半導(dǎo)體照明5年后進(jìn)入千家萬戶,、上百位的密碼幾秒鐘就計(jì)算出來,、人類進(jìn)入變幻莫測(cè)的量子世界……日前,，在中國科技館數(shù)百位參加科學(xué)講壇的聽眾前,，中科院院士、中科院半導(dǎo)體研究所研究員王占國展示了半導(dǎo)體材料的驚人魅力,。
半導(dǎo)體是介于導(dǎo)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(wǎng)絡(luò)、航空,、航天,、國防等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，給電子工業(yè)帶來革命性的影響,。2010年,，全球半導(dǎo)體市場(chǎng)達(dá)到2983億美元，拉動(dòng)上萬億美元的電子產(chǎn)品市場(chǎng),。
伴隨著半導(dǎo)體市場(chǎng)的壯大,，半導(dǎo)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(dǎo)體材料,。將砷化鎵、磷化銦等稱為第二代半導(dǎo)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(dǎo)體材料,。
第一代材料中,，12英寸單晶硅已經(jīng)大規(guī)模生產(chǎn)，18英寸單晶硅已在實(shí)驗(yàn)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(nèi)產(chǎn)品純度不夠,，我國集成電路所用硅片基本靠進(jìn)口,。2011年，我國多晶硅產(chǎn)量為5萬噸,。
硅基微電子技術(shù)方面,，國際上8英寸已經(jīng)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(chǎn)，預(yù)計(jì)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(chǎn)線,。2022年進(jìn)入國際前列,。”王占國表示,。
不過隨著集成度提高,，硅晶片會(huì)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(yù)計(jì)，2022年將達(dá)到“極限”尺寸——10納米,。因此,，硅基微電子技術(shù)最終將無法滿足人類對(duì)信息量不斷增長(zhǎng)的需求。人們目前開始把希望放在發(fā)展新型半導(dǎo)體材料和開發(fā)新技術(shù)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(dǎo)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(yīng)用于衛(wèi)星通訊,、移動(dòng)通訊、光通信,、GPS導(dǎo)航等領(lǐng)域,。直徑為2、4,、6英寸的GaAs已經(jīng)得到商業(yè)化應(yīng)用,，8英寸的也已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)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(dǎo)體材料也發(fā)展很快,，這些材料都是寬帶隙半導(dǎo)體材料,。它具有禁帶寬度大、擊穿電壓高,、熱導(dǎo)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(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,。
例如在半導(dǎo)體白光照明方面,，王占國預(yù)計(jì)，到2015年,，我國將開發(fā)出150lm/W的半導(dǎo)體照明燈,，電壓只需要3~4伏，非常安全和節(jié)能,。
王占國認(rèn)為,，半導(dǎo)體材料發(fā)展的趨勢(shì)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(jīng)發(fā)展得很成熟,，廣泛地應(yīng)用于光通信、移動(dòng)通訊,、微波通訊的領(lǐng)域,。
實(shí)際上，這些低維半導(dǎo)體材料亦即納米材料,。王占國表示,，半導(dǎo)體納米科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，將從原子,、分子,、納米尺度水平上，控制和制造功能強(qiáng)大,、性能優(yōu)越的人工微結(jié)構(gòu)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(shù)革命,，使人類進(jìn)入變幻莫測(cè)的量子世界,。
半導(dǎo)體是介于導(dǎo)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(wǎng)絡(luò)、航空,、航天,、國防等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，給電子工業(yè)帶來革命性的影響,。2010年,，全球半導(dǎo)體市場(chǎng)達(dá)到2983億美元，拉動(dòng)上萬億美元的電子產(chǎn)品市場(chǎng),。
伴隨著半導(dǎo)體市場(chǎng)的壯大,，半導(dǎo)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(dǎo)體材料,。將砷化鎵、磷化銦等稱為第二代半導(dǎo)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(dǎo)體材料,。
第一代材料中,，12英寸單晶硅已經(jīng)大規(guī)模生產(chǎn)，18英寸單晶硅已在實(shí)驗(yàn)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(nèi)產(chǎn)品純度不夠,，我國集成電路所用硅片基本靠進(jìn)口,。2011年，我國多晶硅產(chǎn)量為5萬噸,。
硅基微電子技術(shù)方面,，國際上8英寸已經(jīng)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(chǎn)，預(yù)計(jì)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(chǎn)線,。2022年進(jìn)入國際前列,。”王占國表示,。
不過隨著集成度提高,，硅晶片會(huì)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(yù)計(jì)，2022年將達(dá)到“極限”尺寸——10納米,。因此,，硅基微電子技術(shù)最終將無法滿足人類對(duì)信息量不斷增長(zhǎng)的需求。人們目前開始把希望放在發(fā)展新型半導(dǎo)體材料和開發(fā)新技術(shù)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(dǎo)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(yīng)用于衛(wèi)星通訊,、移動(dòng)通訊、光通信,、GPS導(dǎo)航等領(lǐng)域,。直徑為2、4,、6英寸的GaAs已經(jīng)得到商業(yè)化應(yīng)用,，8英寸的也已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)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(dǎo)體材料也發(fā)展很快,，這些材料都是寬帶隙半導(dǎo)體材料,。它具有禁帶寬度大、擊穿電壓高,、熱導(dǎo)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(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,。
例如在半導(dǎo)體白光照明方面,，王占國預(yù)計(jì)，到2015年,，我國將開發(fā)出150lm/W的半導(dǎo)體照明燈,，電壓只需要3~4伏，非常安全和節(jié)能,。
王占國認(rèn)為,，半導(dǎo)體材料發(fā)展的趨勢(shì)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(jīng)發(fā)展得很成熟,，廣泛地應(yīng)用于光通信、移動(dòng)通訊,、微波通訊的領(lǐng)域,。
實(shí)際上，這些低維半導(dǎo)體材料亦即納米材料,。王占國表示,，半導(dǎo)體納米科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，將從原子,、分子,、納米尺度水平上，控制和制造功能強(qiáng)大,、性能優(yōu)越的人工微結(jié)構(gòu)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(shù)革命,，使人類進(jìn)入變幻莫測(cè)的量子世界,。
