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半導體材料范文第1篇

關鍵詞半導體材料量子線量子點材料光子晶體

1半導體材料的戰略地位

上世紀中葉，單晶硅和半導體晶體管的發明及其硅集成電路的研制成功，導致了電子工業革命；上世紀70年代初石英光導纖維材料和GaAs激光器的發明，促進了光纖通信技術迅速發展并逐步形成了高新技術產業，使人類進入了信息時代。超晶格概念的提出及其半導體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設計思想，使半導體器件的設計與制造從“雜質工程”發展到“能帶工程”。納米科學技術的發展和應用，將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控制、操縱和制造功能強大的新型器件與電路，必將深刻地影響著世界的政治、經濟格局和軍事對抗的形式，徹底改變人們的生活方式。

2幾種主要半導體材料的發展現狀與趨勢

2.1硅材料

從提高硅集成電路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）單晶的直徑和減小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si發展的總趨勢。目前直徑為8英寸（200mm）的Si單晶已實現大規模工業生產，基于直徑為12英寸（300mm）硅片的集成電路（IC’s）技術正處在由實驗室向工業生產轉變中。目前300mm，0．18μm工藝的硅ULSI生產線已經投入生產，300mm,0．13μm工藝生產線也將在2003年完成評估。18英寸重達414公斤的硅單晶和18英寸的硅園片已在實驗室研制成功，直徑27英寸硅單晶研制也正在積極籌劃中。

從進一步提高硅IC’S的速度和集成度看，研制適合于硅深亞微米乃至納米工藝所需的大直徑硅外延片會成為硅材料發展的主流。另外，SOI材料，包括智能剝離（Smartcut）和SIMOX材料等也發展很快。目前，直徑8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在開發中。

理論分析指出30nm左右將是硅MOS集成電路線寬的“極限”尺寸。這不僅是指量子尺寸效應對現有器件特性影響所帶來的物理限制和光刻技術的限制問題，更重要的是將受硅、SiO2自身性質的限制。盡管人們正在積極尋找高K介電絕緣材料（如用Si3N4等來替代SiO2），低K介電互連材料，用Cu代替Al引線以及采用系統集成芯片技術等來提高ULSI的集成度、運算速度和功能，但硅將最終難以滿足人類不斷的對更大信息量需求。為此，人們除尋求基于全新原理的量子計算和DNA生物計算等之外，還把目光放在以GaAs、InP為基的化合物半導體材料，特別是二維超晶格、量子阱，一維量子線與零維量子點材料和可與硅平面工藝兼容GeSi合金材料等，這也是目前半導體材料研發的重點。

2.2GaAs和InP單晶材料

GaAs和InP與硅不同，它們都是直接帶隙材料，具有電子飽和漂移速度高，耐高溫，抗輻照等特點；在超高速、超高頻、低功耗、低噪音器件和電路，特別在光電子器件和光電集成方面占有獨特的優勢。

目前，世界GaAs單晶的總年產量已超過200噸，其中以低位錯密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生長的2－3英寸的導電GaAs襯底材料為主；近年來，為滿足高速移動通信的迫切需求，大直徑（4,6和8英寸）的SI－GaAs發展很快。美國莫托羅拉公司正在籌建6英寸的SI－GaAs集成電路生產線。InP具有比GaAs更優越的高頻性能，發展的速度更快，但研制直徑3英寸以上大直徑的InP單晶的關鍵技術尚未完全突破，價格居高不下。

GaAs和InP單晶的發展趨勢是：（1）．增大晶體直徑，目前4英寸的SI－GaAs已用于生產，預計本世紀初的頭幾年直徑為6英寸的SI－GaAs也將投入工業應用。(2)．提高材料的電學和光學微區均勻性。（3）．降低單晶的缺陷密度，特別是位錯。（4）．GaAs和InP單晶的VGF生長技術發展很快，很有可能成為主流技術。

2.3半導體超晶格、量子阱材料

半導體超薄層微結構材料是基于先進生長技術（MBE，MOCVD）的新一代人工構造材料。它以全新的概念改變著光電子和微電子器件的設計思想，出現了“電學和光學特性可剪裁”為特征的新范疇，是新一代固態量子器件的基礎材料。

(1)Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料。GaAIAs／GaAs，GaInAs／GaAs，AIGaInP／GaAs；GalnAs／InP，AlInAs／InP，InGaAsP／InP等GaAs、InP基晶格匹配和應變補償材料體系已發展得相當成熟，已成功地用來制造超高速，超高頻微電子器件和單片集成電路。高電子遷移率晶體管(HEMT），贗配高電子遷移率晶體管（P－HEMT）器件最好水平已達fmax=600GHz，輸出功率58mW,功率增益6.4db;雙異質結雙極晶體管（HBT）的最高頻率fmax也已高達500GHz,HEMT邏輯電路研制也發展很快。基于上述材料體系的光通信用1．3μm和1.5μm的量子阱激光器和探測器，紅、黃、橙光發光二極管和紅光激光器以及大功率半導體量子阱激光器已商品化；表面光發射器件和光雙穩器件等也已達到或接近達到實用化水平。目前，研制高質量的1．5μm分布反饋（DFB）激光器和電吸收（EA）調制器單片集成InP基多量子阱材料和超高速驅動電路所需的低維結構材料是解決光纖通信瓶頸問題的關鍵，在實驗室西門子公司已完成了80×40Gbps傳輸40km的實驗。另外，用于制造準連續兆瓦級大功率激光陣列的高質量量子阱材料也受到人們的重視。

雖然常規量子阱結構端面發射激光器是目前光電子領域占統治地位的有源器件，但由于其有源區極薄(～0．01μm）端面光電災變損傷，大電流電熱燒毀和光束質量差一直是此類激光器的性能改善和功率提高的難題。采用多有源區量子級聯耦合是解決此難題的有效途徑之一。我國早在1999年，就研制成功980nmInGaAs帶間量子級聯激光器，輸出功率達5W以上；2000年初，法國湯姆遜公司又報道了單個激光器準連續輸出功率超過10瓦好結果。最近，我國的科研工作者又提出并開展了多有源區縱向光耦合垂直腔面發射激光器研究，這是一種具有高增益、極低閾值、高功率和高光束質量的新型激光器，在未來光通信、光互聯與光電信息處理方面有著良好的應用前景。

