半导体材料分析

1、1、半导体材料定义我们通常把导电性差的材料，如煤、人工晶体、琥珀、陶瓷等称为绝缘体。而把导电性 比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。可以简单的把介于导体和绝缘体之间 的材料称为半导体（semiconductor material ），电阻率约在1m cm1G cm范围内 与导体和绝缘体相比，半导体材料的发现是最晚的，直到20世纪30年代，当材料的提纯技术改进以后，半导体的存在才真正被学术界认可。反映半导体内在基本性质的却是各种外界因素如光、热、磁、电等作用于半导体而引起 的物理效应和现象，这些可统称为半导体材料的半导体性质。构成固态电子器件的基体材料 绝大多数是半导体，正是这些半导

2、体材料的各种半导体性质赋予各种不同类型半导体器件以 不同的功能和特性。半导体的基本化学特征在于原子间存在饱和的共价键。作为共价键特征 的典型是在晶格结构上表现为四面体结构，所以典型的半导体材料具有金刚石或闪锌矿 （ZnS） 的结构。由于地球的矿藏多半是化合物，所以最早得到利用的半导体材料都是化合物，例如方铅矿（PbS）很早就用于无线电检波，氧化亚铜（Cu2O）用作固体整流器，闪锌矿（ZnS）是熟知 的固体发光材料，碳化硅（SiC）的整流检波作用也较早被利用。硒（Se）是最早发现并被利用的 元素半导体，曾是固体整流器和光电池的重要材料。元素半导体锗（Ge）放大作用的发现开辟了半导体历史新的一页，

3、从此电子设备开始实现晶体管化。中国的半导体研究和生产是从 1957年首次制备出高纯度的锗开始的。采用元素半导体硅（Si）以后，不仅使晶体管的类型 和品种增加、性能提高，而且迎来了大规模和超大规模集成电路的时代。以砷化傢（GaAs）为代表的川-V族化合物的发现促进了微波器件和光电器件的迅速发展。2、半导体材料的发展历史半导体的发现实际上可以追溯到很久以前，1833年，英国科学家电子学之父法拉第最先 发现硫化银的电阻随着温度的变化情况不同于一般金属，一般情况下，金属的电阻随温度升 高而增加，但巴拉迪发现硫化银材料的电阻是随着温度的上升而降低。这是半导体现象的首 次发现。不久，1839年法国的贝克莱

4、尔发现半导体和电解质接触形成的结，在光照下会产生一个 电压，这就是后来人们熟知的光生伏特效应，这是被发现的半导体的第二个特。1873年，英国的史密斯发现硒晶体材料在光照下电导增加的光电导效应，这是半导体又 一个特有的性质。半导体的这四个效应虽在1880年以前就先后被发现了，但半导体这个名1947词大概到1911年才被考尼白格和维斯首次使用。而总结出半导体的这四个特性一直到 年12月才由贝尔实验室完成。在1874年，德国的布劳恩观察到某些硫化物的电导与所加电场的方向有关，即它的导电有方向性，在它两端加一个正向电压，它是导通的；如果把电压极性反过来，它就不导电， 这就是半导体的整流效应，也是半导体

5、所特有的第三种特性。同年，舒斯特又发现了铜与氧 化铜的整流效应。3、与半导体材料相关的基本概念共价键结构：相邻的两个原子的一对最外层电子（即价电子）不但各自围绕自身所属的 原子核运动，而且出现在相邻原子所属的轨道上，成为共用电子，构成共价键。自由电子的形成：在常温下，少数的价电子由于热运动获得足够的能量，挣脱共价键的 束缚变成为自由电子。空穴：价电子挣脱共价键的束缚变成为自由电子而留下一个空位置称空穴。 电子电流：在外加电场的作用下，自由电子产生定向移动，形成电子电流。空穴电流：自由电子按一定的方向依次填补空穴（即空穴也产生定向移动），形成空穴 电流。本征半导体的电流：电子电流+空穴电流。自由

