关键词： 半导体材料 发展 应用

　　自然界中的物质，根据其导电性能的差异可划分为导电性能良好的导体(如银、铜、铁等)、几乎不能导电的绝缘体(如橡胶、陶瓷、塑料等)和半导体(如锗、硅、砷化镓等)。

　　半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的一种物质。它的导电能力会随温度、光照及掺入杂质的不同而显著变化，特别是掺杂可以改变半导体的导电能力和导电类型，这是其广泛应用于制造各种电子元器件和集成电路的基本依据。

　　下面就其半导体的发展与应用加以介绍。

　　一、半导体材料的发展

　　第一代半导体是“元素半导体”，典型如硅基和锗基半导体。其中以硅基半导体技术较成熟，应用也较广泛，一般用硅基半导体来代替元素半导体的名称。

　　第二代半导体材料是化合物半导体。化合物半导体是以砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)和氮化镓(GaN)等为代表，包括许多其它III―V族化合物半导体。这些化合物中，商业半导体器件中用得最多的是砷化镓(GaAs)和磷砷化镓(GaAsP)、磷化铟(InP)、砷铝化镓(GaAlAs)和磷镓化铟(InGaP)。其中砷化镓技术较成熟，应用也较广泛。

　　二、半导体材料的应用

　　半导体材料的早期应用：半导体的第一个应用就是利用它的整流效应作为检波器，就是点接触二极管(也俗称猫胡子检波器，即将一个金属探针接触在一块半导体上以检测电磁波)。除了检波器之外，在早期，半导体还用来做整流器、光伏电池、红外探测器等，半导体的四个效应都用到了。从1907年到1927年，美国的物理学家研制成功晶体整流器、硒整流器和氧化亚铜整流器。1931年，兰治和伯格曼研制成功硒光伏电池。1932年，德国先后研制成功硫化铅、硒化铅和碲化铅等半导体红外探测器，在二战中用于侦测飞机和舰船。二战时盟军在半导体方面的研究也取得了很大成效，英国就利用红外探测器多次侦测到了德国的飞机。

　　今天，半导体已广泛地用于家电、通讯、工业制造、航空、航天等领域。1994年，电子工业的世界市场份额为6910亿美元，1998年增加到9358亿美元。而其中由于美国经济的衰退，导致了半导体市场的下滑，即由1995年的1500多亿美元，下降到1998年的1300多亿美元。经过几年的徘徊，目前半导体市场已有所回升。

　　三、第二代半导体材料的发展方向

　　当前化合物半导体产业发展主要体现在以下五个方面。

　　1.消费类光电子。光存贮、数字电视与全球家用电子产品装备无线控制和数据连接的比例越来越高，音视频装置日益无线化。再加上笔记本电脑的普及，这类产品的市场为化合物半导体产品的应用带来了庞大的新市场。

　　2.汽车光电子市场。目前汽车防撞雷达已在很多高档车上得到了实用，将来肯定会越来越普及。汽车防撞雷达一般工作在毫米波段，所以肯定离不开砷化镓甚至磷化铟，它的中频部分才会用到锗硅。由于全球汽车工业十分庞大，因此这是一个必定会并发的巨大市场。

　　3.半导体照明技术的迅猛发展。基于半导体发光二极管(LED)的半导体光源具有体积小、发热量低、耗电量小、寿命长、反应速度快、环保、耐冲击不易破、废弃物可回收，没有污染，可平面封装、易开发成轻薄短小产品等优点，具有重大的经济技术价值和市场前景。特别是基于LED的半导体照明产品具有高效节能、绿色环保优点，在全球能源资源有限和保护环境可持续发展的双重背景下，将在世界范围内引发一场划时代的照明革命，成为继白炽灯、荧光灯之后的新一代电光源，进入到千家万户。目前LED已广泛用于大屏幕显示、交通信号灯、手机背光源等，开始应用于城市夜景美化亮化、景观灯、地灯、手电筒、指示牌等，随着单个LED亮度和发光效率的提高，即将进入普通室内照明、台灯、笔记本电脑背光源、LCD显示器背光源等，因而具有广阔的应用前景和巨大的商机。

　　4.新一代光纤通信技术。新一代的40Gbps光通信设备不久将会推向市场，代替25Gbps设备投入大量使用。而这些设备中将大量使用磷化铟、砷化镓、锗硅等化合物半导体集成电路。

　　5.移动通信技术正在不断朝着有利于化合物半导体产品的方向发展。目前二代半(2.5G)技术成为移动通信技术的主流，同时正在逐渐向第三代(3G)过渡。二代半技术对功放的效率和散热有更高的要求，这对砷化镓器件有利。3G技术要求更高的工作频率，更宽的带宽和高线性，这也是对砷化镓和锗硅技术有利的。目前第四代(4G)的概念已明确提出来了。4G技术对手机有更高的要求。它要求手机在楼内可接入无线局域网(WLAN)，即可工作到2.4GHz和5.8GHz，在室外可在二代、二代半、三代等任意制式下工作。因此这是一种多功能、多频段、多模式的移动终端。从系统小巧来说，当然会希望实现单芯片集成(SOC)，但单一的硅技术无法在那么多功能和模式上都达到性能最优。要把各种优化性能的功能集成在一起，只能用系统级封装(SIP)，即在同一封装中用硅、锗硅、砷化镓等不同工艺来优化实现不同功能，这就为砷化镓带来了新的发展前景。

　　参考文献：

　　[1]章喜才主编.电工及电子技术.北京：机械工业出版社，2007.8.

　　[2]韩广兴主编.电子技术基础应用技能.北京：电子工业出版社，2008.6.