為克服PN結半導體激光器的能隙對激光器波長范圍的限制，1994年美國貝爾實驗室發明了基于量子阱內子帶躍遷和阱間共振隧穿的量子級聯激光器，突破了半導體能隙對波長的限制。自從1994年InGaAs／InAIAs／InP量子級聯激光器（QCLs）發明以來，Bell實驗室等的科學家，在過去的7年多的時間里，QCLs在向大功率、高溫和單膜工作等研究方面取得了顯著的進展。2001年瑞士Neuchatel大學的科學家采用雙聲子共振和三量子阱有源區結構使波長為9．1μm的QCLs的工作溫度高達312K，連續輸出功率3mW。量子級聯激光器的工作波長已覆蓋近紅外到遠紅外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光譜、超高靈敏氣體傳感器、高速調制器和無線光學連接等方面顯示出重要的應用前景。中科院上海微系統和信息技術研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子級聯激光器；中科院半導體研究所于2000年又研制成功3．7μm室溫準連續應變補償量子級聯激光器，使我國成為能研制這類高質量激光器材料為數不多的幾個國家之一。

目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作為超薄層微結構材料發展的主流方向，正從直徑3英寸向4英寸過渡；生產型的MBE和M0CVD設備已研制成功并投入使用，每臺年生產能力可高達3．75×104片4英寸或1．5×104片6英寸。英國卡迪夫的MOCVD中心，法國的PicogigaMBE基地，美國的QED公司，Motorola公司，日本的富士通，NTT，索尼等都有這種外延材料出售。生產型MBE和MOCVD設備的成熟與應用，必然促進襯底材料設備和材料評價技術的發展。

(2)硅基應變異質結構材料。硅基光、電器件集成一直是人們所追求的目標。但由于硅是間接帶隙，如何提高硅基材料發光效率就成為一個亟待解決的問題。雖經多年研究，但進展緩慢。人們目前正致力于探索硅基納米材料（納米Si／SiO2），硅基SiGeC體系的Si1－yCy/Si1－xGex低維結構，Ge／Si量子點和量子點超晶格材料，Si／SiC量子點材料，GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED發光器件和有關納米硅的受激放大現象的報道，使人們看到了一線希望。

另一方面，GeSi／Si應變層超晶格材料，因其在新一代移動通信上的重要應用前景，而成為目前硅基材料研究的主流。Si/GeSiMODFET和MOSFET的最高截止頻率已達200GHz，HBT最高振蕩頻率為160GHz，噪音在10GHz下為0．9db，其性能可與GaAs器件相媲美。

盡管GaAs／Si和InP／Si是實現光電子集成理想的材料體系，但由于晶格失配和熱膨脹系數等不同造成的高密度失配位錯而導致器件性能退化和失效，防礙著它的使用化。最近，Motolora等公司宣稱，他們在12英寸的硅襯底上，用鈦酸鍶作協變層（柔性層），成功的生長了器件級的GaAs外延薄膜，取得了突破性的進展。

2.4一維量子線、零維量子點半導體微結構材料

基于量子尺寸效應、量子干涉效應，量子隧穿效應和庫侖阻效應以及非線性光學效應等的低維半導體材料是一種人工構造（通過能帶工程實施）的新型半導體材料，是新一代微電子、光電子器件和電路的基礎。它的發展與應用，極有可能觸發新的技術革命。

目前低維半導體材料生長與制備主要集中在幾個比較成熟的材料體系上，如GaAlAs／GaAs，In（Ga）As／GaAs，InGaAs／InAlAs／GaAs，InGaAs／InP，In（Ga）As／InAlAs／InP,InGaAsP／InAlAs／InP以及GeSi／Si等，并在納米微電子和光電子研制方面取得了重大進展。俄羅斯約飛技術物理所MBE小組，柏林的俄德聯合研制小組和中科院半導體所半導體材料科學重點實驗室的MBE小組等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子點激光器，工作波長lμm左右，單管室溫連續輸出功率高達3．6～4W。特別應當指出的是我國上述的MBE小組，2001年通過在高功率量子點激光器的有源區材料結構中引入應力緩解層，抑制了缺陷和位錯的產生，提高了量子點激光器的工作壽命，室溫下連續輸出功率為1W時工作壽命超過5000小時，這是大功率激光器的一個關鍵參數，至今未見國外報道。

在單電子晶體管和單電子存貯器及其電路的研制方面也獲得了重大進展，1994年日本NTT就研制成功溝道長度為30nm納米單電子晶體管，并在150K觀察到柵控源－漏電流振蕩；1997年美國又報道了可在室溫工作的單電子開關器件，1998年Yauo等人采用0．25微米工藝技術實現了128Mb的單電子存貯器原型樣機的制造，這是在單電子器件在高密度存貯電路的應用方面邁出的關鍵一步。目前，基于量子點的自適應網絡計算機，單光子源和應用于量子計算的量子比特的構建等方面的研究也正在進行中。

與半導體超晶格和量子點結構的生長制備相比，高度有序的半導體量子線的制備技術難度較大。中科院半導體所半導體材料科學重點實驗室的MBE小組，在繼利用MBE技術和SK生長模式，成功地制備了高空間有序的InAs／InAI（Ga）As／InP的量子線和量子線超晶格結構的基礎上，對InAs／InAlAs量子線超晶格的空間自對準（垂直或斜對準）的物理起因和生長控制進行了研究，取得了較大進展。