6、电子和空穴所带电荷极性不同，它们运动 方向相反。载流子：运载电荷的粒子称为载流子。导体电的特点：导体导电只有一种载流子，即自由电子导电。本征半导体电的特点：本征半导体有两种载流子，即自由电子和空穴均参与导电。 本征激发：半导体在热激发下产生自由电子和空穴的现象称为本征激发。复合：自由电子在运动的过程中如果与空穴相遇就会填补空穴，使两者同时消失，这种 现象称为复合。动态平衡：在一定的温度下，本征激发所产生的自由电子与空穴对，与复合的自由电子 与空穴对数目相等，达到动态平衡。载流子的浓度与温度的关系：温度一定，本征半导体中载流子的浓度是一定的，并且自 由电子与空穴的浓度相等。当温度升高时，热运动加

7、剧，挣脱共价键束缚的自由电子增多， 空穴也随之增多（即载流子的浓度升高），导电性能增强；当温度降低，贝懺流子的浓度降 低，导电性能变差。杂质半导体：通过扩散工艺，在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素，可得到杂质半 导体。P型半导体：在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位置, 就形成了 P型半导体。多数载流子：P型半导体中，空穴的浓度大于自由电子的浓度，称为多数载流子，简称 多子。少数载流子：P型半导体中，自由电子为少数载流子，简称少子。受主原子：杂质原子中的空位吸收电子，称受主原子。P型半导体的导电特性：它是靠空穴导电，掺入的杂质越多，多子（空穴）的浓度就越 高，导电性

8、能也就越强。N型半导体：在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置1ZP辟;叽O9QO4> Q Cf QN区区0°0000（尸何川冋；也诡了射-五込确形成N型半导体。多子：N型半导体中，多子为自由电子。少子：N型半导体中，少子为空穴。施主原子：杂质原子可以提供电子，称施主原子N型半导体的导电特性：掺入的杂质越多，多子 由电子）的浓度就越高，导电性能也就越强。扩散运动：物质总是从浓度高的地方向浓度低的地方运动，这种由于浓度差而产生的运 动称为扩散运动。空间电荷区：由于扩散运动使得 PN结交界面产生一片复合区域，可以说这里没有多子， 也没有少子。因为刚刚扩散过

9、来就会立刻与异性复合，此运动不断发生着（此处请专家斟酌） P区一侧出现负离子区，N区出现正离子区，它们基本上是固定的，称为空间电荷区。电场形成：空间电荷区形成内电场。空间电荷加宽，内电场增强，其方向由 N区指向P区，阻止扩散运动的进行。漂移运动：在电场力作用下，载流子的运动称漂移运动。电位差：空间电荷区具有一定的宽度，形成电位差 Uho，电流为零。耗尽层：绝大部分空间电荷区内自由电子和空穴的数目都非常少， 在分析PN结时常忽略 载流子的作用，而只考虑离子区的电荷，称耗尽层。PN结的特点：具有单向导电性。4、半导体材料分类半导体材料可按化学组成来分，再将结构与性能比较特殊的非晶态与液态半导体单独

10、列 为一类。按照这样分类方法可将半导体材料分为元素半导体、无机化合物半导体、有机化合 物半导体和非晶态与液态半导体。元素半导体：在元素周期表的川A族至IVA族分布着11种具有半导性的元素，C、P、 Se具有绝缘体与半导体两种形态;B、Si、Ge、Te具有半导性；Sn、As、Sb具有半导体与 金属两种形态。P的熔点与沸点太低，I的蒸汽压太高、容易分解，所以它们的实用价值不大。 As、Sb、Sn的稳定态是金属，半导体是不稳定的形态。B、C、Te也因制备工艺上的困难和性能方面的局限性而尚未被利用。因此这 11种元素半导体中只有Ge、Si、Se 3种元素已得 到利用。Ge、Si仍是所有半导体材料中应用

