半导体材料的应用及发展趋势
一、半导体材料的主要类型
半导体材料可以按照化学成分进行分类，然后将具有特殊结构和性质的非晶和液态半导体单独归为一类。根据这种分类方法，半导体材料可以分为元素半导体、无机化合物半导体、有机化合物半导体以及非晶和液态半导体。
1.元素半导体:有11种半导体材料分布在元素周期表的ⅲA到ⅶ A族。下表中的黑框就是这11种元素半导体，其中C代表钻石。碳、磷、硒有绝缘体和半导体两种形态。b、Si、Ge、Te是半导电的；锡、砷、锑有半导体和金属两种形态。P的熔点和沸点太低，I的蒸汽压太高，容易分解，实用价值不大。砷、锑、锡的稳定态是金属，半导体不稳定。由于制备过程中的困难和性能上的限制，b、C和Te还没有被利用。所以11元素半导体中，只有Ge，Si，Se？使用了三个要素。锗和硅仍然是应用最广泛的两种半导体材料。
(半导体材料)
2.无机化合物半导体:分为二元系、三元系和四元系。？二元系包括:①ⅳ-ⅳ族:SiC和Ge-Si合金具有闪锌矿结构。② ⅲ-ⅴ:由周期表中的ⅲ元素Al、Ga、In和V元素P、As、Sb组成，以GaAs为典型代表。它们都具有闪锌矿结构，在应用上仅次于Ge和Si，具有很大的发展前景。③ⅱ-ⅵ族:ⅱ元素锌、镉、汞与ⅵ元素硫、硒、碲形成的化合物，是一些重要的光电材料。ZnS、CdTe和HgTe具有闪锌矿结构。④ⅰ-ⅶ族:ⅰ元素铜、银、金和？由第VII族元素Cl、Br和I形成的化合物，其中CuBr和CuI具有闪锌矿结构。⑤-ⅵ: ⅵ族元素As、Sb、Bi、ⅵ族元素？由硫、硒和碲形成的化合物，如Bi2Te3、Bi2Se3、Bi2S3和As2Te3，是重要的热电材料。⑥B族和过渡族元素Cu，？锌、钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴和镍的氧化物是主要的热敏电阻材料。⑦一些稀土元素？由Sc、Y、Sm、Eu、Yb、Tm和V族元素N、As或VI族元素S、Se、Te形成的化合物。？除了这些二元化合物，还有元素间或元素间的固溶体半导体，如Si-AlP、Ge-GaAs、InAs-InSb、AlSb-GaSb、InAs-InP、GaAs-GaP等。研究这些固溶体，对于改善单一材料的某些性能或开拓新的应用领域，可以起到很大的作用。
(半导体材料的元素结构图)
半导体材料
三元系包括:族:这是由一个II族和一个IV族原子代替III-V族中的两个III族原子组成的.如ZnSiP2，ZnGeP2，ZnGeAs2，CdGeAs2，CdSnSe2等。基团:由一个I族和一个III族原子组成，而不是II-VI族中的两个II族原子。比如？CuGaSe2、AgInTe2、AgTlTe2、CuInSe2、CuAlS2等。这是由一个I族原子和一个V族原子代替族中的两个III族原子组成，如Cu3AsSe4、Ag3AsTe4、Cu 3 BSB 4、ag 3 BSB 4等。此外，还有结构基本为闪锌矿的四元系(如Cu2FeSnS4)和更复杂的无机化合物。
3.有机化合物半导体:已知的有机半导体有几十种，如萘、蒽、聚丙烯腈、酞菁和一些芳香族化合物，还没有作为半导体应用。
4.非晶和液态半导体:这些半导体和晶体半导体最大的区别是它们没有严格的周期性晶体结构。
二、半导体材料的实际应用
不同半导体器件的制备对半导体材料有不同的形貌要求，包括单晶的切片、研磨、抛光、薄膜等。不同形式的半导体材料需要不同的加工技术。常用的半导体材料制备工艺包括提纯、单晶制备和薄膜外延生长。
半导体材料所有的半导体材料都需要对原料进行提纯，要求纯度大于6“9s”，最高大于11“9s”。纯化的方法分为两类。一种是不改变材料化学成分的提纯，称为物理提纯。另一种是将元素转化为化合物进行提纯，然后将提纯后的化合物还原为元素，这种方法称为化学提纯。物理提纯方法包括真空蒸发、区域提纯、拉晶提纯等。，而区域精炼是应用最广泛的一种。化学提纯的主要方法有电解、络合、萃取、精馏等。，而整流是应用最广泛的。由于每种方法都有一定的局限性，所以往往采用几种提纯方法相结合的方法来获得合格的材料。
(半导体材料)