王中林教授領導的喬治亞理工大學的材料科學與工程系和化學與生物化學系的研究小組，基于無催化劑、控制生長條件的氧化物粉末的熱蒸發技術，成功地合成了諸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半導體氧化物納米帶，它們與具有圓柱對稱截面的中空納米管或納米線不同，這些原生的納米帶呈現出高純、結構均勻和單晶體，幾乎無缺陷和位錯；納米線呈矩形截面，典型的寬度為20－300nm，寬厚比為5－10，長度可達數毫米。這種半導體氧化物納米帶是一個理想的材料體系，可以用來研究載流子維度受限的輸運現象和基于它的功能器件制造。香港城市大學李述湯教授和瑞典隆德大學固體物理系納米中心的LarsSamuelson教授領導的小組，分別在SiO2／Si和InAs／InP半導體量子線超晶格結構的生長制各方面也取得了重要進展。

低維半導體結構制備的方法很多，主要有：微結構材料生長和精細加工工藝相結合的方法，應變自組裝量子線、量子點材料生長技術，圖形化襯底和不同取向晶面選擇生長技術，單原子操縱和加工技術，納米結構的輻照制備技術，及其在沸石的籠子中、納米碳管和溶液中等通過物理或化學方法制備量子點和量子線的技術等。目前發展的主要趨勢是尋找原子級無損傷加工方法和納米結構的應變自組裝可控生長技術，以求獲得大小、形狀均勻、密度可控的無缺陷納米結構。

2.5寬帶隙半導體材料

寬帶隙半導體材主要指的是金剛石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶體等，特別是SiC、GaN和金剛石薄膜等材料，因具有高熱導率、高電子飽和漂移速度和大臨界擊穿電壓等特點，成為研制高頻大功率、耐高溫、抗輻照半導體微電子器件和電路的理想材料；在通信、汽車、航空、航天、石油開采以及國防等方面有著廣泛的應用前景。另外，III族氮化物也是很好的光電子材料，在藍、綠光發光二極管（LED)和紫、藍、綠光激光器（LD）以及紫外探測器等應用方面也顯示了廣泛的應用前景。隨著1993年GaN材料的P型摻雜突破，GaN基材料成為藍綠光發光材料的研究熱點。目前，GaN基藍綠光發光二極管己商品化，GaN基LD也有商品出售，最大輸出功率為0．5W。在微電子器件研制方面，GaN基FET的最高工作頻率（fmax）已達140GHz，fT=67GHz，跨導為260ms／mm；HEMT器件也相繼問世，發展很快。此外，256×256GaN基紫外光電焦平面陣列探測器也已研制成功。特別值得提出的是，日本Sumitomo電子工業有限公司2000年宣稱，他們采用熱力學方法已研制成功2英寸GaN單晶材料，這將有力的推動藍光激光器和GaN基電子器件的發展。另外，近年來具有反常帶隙彎曲的窄禁帶InAsN，InGaAsN,GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重視，這是因為它們在長波長光通信用高T0光源和太陽能電池等方面顯示了重要應用前景。

以Cree公司為代表的體SiC單晶的研制已取得突破性進展，2英寸的4H和6HSiC單晶與外延片，以及3英寸的4HSiC單晶己有商品出售；以SiC為GaN基材料襯低的藍綠光LED業已上市，并參于與以藍寶石為襯低的GaN基發光器件的竟爭。其他SiC相關高溫器件的研制也取得了長足的進步。目前存在的主要問題是材料中的缺陷密度高，且價格昂貴。

II－VI族蘭綠光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美國3M公司成功地解決了II－VI族的P型摻雜難點而得到迅速發展。1991年3M公司利用MBE技術率先宣布了電注入（Zn，Cd）Se／ZnSe蘭光激光器在77K（495nm）脈沖輸出功率100mW的消息，開始了II－VI族蘭綠光半導體激光（材料）器件研制的。經過多年的努力，目前ZnSe基II－VI族蘭綠光激光器的壽命雖已超過1000小時，但離使用差距尚大，加之GaN基材料的迅速發展和應用，使II－VI族蘭綠光材料研制步伐有所變緩。提高有源區材料的完整性，特別是要降低由非化學配比導致的點缺陷密度和進一步降低失配位錯和解決歐姆接觸等問題，仍是該材料體系走向實用化前必須要解決的問題。

寬帶隙半導體異質結構材料往往也是典型的大失配異質結構材料，所謂大失配異質結構材料是指晶格常數、熱膨脹系數或晶體的對稱性等物理參數有較大差異的材料體系，如GaN／藍寶石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引發界面處大量位錯和缺陷的產生，極大地影響著微結構材料的光電性能及其器件應用。如何避免和消除這一負面影響，是目前材料制備中的一個迫切要解決的關鍵科學問題。這個問題的解泱，必將大大地拓寬材料的可選擇余地，開辟新的應用領域。

目前，除SiC單晶襯低材料，GaN基藍光LED材料和器件已有商品出售外，大多數高溫半導體材料仍處在實驗室研制階段，不少影響這類材料發展的關鍵問題,如GaN襯底，ZnO單晶簿膜制備，P型摻雜和歐姆電極接觸，單晶金剛石薄膜生長與N型摻雜，II－VI族材料的退化機理等仍是制約這些材料實用化的關鍵問題，國內外雖已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。

3光子晶體

光子晶體是一種人工微結構材料，介電常數周期的被調制在與工作波長相比擬的尺度，來自結構單元的散射波的多重干涉形成一個光子帶隙，與半導體材料的電子能隙相似，并可用類似于固態晶體中的能帶論來描述三維周期介電結構中光波的傳播，相應光子晶體光帶隙（禁帶）能量的光波模式在其中的傳播是被禁止的。如果光子晶體的周期性被破壞，那么在禁帶中也會引入所謂的“施主”和“受主”模，光子態密度隨光子晶體維度降低而量子化。如三維受限的“受主”摻雜的光子晶體有希望制成非常高Q值的單模微腔，從而為研制高質量微腔激光器開辟新的途徑。光子晶體的制備方法主要有：聚焦離子束（FIB）結合脈沖激光蒸發方法，即先用脈沖激光蒸發制備如Ag/MnO多層膜，再用FIB注入隔離形成一維或二維平面陣列光子晶體；基于功能粒子（磁性納米顆粒Fe2O3，發光納米顆粒CdS和介電納米顆粒TiO2）和共軛高分子的自組裝方法，可形成適用于可見光范圍的三維納米顆粒光子晶體；二維多空硅也可制作成一個理想的3－5μm和1．5μm光子帶隙材料等。目前，二維光子晶體制造已取得很大進展，但三維光子晶體的研究，仍是一個具有挑戰性的課題。最近，Campbell等人提出了全息光柵光刻的方法來制造三維光子晶體，取得了進展。