11、最广的两种材料。无机化合物半导体：分二元系、三元系、四元系等。二元系包括：W - W族:SiC和Ge-Si 合金都具有闪锌矿的结构。川-V族：由周期表中川族元素Al、Ga、In和V族元素P、As、 Sb组成，典型的代表为GaAs。它们都具有闪锌矿结构,它们在应用方面仅次于Ge、Si,有很 大的发展前途。U -切族：U族元素Zn、Cd、Hg和切族元素S、Se、Te形成的化合物，是 一些重要的光电材料。ZnS、CdTe、HgTe具有闪锌矿结构。4族:族元素Cu、Ag、 Au和族元素Cl、Br、I形成的化合物，其中CuBr、CuI具有闪锌矿结构。族:族 元素As、Sb、Bi和族元素S、Se、Te形成

12、的化合物具有的形式,如Bi2Te3、Bi2Se3、Bi2S3、 As2Te3等是重要的温差电材料。 第四周期中的B族和过渡族元素Cu、Zn、Sc、Ti、V、 Cr、Mn、Fe、Co、Ni的氧化物，为主要的热敏电阻材料。某些稀土族元素 Sc、Y、Sm、 Eu、Yb、Tm与族元素N、As或族元素S、Se、Te形成的化合物。除这些二元系化合物外还有它们与元素或它们之间的固溶体半导体，例如Si-AlP、Ge-GaAs、In As-I nSb、AlSb-GaSb、InAs-InP、GaAs-GaP等。研究这些固溶体可以在改善单一材料的某些性能或 开辟新的应用范围方面起很大作用。有机化合物半导体：已知的有

13、机半导体有几十种，熟知的有萘、蒽、聚丙烯腈、酞菁和 一些芳香族化合物等，它们作为半导体尚未得到应用。非晶态与液态半导体：这类半导体与晶态半导体的最大区别是不具有严格周期性排列的 晶体结构。5、半导体材料特性参数和要求半导体材料虽然种类繁多但有一些固有的特性，称为半导体材料的特性参数。这些特性 参数不仅能反映半导体材料与其他非半导体材料之间的差别，而且更重要的是能反映各种半 导体材料之间甚至同一种材料在不同情况下特性上的量的差别。常用的半导体材料的特性参 数有：禁带宽度、电阻率、载流子迁移率（载流子即半导体中参加导电的电子和空穴）、非平 衡载流子寿命、位错密度。禁带宽度由半导体的电子态、原子组态

14、决定，反映组成这种材料 的原子中价电子从束缚状态激发到自由状态所需的能量。电阻率、载流子迁移率反映材料的 导电能力。非平衡载流子寿命反映半导体材料在外界作用（如光或电场）下内部的载流子由 非平衡状态向平衡状态过渡的弛豫特性。位错是晶体中最常见的一类晶体缺陷。位错密度可 以用来衡量半导体单晶材料晶格完整性的程度。当然，对于非晶态半导体是没有这一反映晶 格完整性的特性参数的。半导体材料的特性参数对于材料应用甚为重要。因为不同的特性决定不同的用途。晶体管对材料特性的要求：根据晶体管的工作原理，要求材料有较大的非平衡载流子寿 命和载流子迁移率。用载流子迁移率大的材料制成的晶体管可以工作于更高的频率（有

15、较好 的频率响应）。晶体缺陷会影响晶体管的特性甚至使其失效。晶体管的工作温度高温限决定 于禁带宽度的大小。禁带宽度越大，晶体管正常工作的咼温限也越咼。光电器件对材料特性的要求：禾I用半导体的光电导（光照后增加的电导）性能的辐射探 测器所适用的辐射频率范围与材料的禁带宽度有关。材料的非平衡载流子寿命越大，则探测 器的灵敏度越高，而从光作用于探测器到产生响应所需的时间（即探测器的弛豫时间）也越长。因此，高的灵敏度和短的弛豫时间二者难于兼顾。对于太阳能电池来说，为了得到高的转换 效率，要求材料有大的非平衡载流子寿命和适中的禁带宽度（禁带宽度于1.1至1.6电子伏之间最合适）。晶体缺陷会使半导体发光二