大多数半导体器件是在单个晶片或以单个晶片为衬底的外延晶片上制造的。成批的半导体单晶都是用熔体生长法制造的。直拉法是应用最广泛的方法。80%的硅单晶、大部分锗单晶和锑化铟单晶都是用这种方法生产的，硅单晶的最大直径已经达到300 mm。将磁场引入熔体的直拉法被称为磁控拉晶法，用这种方法已经生产出具有高均匀性的硅单晶。在坩埚熔体表面加入液体覆盖剂，称为液封提拉法，用这种方法生产砷化镓、磷化镓、磷化铟。悬浮区熔法的熔体不与容器接触，用这种方法生长高纯度硅单晶。采用水平区熔法生产锗单晶。水平定向结晶法主要用于制备砷化镓单晶，垂直定向结晶法用于制备碲化镉和砷化镓。通过各种方法生产的块状单晶经过全部或部分过程，例如晶体取向、翻滚、基准面、切片、研磨、倒角、抛光、蚀刻、清洗、测试和封装，以提供相应的晶片。
在单晶衬底上生长单晶薄膜称为外延生长。外延的方法包括气相、液相、固相和分子束外延。化学气相外延主要用于工业生产，其次是液相外延。金属有机化合物气相外延和分子束外延用于制备量子阱和超晶格。非晶、微晶和多晶薄膜主要通过不同的方法如化学气相沉积和磁控溅射在玻璃、陶瓷、金属和其他基底上制备。
三、半导体材料的发展现状
与半导体设备市场相比，半导体材料市场长期处于配角地位，但随着芯片出货量的增加，材料市场将继续增长，开始摆脱华而不实的设备市场带来的阴影。根据销售收入、
半导体材料日本保持最大半导体材料市场的地位。然而，台湾省、ROW和韩国也正在成为重要的市场，材料市场的崛起反映了这些地区器件制造的发展。晶圆制造材料市场和封装材料市场均实现增长，未来增长将趋于温和，但仍将保持增长势头。
(半导体材料)
美国半导体工业协会(SIA)预测，2008年半导体市场收入将接近2670亿美元，这是连续第五年的增长。无独有偶，半导体材料市场也同时不断改写销售收入和出货量的记录。晶圆制造材料和封装材料均有增长，今年这两部分的市场收入预计分别为268亿美元和6543.8+09.9亿美元。
日本继续保持半导体材料市场的领先地位，占总市场的22%。2004年，台湾省超越北美成为第二大半导体材料市场。北美排在ROW(RestofWorld)和韩国之后，位列第五。ROW包括新加坡、马来西亚、泰国等东南亚国家和地区。很多新的晶圆厂都在这些地区投资，每个地区都有比北美更坚实的封装基础。
芯片制造材料占半导体材料市场的60%，其中大部分来自硅片。硅片和光掩模之和占晶圆制造材料的62%。2007年，除了湿化学试剂、光掩膜和溅射靶以外的所有晶圆制造材料都实现了强劲增长，使得晶圆制造材料市场增长65，438+06%。2008年，晶圆制造材料市场增长相对平缓，增长率为7%。预计2009年和2010年，增速分别为9%和6%。
半导体材料市场最显著的变化之一是封装材料市场的兴起。封装材料市场占1998半导体材料市场的33%，预计2008年这一份额将增加到43%。这种变化是由于在球栅阵列、芯片级封装和倒装芯片封装中越来越多地使用轧制基板和高级聚合材料。随着产品的便携性和功能性对包装提出了更高的要求，预计这些材料将在未来几年获得更强劲的增长。此外，金价的大幅上涨使得引线键合部分在2007年上涨了36%。
与晶圆制造材料类似，未来三年半导体封装材料增速也将放缓，2009年和2010年增长5%，分别达到209亿美元和220亿美元。剔除金价因素，且轧制基板未纳入统计，实际增速为2%至3%。
第四，半导体材料的战略地位
20世纪中期，单晶硅和半导体晶体管的发明以及硅集成电路的研制成功，引发了电子工业的革命。20世纪70年代初石英光纤材料和GaAs激光器的发明，推动了光纤通信技术的飞速发展，并逐渐形成了高技术产业，将人类带入了信息时代。超晶格的概念以及半导体超晶格和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和制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米科技的发展和应用，将使人类能够在原子、分子或纳米尺度上控制、操纵和制造强大的新型器件和电路，深刻影响世界政治经济格局和军事对抗形式，彻底改变人们的生活方式。
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