4量子比特構建與材料

隨著微電子技術的發展，計算機芯片集成度不斷增高，器件尺寸越來越小（nm尺度）并最終將受到器件工作原理和工藝技術限制，而無法滿足人類對更大信息量的需求。為此，發展基于全新原理和結構的功能強大的計算機是21世紀人類面臨的巨大挑戰之一。1994年Shor基于量子態疊加性提出的量子并行算法并證明可輕而易舉地破譯目前廣泛使用的公開密鑰Rivest，Shamir和Adlman（RSA）體系，引起了人們的廣泛重視。

所謂量子計算機是應用量子力學原理進行計算的裝置，理論上講它比傳統計算機有更快的運算速度，更大信息傳遞量和更高信息安全保障，有可能超越目前計算機理想極限。實現量子比特構造和量子計算機的設想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一個實現大規模量子計算的方案。其核心是利用硅納米電子器件中磷施主核自旋進行信息編碼，通過外加電場控制核自旋間相互作用實現其邏輯運算，自旋測量是由自旋極化電子電流來完成，計算機要工作在mK的低溫下。

這種量子計算機的最終實現依賴于與硅平面工藝兼容的硅納米電子技術的發展。除此之外，為了避免雜質對磷核自旋的干擾，必需使用高純（無雜質）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅單晶；減小SiO2絕緣層的無序漲落以及如何在硅里摻入規則的磷原子陣列等是實現量子計算的關鍵。量子態在傳輸，處理和存儲過程中可能因環境的耦合（干擾），而從量子疊加態演化成經典的混合態，即所謂失去相干，特別是在大規模計算中能否始終保持量子態間的相干是量子計算機走向實用化前所必需克服的難題。

5發展我國半導體材料的幾點建議

鑒于我國目前的工業基礎，國力和半導體材料的發展水平，提出以下發展建議供參考。

5.1硅單晶和外延材料

硅材料作為微電子技術的主導地位至少到本世紀中葉都不會改變，至今國內各大集成電路制造廠家所需的硅片基本上是依賴進口。目前國內雖已可拉制8英寸的硅單晶和小批量生產6英寸的硅外延片，然而都未形成穩定的批量生產能力，更談不上規模生產。建議國家集中人力和財力，首先開展8英寸硅單晶實用化和6英寸硅外延片研究開發，在“十五”的后期，爭取做到8英寸集成電路生產線用硅單晶材料的國產化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我國應有8～12英寸硅單晶、片材和8英寸硅外延片的規模生產能力；更大直徑的硅單晶、片材和外延片也應及時布點研制。另外，硅多晶材料生產基地及其相配套的高純石英、氣體和化學試劑等也必需同時給以重視，只有這樣，才能逐步改觀我國微電子技術的落后局面，進入世界發達國家之林。

5.2GaAs及其有關化合物半導體單晶

材料發展建議

GaAs、InP等單晶材料同國外的差距主要表現在拉晶和晶片加工設備落后，沒有形成生產能力。相信在國家各部委的統一組織、領導下，并爭取企業介入，建立我國自己的研究、開發和生產聯合體，取各家之長，分工協作，到2010年趕上世界先進水平是可能的。要達到上述目的，到“十五”末應形成以4英寸單晶為主2－3噸／年的SI－GaAs和3－5噸／年摻雜GaAs、InP單晶和開盒就用晶片的生產能力，以滿足我國不斷發展的微電子和光電子工業的需術。到2010年，應當實現4英寸GaAs生產線的國產化，并具有滿足6英寸線的供片能力。

5.3發展超晶格、量子阱和一維、零維半導體

微結構材料的建議

(1)超晶格、量子阱材料

從目前我國國力和我們已有的基礎出發，應以三基色（超高亮度紅、綠和藍光）材料和光通信材料為主攻方向，并兼顧新一代微電子器件和電路的需求，加強MBE和MOCVD兩個基地的建設，引進必要的適合批量生產的工業型MBE和MOCVD設備并著重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP,GaN基藍綠光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料體系的實用化研究是當務之急，爭取在“十五”末，能滿足國內2、3和4英寸GaAs生產線所需要的異質結材料。到2010年，每年能具備至少100萬平方英寸MBE和MOCVD微電子和光電子微結構材料的生產能力。達到本世紀初的國際水平。

寬帶隙高溫半導體材料如SiC，GaN基微電子材料和單晶金剛石薄膜以及ZnO等材料也應擇優布點，分別做好研究與開發工作。

(2)一維和零維半導體材料的發展設想。基于低維半導體微結構材料的固態納米量子器件，目前雖然仍處在預研階段，但極其重要，極有可能觸發微電子、光電子技術新的革命。低維量子器件的制造依賴于低維結構材料生長和納米加工技術的進步，而納米結構材料的質量又很大程度上取決于生長和制備技術的水平。因而，集中人力、物力建設我國自己的納米科學與技術研究發展中心就成為了成敗的關鍵。具體目標是，“十五”末，在半導體量子線、量子點材料制備，量子器件研制和系統集成等若干個重要研究方向接近當時的國際先進水平；2010年在有實用化前景的量子點激光器，量子共振隧穿器件和單電子器件及其集成等研發方面，達到國際先進水平，并在國際該領域占有一席之地。可以預料，它的實施必將極大地增強我國的經濟和國防實力。

半導體材料范文第2篇

關鍵詞：氧化鋅，稀磁半導體，鐵磁性

 

