nèi)新型碳化硅類(lèi)材料相關(guān)產(chǎn)業(yè)仍然發(fā)展緩慢。然而，伴隨國(guó)內(nèi)對(duì)環(huán)保方面的發(fā)展關(guān)注的逐漸提升，新型碳化硅類(lèi)材料最符合這一發(fā)展條件，對(duì)此，我國(guó)會(huì)更多注重新型碳化硅類(lèi)材料相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。伴隨著國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體類(lèi)材料相關(guān)產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展，新型碳化硅類(lèi)材料相關(guān)產(chǎn)業(yè)也必將取得更為顯著的發(fā)展成果。

3.3 新型氧化鋅半導(dǎo)體類(lèi)材料

氧化鋅，其在現(xiàn)階段傳感器、光學(xué)材料等各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中占據(jù)重要位置。因其有著較高靈敏度、低功率、高集成度、快速等各方面優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用至微型化的傳感器相關(guān)領(lǐng)域當(dāng)中。今后，新型氧化鋅半導(dǎo)體類(lèi)材料，其在半導(dǎo)體類(lèi)器件方面有著較為廣闊的發(fā)展及應(yīng)用前景。

4、發(fā)展對(duì)策

4.1 增加開(kāi)發(fā)數(shù)量

硅元素，屬于在半導(dǎo)體類(lèi)材料最易于獲取的一種材料，也占據(jù)重要的位置。對(duì)此，應(yīng)適當(dāng)增加對(duì)硅開(kāi)采量，以開(kāi)采更多硅礦，持續(xù)嘗試著各種硅的開(kāi)采工藝及技術(shù)，持續(xù)提升硅開(kāi)采效率。同時(shí)，增加對(duì)硅元素提煉方面的實(shí)踐研究，注重現(xiàn)代化提煉技術(shù)的引入及工藝的改進(jìn)，以切實(shí)地增加硅元素的提煉精度及質(zhì)量，為半導(dǎo)體類(lèi)材料今后的可持續(xù)性發(fā)展提供保障。

4.2 增加對(duì)晶體的提取力度

相比部分發(fā)達(dá)國(guó)家，砷化鎵與其化合物晶體的萃取有一點(diǎn)差距存在著。因現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)晶體的加工及提取方面技術(shù)較為落后，砷化鎵該類(lèi)型化合物的半導(dǎo)體制作成功幾率相對(duì)較低。對(duì)此，在實(shí)際制造期間，應(yīng)當(dāng)積極重視制作水平的提升，以保證萃取的成功率，提升整體制作效果，促進(jìn)半導(dǎo)體類(lèi)采集今后在各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中的良好應(yīng)用及發(fā)展。

5、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)以上分析論述之后我們對(duì)于電子科學(xué)技術(shù)當(dāng)中半導(dǎo)體的材料主要發(fā)展趨勢(shì)，均能夠有了更加深入地認(rèn)識(shí)及了解。那么，今后為了能夠更好地推動(dòng)電子科學(xué)技術(shù)當(dāng)中半導(dǎo)體類(lèi)材料的進(jìn)步發(fā)展，便還需相關(guān)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域增加對(duì)這一方面的技術(shù)研發(fā)及改進(jìn)優(yōu)化，持續(xù)引起現(xiàn)代化的科學(xué)技術(shù)，不斷提升半導(dǎo)體類(lèi)材料質(zhì)量及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以開(kāi)辟半導(dǎo)體類(lèi)材料全新的發(fā)展道路，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]王欣.電子科學(xué)技術(shù)中的半導(dǎo)體材料發(fā)展趨勢(shì)[J].通訊世界，2016，29（08）：243-244.

[2]邢軼斌，康永.電子科學(xué)技術(shù)中的半導(dǎo)體材料發(fā)展趨勢(shì)[J].裝備維修技術(shù)，2019，28（03）：101-102.

[3]周澤恩.淺談電子科學(xué)技術(shù)半導(dǎo)體材料發(fā)展趨勢(shì)[J].中國(guó)化工貿(mào)易，2017，11（22）：239-240.

（作者單位：天河（保定）環(huán)境工程有限公司）