16、极管、半导体激光二极管的发光效率大为降低。温差电器件对材料特性的要求：为提高温差电器件的转换效率首先要使器件两端的温差 大。当低温处的温度（一般为环境温度）固定时，温差决定于高温处的温度，即温差电器件 的工作温度。为了适应足够高的工作温度就要求材料的禁带宽度不能太小，其次材料要有大 的温差电动势率、小的电阻率和小的热导率。6、半导体材料的实际生产及应用半导体最成功的应用莫过于利用半导体的可掺杂性制造集成电路，另外半导体还具有热 敏性、光敏性、负电阻率温度、可整流等几个特性，因此半导体材料除了用于制造大规模集 成电路之外，还可以用于功率器件、光电器件、压力传感器、热电制冷等用途；禾U用微电子的超

17、微细加工技术，还可以制成 MEMS （微机械电子系统），应用在电子、医疗领域。例如 在无线电收音机及电视机中，作为讯号放大器 /整流器用，发展太阳能，也用在光电池中，半 导体可以用来测量温度，测温范围可以达到生产、生活、医疗卫生、科研教学等应用的70%的领域，有较高的准确度和稳定性，分辨率可达 o.c，甚至达到o.oi r也不是不可能，线 性度0.2%，测温范围-100+300 c,是性价比极高的一种测温元件。根据帕尔贴效应，半导 体在致冷器方面得到发展，叫做热电致冷器或温差致冷器。制备不同的半导体器件对半导体材料有不同的形态要求，包括单晶的切片、磨片、抛光 片、薄膜等。半导体材料的不同形态要

18、求对应不同的加工工艺。常用的半导体材料制备工艺 有提纯、单晶的制备和薄膜外延生长。所有的半导体材料都需要对原料进行提纯，要求的纯度在6个“9”以上，最高达11个“9 ”以上。提纯的方法分两大类，一类是不改变材料的化学组成进行提纯，称为物理提纯； 另一类是把元素先变成化合物进行提纯，再将提纯后的化合物还原成元素，称为化学提纯。 物理提纯的方法有真空蒸发、区域精制、拉晶提纯等，使用最多的是区域精制。化学提纯的 主要方法有电解、络合、萃取、精馏等，使用最多的是精馏。由于每一种方法都有一定的局 限性，因此常使用几种提纯方法相结合的工艺流程以获得合格的材料。绝大多数半导体器件是在单晶片或以单晶片为衬底的

19、外延片上作出的。成批量的半导体 单晶都是用熔体生长法制成的。直拉法应用最广，80%的硅单晶、大部分锗单晶和锑化铟单晶是用此法生产的，其中硅单晶的最大直径已达 300毫米。在熔体中通入磁场的直拉法称为 磁控拉晶法，用此法已生产出高均匀性硅单晶。在坩埚熔体表面加入液体覆盖剂称液封直拉 法，用此法拉制砷化镓、磷化镓、磷化铟等分解压较大的单晶。悬浮区熔法的熔体不与容器 接触，用此法生长高纯硅单晶。水平区熔法用以生产锗单晶。水平定向结晶法主要用于制备 砷化傢单晶，而垂直定向结晶法用于制备碲化镉、砷化傢。用各种方法生产的体单晶再经过 晶体定向、滚磨、作参考面、切片、磨片、倒角、抛光、腐蚀、清洗、检测、封装