0.引言

當代和未來信息技術都占據著重要的地位，因此隨著社會的不斷發展,對信息的處理、傳輸和存儲將要求更大的規模和速度。半導體材料在信息處理和傳輸中有著重要的作用，半導體技術應用了電子的電荷屬性；磁性材料在信息存儲有著重要的應用，磁性技術利用了電子的自旋屬性。但是半導體材料都不具有磁性,磁性材料及其化合物都不具有半導體的性質，因此人們想到了通過摻入磁性離子來獲得磁性的方法，即在GaAs、GaN、ZnO等半導體中摻雜引入過渡金屬（或稀土金屬）等磁性離子，這種通過摻雜而產生的磁性與本征磁性有一定的區別，人們稱其為稀磁性。在化合物半導體中，由磁性離子部分地代替非磁性離子所形成的一類新型半導體材料，稱之為稀磁半導體。

1. 發展現狀

1.1 摻雜具有室溫鐵磁性的Fe、Co、Ni等過渡磁性金屬離子

在ZnO中摻雜引入磁性離子可以使樣品產生磁性，因此人們在ZnO中摻入了具有室溫鐵磁性的Fe、Co、Ni等過渡磁性金屬離子，結果發現樣品的室溫鐵磁性對制備技術、生長條件等都有很大的依賴關系。侯登錄等人[1]采用磁控濺射法在Si基底上制備Fe摻雜的樣品，發現鐵磁性是其本征性質。。Liu等人用化學氣相沉積法制備了Co摻雜的樣品，分析發現摻雜Co的ZnO樣品鐵磁性與Co的不純相ZnCo2O 4無關。Akdogan等人用射頻磁控濺射法制備了摻雜不同Co離子濃度的的樣品，分析得出氧原子的自旋極化對樣品長程鐵磁序的形成有重要作用，且Co原子的摻雜引起了ZnO的本征鐵磁性。Parra-Palomino等人研究發現樣品的鐵磁性與ZnO中的缺陷有關。

1.2 摻雜具有低溫鐵磁性的Mn、Cr等過渡磁性金屬離子

在ZnO中摻雜引入磁性離子可以使樣品產生磁性，因此人們在ZnO中摻入了具有低溫鐵磁性的Mn、Cr等過渡磁性金屬離子，于宙等人[2]用化學方法制備了Mn摻雜的ZnO基稀磁半導體材料，分析發現該材料的鐵磁性是由Mn離子對ZnO中Zn離子的替代作用引起的。Robert等用射頻磁控濺射法制備了摻雜Cr的ZnO樣品。分析發現H原子占據了O的位置并產生了一個深的施主缺陷從而增強了自由載流子數和鐵磁的超交換作用，進而導致了樣品的鐵磁性。

1.3 摻入不具有室溫鐵磁性的Al、Cu等金屬離子

研究發現在ZnO樣品中摻入不具有室溫鐵磁性的Al、Cu等離子樣品也可以顯示出室溫鐵磁性。劉惠蓮等[3]用檸檬酸鹽法合成了一系列摻Cu樣品，研究發現鐵磁性是其本征性質。Ma等人用脈沖激光沉積法制備了摻雜Al的ZnO樣品，發現樣品鐵磁性與Al原子和Zn之間的電荷傳輸有關。

1.4 多元素摻雜ZnO基稀磁半導體

邱東江等人[4]用電子束反應蒸發法生長了Mn和N共摻雜的薄膜，發現樣品的室溫鐵磁性很可能源于束縛磁極化子的形成。Gu等人用射頻磁控濺射法制備了摻雜Mn和N的ZnO樣品。分析發現樣品為室溫鐵磁性,這可能與N原子的摻入使空穴的濃度增加有關。Shim等人用標準固態反應法制備了摻雜Fe、Cu的ZnO樣品，發現摻雜Fe、Cu的ZnO的鐵磁性起源于第二相。且Fe原子進入ZnO并取代Zn原子是產生鐵磁性的主要原因。宋海岸等人[5]在Si(100)襯底上制備了Ni摻雜和(Ni、Li)共摻ZnO薄膜樣品。研究發現鐵磁性的起源可以用電子調制的機制來解釋,Ni-ZnO中的施主電子形成了束縛磁極化子,束縛磁極化子能級的交疊形成自旋-自旋雜質能帶,通過這些施主電子耦合即Ni2+原子之間的遠程交換相互作用導致了鐵磁性。

由于摻雜ZnO是一個新興的研究方向，因此人們對其研究結果不盡相同有的甚至相反，例如對于Fe摻雜的ZnO基稀磁半導體，Parra-Palomino等人發現摻雜Fe的樣品的鐵磁性可以用載流子交換機制來解釋，侯登錄等人[1]發現摻雜Fe的樣品的鐵磁性可以用局域磁偶極子作用機制來解釋。又如對于摻雜樣品的鐵磁性是樣品的本征性質還是非本征性質方面人們的觀點也不盡相同，Shim等人發現鐵磁性是摻雜Ni的ZnO樣品的非本征性質。Akdogan等人發現Co原子的摻雜引起了樣品的本征鐵磁性。對于摻雜所引起的樣品磁性方面，Liu等人研究發現摻雜Co的ZnO樣品具有鐵磁性，而Tortosa等人發現摻雜Co的ZnO樣品是順磁性的。研究發現樣品的鐵磁性與制備方法、生長的氣體環境、氣體壓強、生長時間、退火溫度、退火時間、摻雜劑量、摻雜元素的種類以及相對含量均有很大的關系。

2. 結論

目前, 對于ZnO基稀磁半導體材料的研究主要集中在兩個方面:(1)優化生長參數,獲得高質量的薄膜。。(2)選擇不同摻雜元素與摻雜量,通過單摻雜或共摻雜,提高薄膜的居里溫度,奠定其應用基礎。

通過對單摻雜金屬的ZnO樣品及共摻雜的樣品的結構分析、以及電學、磁學、導電性等性質的分析，發現對于相同的摻雜，樣品鐵磁性的強弱不同，有的結論甚至相反。這與樣品的制備技術不同、以及不同的生長環境有關。通過各種制備方法及不同制備工藝得到的ZnO薄膜的性能存在較大的差異,而且可重復率比較低。鐵磁性來源和機理分析還需要進一步的系統性研究。。對樣品的鐵磁性起源理論眾多。目前關于稀磁半導體材料鐵磁性根源的解釋有多種，有載流子交換機制(可以解釋具有室溫鐵磁性的Fe、Co、Ni、V、Cr、Cu、Al等元素摻雜的情況）。載流子導致的鐵磁性與反鐵磁性競爭機制（可以解釋Mn、Cr、Co等元素摻雜的情況）。局域磁偶極子之間相互作用機制（可以解釋V、Ni等元素摻雜的情況）。

