半導體照明5年后進入千家萬戶,、上百位的密碼幾秒鐘就計算出來,、人類進入變幻莫測的量子世界……日前,，在中國科技館數(shù)百位參加科學講壇的聽眾前,，中科院院士、中科院半導體研究所研究員王占國展示了半導體材料的驚人魅力,。

    半導體是介于導體和絕緣體之間的材料,。自1947年12月23日正式發(fā)明后，在家電,、通信,、網絡,、航空、航天,、國防等領域得到廣泛應用,，給電子工業(yè)帶來革命性的影響。2010年,，全球半導體市場達到2983億美元,，拉動上萬億美元的電子產品市場。

    伴隨著半導體市場的壯大,，半導體材料也不斷獲得突破,。王占國介紹，一般將鍺和硅稱為第一代半導體材料,。將砷化鎵,、磷化銦等稱為第二代半導體材料，而將寬禁帶的碳化硅,、氮化鎵和金剛石等稱為第三代半導體材料,。

    第一代材料中，12英寸單晶硅已經大規(guī)模生產,，18英寸單晶硅已在實驗室研制成功,，全球每年集成電路中的硅用量大約2萬噸。多晶硅方面,，由于國內產品純度不夠,，我國集成電路所用硅片基本靠進口,。2011年,，我國多晶硅產量為5萬噸。

    硅基微電子技術方面,，國際上8英寸已經廣泛用于大規(guī)模集成電路,，我國現(xiàn)有5~12英寸集成電路線約38條。

    在工藝水平上,，國際上12英寸45納米工藝也投入工業(yè)生產,，預計2016年開發(fā)出16納米工藝。但我國還停留在0.18微米,、90納米,、65納米水平上，只有少數(shù)企業(yè)擁有45納米工藝,。

    “到2015年,，我國將擁有多條45~90納米的8英寸、12英寸生產線,。2022年進入國際前列,�,！蓖跽紘�表示��

    不過隨著集成度提高,，硅晶片會遇到很多困難,，例如芯片功耗急劇增加，極有可能將硅片融掉,。

    國際上預計,，2022年將達到“極限”尺寸——10納米。因此,，硅基微電子技術最終將無法滿足人類對信息量不斷增長的需求,。人們目前開始把希望放在發(fā)展新型半導體材料和開發(fā)新技術上。

    王占國介紹,，以砷化鎵（GaAs）,、磷化銦（InP）等為代表的第二代半導體材料不斷向硅提出挑戰(zhàn)。它可以提高器件和電路的速度,，以及解決由于集成度的提高帶來的功耗增加而出現(xiàn)的問題,。

    GaAs、InP等材料被廣泛應用于衛(wèi)星通訊,、移動通訊,、光通信、GPS導航等領域,。直徑為2,、4、6英寸的GaAs已經得到商業(yè)化應用,，8英寸的也已經在實驗室研制成功,。

    王占國說，氮化鎵,、碳化硅,、氧化鋅等為代表的第三代半導體材料也發(fā)展很快，這些材料都是寬帶隙半導體材料,。它具有禁帶寬度大,、擊穿電壓高、熱導率大,、電子飽和漂移速度快,、介電常數(shù)小等特征，能夠在很多領域得到廣泛應用,。

    例如在半導體白光照明方面,，王占國預計，到2015年,，我國將開發(fā)出150lm/W的半導體照明燈,，電壓只需要3~4伏,，非常安全和節(jié)能。

    王占國認為,，半導體材料發(fā)展的趨勢是由三維體材料向低維材料方向發(fā)展,。目前，基于GaAs和InP基的低維材料已經發(fā)展得很成熟,，廣泛地應用于光通信,、移動通訊、微波通訊的領域,。

    實際上,，這些低維半導體材料亦即納米材料。王占國表示,，半導體納米科學技術的應用,，將從原子、分子,、納米尺度水平上,，控制和制造功能強大、性能優(yōu)越的人工微結構材料和基于它們的器件和電器,、電路,，極有可能觸發(fā)新的技術革命，使人類進入變幻莫測的量子世界,。