20、等全部或 部分工序以提供相应的晶片。在单晶衬底上生长单晶薄膜称为外延。外延的方法有气相、液相、固相、分子束外延等。 工业生产使用的主要是化学气相外延，其次是液相外延。金属有机化合物气相外延和分子束 外延则用于制备量子阱及超晶格等微结构。非晶、微晶、多晶薄膜多在玻璃、陶瓷、金属等 衬底上用不同类型的化学气相沉积、磁控溅射等方法制成。7、半导体的掺杂半导体是指导电性能介于导体和绝缘体之间的材料。我们知道，电路之所以具有某种功 能，主要是因为其内部有电流的各种变化，而之所以形成电流，主要是因为有电子在金属线 路和电子元件之间流动（运动/迁移）。所以，电子在材料中运动的难易程度，决定了其导电 性能。常

21、见的金属材料在常温下电子就很容易获得能量发生运动，因此其导电性能好；绝缘 体由于其材料本身特性，电子很难获得导电所需能量，其内部很少电子可以迁移，因此几乎 不导电。而半导体材料的导电特性则介于这两者之间，并且可以通过掺入杂质来改变其导电 性能，人为控制它导电或者不导电以及导电的容易程度。这一点称之为半导体的可掺杂特性。半导体中的杂质对电阻率的影响非常大。半导体中掺入微量杂质时，杂质原子附近的周 期势场受到干扰并形成附加的束缚状态，在禁带中产生附加的杂质能级。例如四价元素锗或 硅晶体中掺入五价元素磷、砷、锑等杂质原子时，杂质原子作为晶格的一分子，其五个价电 子中有四个与周围的锗（或硅）原子形成共

22、价结合，多余的一个电子被束缚于杂质原子附近， 产生类氢能级。杂质能级位于禁带上方靠近导带底附近。杂质能级上的电子很易激发到导带 成为电子载流子。这种能提供电子载流子的杂质称为施主，相应能级称为施主能级。施主能 级上的电子跃迁到导带所需能量比从价带激发到导带所需能量小得多。在锗或硅晶体中掺入 微量三价元素硼、铝、镓等杂质原子时，杂质原子与周围四个锗（或硅）原子形成共价结合 时尚缺少一个电子，因而存在一个空位，与此空位相应的能量状态就是杂质能级，通常位于 禁带下方靠近价带处。价带中的电子很易激发到杂质能级上填补这个空位，使杂质原子成为 负离子。价带中由于缺少一个电子而形成一个空穴载流子。这种能提供

23、空穴的杂质称为受主 杂质。存在受主杂质时，在价带中形成一个空穴载流子所需能量比本征半导体情形要小得多。 半导体掺杂后其电阻率大大下降。加热或光照产生的热激发或光激发都会使自由载流子数增 加而导致电阻率减小，半导体热敏电阻和光敏电阻就是根据此原理制成的。对掺入施主杂质 的半导体，导电载流子主要是导带中的电子，属电子型导电，称N型半导体。掺入受主杂质的半导体属空穴型导电，称 P型半导体。半导体在任何温度下都能产生电子 -空穴对，故N 型半导体中可存在少量导电空穴，P型半导体中可存在少量导电电子，它们均称为少数载流 子。在半导体器件的各种效应中，少数载流子常扮演重要角色。半导体之所以能广泛应用在今日

24、的数位世界中，凭借的就是其能借由在其晶格中植入杂 质改变其电性，这个过程称之为掺杂（dopi ng ）。掺杂进入本质半导体（intrin sic semic on ductor ） 的杂质浓度与极性皆会对半导体的导电特性产生很大的影响。而掺杂过的半导体则称为外质 半导体（extri nsic semic on ductor ）。哪种材料适合作为某种半导体材料的掺杂物(dopa nt)需视两者的原子特性而定。一般 而言，掺杂物依照其带给被掺杂材料的电荷正负被区分为施主(donor)与受主(acceptor )。施主原子带来的价电子(vale nee electro ns )大多会与被掺杂的材料原