在實驗和理論的統一方面還存在有許多的矛盾之處,而且每種理論都只得到了部分實驗證實.因此對ZnO基稀磁半導體的磁性機理的認識還需進一步的提高。可以在以下幾個方面開展進一步的更深入的研究。一是改善樣品的制備工藝，許多試驗重復率很低說明樣品的制備過程中有許多影響因素，有待于對其發現并掌握。二是改變摻雜的金屬元素，傳統的摻雜只對過渡金屬進行了大量研究對于非過渡金屬的相關研究很少。而且由單摻雜向共摻雜轉變是一條很好的思路。

參考文獻

[1]侯登錄,趙瑞斌.氧空位對Fe摻雜ZnO的鐵磁性的影響.商丘學報.2008,24(12):1-6.

[2]于宙,李祥,龍雪等.Mn摻雜ZnO稀磁半導體材料的制備和磁性,物理學報.2008,57,7(4539-4544):1-6

[3]劉惠蓮, 楊景海，張永軍，等.Cu摻雜ZnO納米結構的室溫鐵磁性研究[J].半導體學報,2008, 29(11): 2257-2260.

[4]邱東江,王俊,丁扣寶.退火對Mn和N共摻雜的Zn0.88Mn0.12O :N薄膜特性的影響.物理學報,2008,57(8):5249-5255.

[5]宋海岸,葉小娟,鐘偉等.(Ni、Li)摻雜ZnO薄膜的制備及其性能.納米材料與界構.2008,45(12):698-702.

半導體材料范文第3篇

陳小龍研究員出生于1964年，1984年在山東工業大學獲工學學士，1988年在哈爾濱工業大學獲工學碩士，1991年獲得中國科學院物理研究所的理學博士學位，曾在德國海德堡大學和拜羅伊特大學做洪堡學者。系統的專業基礎知識和良好的學術素養訓練為他日后的科研道路夯實了基礎。陳小龍老師從1993年擔任中科院物理研究所副研究員、1997年擔任研究員以來，主要開展了寬禁帶半導體晶體、新功能晶體探索和物性方面的研究工作，取得了豐碩的科研成果并實現了多項技術突破。1999年，他獲得國家杰出青年科學基金、2003年入選中國科學院“百人計劃”、2004年起至今兼任中國晶體學會副理事長和國際衍射數據中心(1CDD)中國區主席。于2007年獲得“ICDD Fellow”稱號，2009年成為“新世紀百千萬人才工程”的國家級人選，獲得國務院政府特殊津貼，并且在同年獲第五屆“發明創業獎”特等獎，由他帶領的寬禁帶半導體材料研究與應用團隊還獲得了2010年度“中國科學院先進集體”榮譽稱號。

陳小龍研究員先后主持了國家“863”、“973”和國家科技支撐計劃等23個重大科研項目。他主導并系統開展的碳化硅晶體生長的基礎和應用研究工作，解決了多項關鍵性的科學問題及系列關鍵技術，成功生長出2N4英寸的高質量晶體，由他帶領團隊攻克了晶體制備重復性和穩定性等關鍵的工程化問題，在國內率先實現了碳化硅晶體的產業化；發現非磁性元素鋁摻雜在碳化硅晶體中誘導出磁性，通過中子輻照在碳化硅晶體中引入雙空位，并從實驗和理論上證明了雙空位導致磁性，首次在實驗上給出直接證據；他還研究發現了一系列新的功能晶體材料，包括新超導體K0.8Fe2Se2和具有潛在應用價值的閃爍晶體YBa3B9O18等，精確測定了大量新化合物的晶體結構，其中120個化合物的衍射數據被ICDD收錄為標準衍射數據。新超導體Kn0.8Fe2Se28超導轉變機制不同于其它鐵基超導體，具有豐富的物理內涵，在引領國際上鐵基超導新的研究方向上發揮了作用。

多年來，陳小龍研究員研發并申請的國家發明專利共計45項，其中已經授權的有16項，在國際學術刊物上300余篇，被引用3200多次。

引領創新之路

陳小龍研究員目前主要的研究方向包括：寬禁帶半導體碳化硅、氮化鋁等晶體生長、物性及應用研究；大尺寸、高質量石墨烯制備和應用研究；多晶×射線衍射結構分析和應用等多個方面。堅持自主創新、引導技術產業化是他一直以來的心愿和努力的方向。

在當今時代，碳化硅作為重要的寬禁帶半導體材料，是制作高溫、高頻、大功率、抗輻射電子和光電器件的理想材料，在軍工、航天、固態照明和電力電子等領域具有非常重要的應用價值，對于軍事科技、民用工業的發展至關重要。國際權威市場調查報告顯示，2009年全球對碳化硅晶片的消耗量為43.5萬片，至2015年這一數字將增加到至少200萬片，其蓬勃發展將在世界范圍內產生極為深遠的影響。

但是，碳化硅晶體生長和加工技術被一些發達國家壟斷，對我國實行技術封鎖，甚至產品禁運。基于我國對碳化硅晶片的迫切需求以及碳化硅基半導體產業的巨大市場、應用前景，陳小龍研究員于1999年帶領團隊開始開展碳化硅晶體生長的研究工作。十余年間，在國家自然科學基金委、科技部、中國科學院等國家部委和各級地方政府的大力支持和親切關懷下，陳小龍研究員帶領團隊堅持自主創新、刻苦鉆研，不斷進行技術攻關，終于取得了重大突破。

國外銷售的碳化硅晶體生長設備價格極其昂貴，而且難以調整所生長晶體的尺寸，難以滿足國內大規模產業化的需求。陳小龍研究員帶領研究人員自主研發碳化硅晶體生長設備，通過創新性的設計和持續的結構優化，研制出了具有自主知識產權的感應線圈內置式碳化硅晶體生長爐；可以兼容生長2～4英寸的碳化硅晶體；實現了坩堝的軸向運動和自傳，可以保持溫場的均勻性；采用了流動氣氛，能夠在10-10000Pa實現動態壓力的精確自動控制，線性度高。而具備了這些優勢的晶體生長設備制造成本大大低于國外同類設備。

陳小龍研究員帶領團隊充分利用自主研發的碳化硅晶體生長平臺，經過無數次的實驗、模擬和總結，終于在碳化硅晶體生長和加工技術上取得了一系列的突破，包括：重點攻克了碳化硅晶體缺陷控制、電阻率調控和化學機械拋光等關鍵技術，掌握了晶體生長和加工的核心技術，形成了一整套從原料合成、晶體生長、加工、檢測到清洗封裝的技術路線；成功研制出高質量2-4英寸6H碳化硅和4H碳化硅晶片：微管密度最低可小于1個／c、X-射線搖擺曲線半高寬小于30弧秒、位錯密度小于104／c、半絕緣晶片的電阻率大于106Q?cm、導電4H碳化硅晶片的電阻率控制在0.02 Q?cm以下，產品技術指標達到國際同類產品先進水平。在科研攻關的同時，陳小龍研究員高度重視知識產權保護，已經先后申請相關的國家發明專利24項，其中已授權6項，并且提交行業標準草案2項，同時正在申請美國和日本專利。

實現成果產業化

在中國科學院和新疆生產建設兵團的大力支持下，2006年9月，陳小龍研究員團隊開發的碳化硅晶體生長相關技術成功進行了產業化，成立了北京天科合達藍光半導體有限公司，這標志著我國在該領域實現了零的突破。在產業化的過程中，陳小龍研究員的團隊實現了產研結合，建立了擁有48臺晶體生長爐的碳化硅晶體生長和加工線，形成了年產3萬片的能力，成功地將實驗室晶體生長和加工的研究成果推廣到大規模的工業化生產，并保證了生產的穩定性和重復性。陳小龍研究員主導的研發中心在大尺寸(4英寸)碳化硅晶體生長和提高晶體質量方面取得了快速進展。目前天科合達公司生產的2-4英寸導電碳化硅晶片、半絕緣碳化硅晶片成功銷往20多個國家和地區，廣受好評。自2009年以來，公司連續被國際著名半導體咨詢機構YOLE公司列為全球碳化硅晶片主要制造商之一。

半導體材料范文第4篇

鼎龍股份(300054)在CMP拋光墊產品的產業化方面，已經進入到最后的客戶驗證測試評價階段；江豐電子(300666)是國內最大的半導體芯片用高純濺射靶材生產商。

個人認為： 今天收盤前提示大家，尾盤恐慌盤出現，那么明日指數會是開盤后出現小幅反彈，然后沖高回落的走勢。

短期調整未結束，建議觀望為主，目前不適合加倉或者抄底；題材上繼續關注近期介紹的券商概念，近日支撐明顯，短期受到市場資金關注形成反彈；個股耐心等待地量止跌的信號出現。

所以操作上，如果不是打板不要來回去追熱點，跟風的股票很容易沖高回落當日就浮虧，我們應當在上證大盤回調之際，逢低買入一些漲幅不大，但圖形也成多頭排列的個股。

短線投資者如果手中股票最近漲幅過大，可在大盤沖高之時減倉賣出，等待回調有一定的差價之后，再次買入，由此作為差價，能把成本進一步降低，如果沒有看盤時間的朋友們可繼續持股等漲。

半導體材料范文第5篇

一、年辦理工作的主要情況

年，縣人大代表和政協委員充分履行職責，從不同角度、不同層面，對政府工作和人民群眾關心的問題提出了許多好的建議和提案。其中，交由縣政府系統辦理的人大代表建議52件、政協提案55件，共涉及政府系統承辦單位48個，所有建議提案均在規定期限內全部辦理完畢。建議提案反映的大多數問題已經得到解決，一些工作取得了階段性成果。從辦理結果來看，代表所提問題已經解決或基本解決的（A類）24件，占22.4%；正在解決或列入計劃準備解決的（B類）48件，占44.85%；因條件限制或其它原因，需繼續研究解決的（C類）31件，占28.97%；因條件限制或政策不允許，目前不能解決或采納、留作參考的（D類）2件，占1.8%。在建議提案辦理工作中，縣政府及相關部門始終堅持以人為本，深入貫徹落實科學發展觀，不斷創新辦理工作機制，強化辦理工作措施，突出重點，主動溝通，注重解決實際問題，確保了建議提案辦理質量。

回顧總結去年的辦理工作，我們取得了一定的成績，但也還存在著一些問題，主要表現在以下幾個方面：一是少數承辦單位領導思想認識不到位。對辦理工作重視程度不夠，積極性、主動性不高，辦理力度不夠大，存在敷衍了事的現象；二是重答復、輕落實的問題依然存在。對建議提案的辦理，只在注重研究如何答復，沒有深入實際了解問題、研究解決問題的辦法。對承諾解決的問題，沒有抓好落實、徹底解決；三是面商溝通工作還有待加強。對一些由于政策限制或其它客觀原因一時還難以辦理的建議提案，有些承辦單位面商工作沒有及時跟進，對代表委員的解釋溝通不到位，沒有主動地爭取代表委員的支持和理解，代表委員滿意度不高。上述工作中存在的問題，反映了其背后存在的認識、態度、作風、組織領導等方面的問題，希望各承辦單位進一步提高認識，顧全大局，主動積極，克服困難，扎實做好今年的辦理工作。