25、子产生共价键，进而 被束缚。而没有和被掺杂材料原子产生共价键的电子则会被施主原子微弱地束缚住，这个电 子又称为施主电子。和本质半导体的价电子比起来，施主电子跃迁至传导带所需的能量较低， 比较容易在半导体材料的晶格中移动，产生电流。虽然施主电子获得能量会跃迁至传导带， 但并不会和本质半导体一样留下一个电洞，施主原子在失去了电子后只会固定在半导体材料 的晶格中。因此这种因为掺杂而获得多余电子提供传导的半导体称为n型半导体(n-typesemie on ductor) ， n代表带负电荷的电子。和施主相对的，受主原子进入半导体晶格后，因为其价电子数目比半导体原子的价电子 数量少，等效上会带来一个的空

26、位，这个多出的空位即可视为电洞。受主掺杂后的半导体称 为p型半导体(p-type semiconductor ) ， p代表带正电荷的电洞。以一个硅的本质半导体来说明掺杂的影响。硅有四个价电子，常用于硅的掺杂物有三价 与五价的元素。当只有三个价电子的三价元素如硼(boron)掺杂至硅半导体中时，硼扮演的 即是受主的角色，掺杂了硼的硅半导体就是p型半导体。反过来说，如果五价元素如磷(phosphorus)掺杂至硅半导体时，磷扮演施主的角色，掺杂磷的硅半导体成为n型半导体。一个半导体材料有可能先后掺杂施主与受主，而如何决定此外质半导体为n型或p型必须视掺杂后的半导体中，受主带来的电洞浓度较高或是施

27、主带来的电子浓度较高，亦即何者 为此外质半导体的 多数载子”(majority carrier )。和多数载子相对的是少数载子(minority carrier)。对于半导体元件的操作原理分析而言，少数载子在半导体中的行为有着非常重要 的地位。掺杂物浓度对于半导体最直接的影响在于其载子浓度。在热平衡的状态下，一个未经掺 杂的本质半导体，电子与电洞的浓度相等，如下列公式所示：n=p=ni其中n是半导体内的电子浓度、p则是半导体的电洞浓度，ni则是本质半导体的 载子浓度。ni会随着材料或温度的不同而改变。对于室温下的硅而言，ni大约是1X10 cm。通常掺杂浓度越高，半导体的导电性就会变得越好，原

28、因是能进入传导带的电子数量会 随着掺杂浓度提高而增加。掺杂浓度非常高的半导体会因为导电性接近金属而被广泛应用在 今日的集成电路制程来取代部份金属。高掺杂浓度通常会在n或是p后面附加一上标的“ +”号，例如n代表掺杂浓度非常高的n型半导体，反之例如p则代表轻掺杂的p型半导体。需要特别说明的是即使掺杂浓度已经高到让半导体退化”(degenerate )为导体，掺杂物的浓度和原本的半导体原子浓度比起来还是差距非常大。以一个有晶格结构的硅本质半导体而言，原子浓度大约是5X10 cm，而一般集成电路制程里的掺杂浓度约在10 cm至10 cm之间。掺杂浓度在10 cm以上的半导体在室温下通常就会被视为是一

29、个简并半导体”(degeneratedsemiconductor )。重掺杂的半导体中，掺杂物和半导体原子的浓度比约是千分之一，而轻掺 杂则可能会到十亿分之一的比例。在半导体制程中，掺杂浓度都会依照所制造出元件的需求 量身打造，以合于使用者的需求。掺杂之后的半导体能带会有所改变。依照掺杂物的不同，本质半导体的能隙之间会出现 不同的能阶。施主原子会在靠近传导带的地方产生一个新的能阶，而受主原子则是在靠近价 带的地方产生新的能阶。假设掺杂硼原子进入硅，贝U因为硼的能阶到硅的价带之间仅有 0.045 电子伏特，远小于硅本身的能隙1.12电子伏特，所以在室温下就可以使掺杂到硅里的硼原子 完全解离化(i