二、今年“兩會”所提建議提案的基本情況

今年“兩會”期間，代表和委員們緊緊圍繞全縣經濟社會發展的大局，在深入調查研究的基礎上，提出人大代表建議64件，政協委員提案45件。另外，收到省政協委員提案1件，州人大代表建議2件，州政協委員提案3件。代表委員們圍繞改善全縣經濟社會發展環境、加快基礎設施建設、大力發展工業經濟和農業產業化、發展社會事業、解決困難群眾生產生活問題等，提出了大量有價值的建議，主題鮮明，內容翔實，意見中肯，集中反映了人民群眾對縣委、縣政府搶抓發展機遇、促進晴隆經濟社會又好又快發展的熱切期望，具有較強的前瞻性、指導性、針對性和操作性。這些建議和提案，縣政府辦已進行了整理、分類、登記，并根據各單位的職責形成了《人大代表建議、政協委員提案辦理分解表》，今天正式交給各承辦單位，請各單位高度重視，及時清理核對，認真進行梳理、分析、研究，并與本單位的工作同安排、同部署、同落實，切實抓緊抓實抓好。

三、真抓實辦，認真做好今年建議提案的辦理工作

（一）統一思想，真情辦理。

今年是“”與“十二五”規劃承上啟下的關鍵之年，也是我縣加快發展的關鍵之年，做好今年的建議提案辦理工作，對推動全縣經濟社會發展具有十分重要的意義。一是必須認識做好辦理工作是政府職能部門的一項政治任務。人大代表建議是憲法賦予代表的重要權利，是人大代表積極參政議政、實行監督職能的重要途徑；政協委員提案是人民政協履行政治協商、民主監督職責的具體體現。認真辦理建議提案，事關政府與人民群眾的密切聯系，對于改進政府工作、促進科學發展具有十分重要的意義。二是必須認識做好辦理工作是政府職能部門接受監督的有效途徑。主動接受人大法律監督、工作監督和政協民主監督是政府職能部門政府依法行政的具體體現。以嚴肅、認真的態度辦理人大建議和政協提案，是政府依法行政的要求，是自覺接受監督的要求，也是政府和政府各部門的一項重要職責。三是必須認識做好建議提案辦理工作是堅持發展為了人民、發展成果由人民共享的一個重要體現。人大建議和政協提案大多是在深入調研的基礎上提出來的，集中反映了人民群眾的真實意愿和切身利益。特別是重點建議和重點提案，關注的都是我縣發展大局中的重大問題，體現了人民群眾的迫切要求，要格外重視，重點辦理。通過認真辦理建議、提案，切實解決好群眾最關心、最直接、最現實的利益問題，努力打造服務型的、對人民高度負責的政府。各承辦單位要把辦理建議提案工作，當作踐行“三個代表”重要思想，貫徹十七大精神和落實科學發展觀的有效方式，作為傾聽群眾呼聲，深入了解民情、充分反映民意、廣泛集中民智的重要渠道。要時刻牢記全心全意為人民服務的宗旨，擺正政府和人民群眾的關系，進一步增強使命感和責任心，認真負責、積極主動、扎扎實實地辦好每一件建議提案。

（二）強化責任，真心辦理。

一是建立縣長閱批建議提案制度。縣政府各副縣長將逐一閱批今年分管工作內的每一件建議和提案，簽署明確的辦理意見，督促分管單位及時辦理，并從中各自選擇至少2件牽涉面廣、難度大的重點建議提案作為重點督辦件。對此，各個承辦單位必須提高認識，加強與代表委員的溝通聯系，突出重點，著眼于解決實際問題，努力做到辦一件成一件，切實辦出成效。二是要認真落實辦理責任。會后，各承辦單位要召開專題會議進行研究，扎實落實辦理任務，明確辦理時限和質量要求。具體責任要到領導、到股室、到工作人員，確保交辦有人接、層層有人抓、事事有人辦、件件有著落。各承辦單位要建立辦理工作主要領導負責制，單位的主要負責人要切實履行好第一責任人的職責，要把辦理工作納入重要議事日程。對建議和提案要主動提出辦理意見，遇到矛盾和問題要親自協調解決，對一些重要問題的書面答復要親自審核、簽發，對反饋不滿意的建議、提案要親自處理。縣政府將堅持把辦理情況納入目標管理作為考核部門工作和評價領導政績的一項重要內容。三是要明確辦理要求。交辦會后，各承辦單位要對所承辦的建議提案進行認真分析研究，結合工作實際，盡快制定工作方案，加快辦理速度，及時與代表、委員見面。要做到按程序辦理、按時限辦結、按要求反饋。四是要加強溝通。各承辦單位要采取多種形式，加強與代表委員的聯系和溝通，通過走訪、調研、座談、電話、信函等多種方式，認真聽取和分析代表委員的意見和建議。要加大現場辦理和與代表委員見面溝通的力度，當面征求意見，直接了當地反饋辦理工作情況，以便更好地促進辦理工作。

（三）解決問題，真實辦理。

一要突出辦理重點。各承辦單位必須緊緊圍繞縣委、縣政府的中心工作，把握重點、關注熱點、強攻難點，以重點建議提案的辦理為突破口，帶動整個辦理工作的深入開展。要突出五個重點：縣委、縣政府的重點工作是辦理的重點，事關大多數群眾切實利益的問題是辦理的重點，代表委員多次提出但尚未解決的問題是辦理的重點，代表委員書面答復后反饋不滿意的問題是辦理的重點。二要提高辦理實效。各承辦單位務必要在提高辦理實效上下功夫，注重解決實際問題。對已具備條件解決的問題要立即著手解決，對初步具備條件但還存在一定困難的要積極創造條件爭取早日解決，對短期內不能解決的要及時與提議人溝通情況，說明原因，取得其諒解。今年的建議提案辦理工作答復滿意率要達到50%以上。三要加強協調配合。對涉及多部門工作的綜合類建議提案，要實行牽頭部門責任制。牽頭部門應主動協調各協辦部門認真辦理并負責見面、回函，答復代表和委員；各協辦部門要積極主動配合牽頭部門工作，要將本部門的辦理結果按牽頭部門擬定的時限報牽頭部門，確保辦理的完整性和一致性；對難以協調的重大事項，牽頭部門可請示分管副縣長研究解決辦法。

（四）強化督辦，真切辦理。