30、onize )。掺杂物对于能带结构的另一个重大影响是改变了费米能阶的位置。在热平衡的状态下费米能阶依然会保持定值，这个特性会引出很多其他有用的电特性。举例来说，一个p-n接面(p-n junction )的能带会弯折，起因是原本p型半导体和n型半导体的费米能阶位置各不相 同，但是形成p-n接面后其费米能阶必须保持在同样的高度，造成无论是p型或是n型半导体的传导带或价带都会被弯曲以配合接面处的能带差异。上述的效应可以用能带图(band diagram )来解释，。在能带图里横轴代表位置，纵轴 则是能量。图中也有费米能阶，半导体的本质费米能阶(intrinsic Fermi level )通常以E

31、i来 表示。在解释半导体元件的行为时，能带图是非常有用的工具。8、半导体材料的发展现状从目前电子工业的发展来看，尽管有各种新型的半导体材料不断出现，半导体硅材料以 丰富的资源、优质的特性、日臻完善的工艺以及广泛的用途等综合优势而成为了当代电子工 业中应用最多的半导体材料，硅片被称作集成电路的核心材料。硅材料产业的发展和集成电 路的发展紧密相关。半导体硅材料分为多晶硅、单晶硅、硅外延片以及非晶硅、浇注多晶硅、淀积和溅射非 晶硅等。现行多晶硅生产工艺主要有改良西门子法和硅烷热分解法，主要产品有棒状和粒状 两种，主要是用作制备单晶硅以及太阳能电池等。生长单晶硅的工艺可分为区熔和直拉两种。 其中直拉硅

32、单晶广泛应用于集成电路和中小功率器件。区域熔单晶目前主要用于大功率半导体器件，比如整流二极管、硅可控整流器、大功率晶体管等。单晶硅和多晶硅应用最广。砷化傢是微电子和光电子的基础材料，为直接带隙，具有电子饱和漂移速度高、耐高温、 抗辐照等特点，在超高速、超高频、低功耗、低噪声器件和电路，特别在光电子器件和光电 集成方面占有独特的优势。目前，世界砷化傢单晶的总年产量已超过200吨用于大量生产砷化傢晶体的方法是传统的LEC法（液封直拉法）和HB法（水平舟生产法）。国外开发了兼具以上2种方法优点的VGF 法（垂直梯度凝固法）、VB法（垂直布里支曼法）和VCZ法（蒸气压控制直拉法），成功制备出 46英寸

33、大直径砷化傢单晶。近年来，为满足高速移动通信的迫切需求，大直径 （68英寸）的硅一砷化傢发展很快，4 英寸70厘米长及6英寸35厘米长和8英寸的半绝缘砷化傢（硅一砷化傢）也在日本研制成功。以硅和砷化镓为代表的传统半导体材料的高速发展推动了微电子、光电子技术的迅猛发 展。然而受材料性能所限，用这些材料制成的器件大都只能在200 C以下的热环境下工作，且抗辐射、耐高击穿电压性能以及发射可见光波长范围都不能满足现代电子技术发展对高温、 高频、高压以及抗辐射、能发射蓝光等提出的新要求。而以氮化镓和碳化硅为代表的第三代 半导体材料具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率大、电子饱和漂移速度高、介电常数小、 抗辐射能力强、良好的化学稳定性等独特的特性，它在光显示、光存储、光探测等光电子器 件和高温、高频大功率电子等微电子器件领域有广阔的应用前景，成为半导体领域研究热点。国外对碳化硅的研究早在五十年代末和六十年代初就已开始了。到了八十年代中期，美 国海军研究局和国家宇航局与北卡罗来纳州大学签订了开发碳化硅材料和器件的合同，并促 成了在1987年建立专门研究碳化硅半导体的 Cree公司。九十年代初，美国国防部和能源部 都把碳化硅集成电路列为重点项目要求到 2000年在武器系统中要广泛使用 SIC器件和集 成电路，从此开始了有关