半导体硅材料科学与技术
半导体硅材料半导体硅材料(semiconductor silicon)是最主要的元素半导体材料,包括硅多晶、硅单晶、硅片、硅外延片、非晶硅薄膜等,可直接或间接用于制备半导体器件。
其中,发展比较早的就是集成电路。集成电路是20世纪50年代后期一60年代发展起来的一种新型半导体器件。它是经过氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等半导造工艺,把构成具有一定功能的电路所需的半导体、电阻、电容等元件及它们之间的连接导线全部集成在一小块硅片上,然后焊接封装在一个管壳内的电子器件。集成电路技术包括芯片制造技术与设计技术,主要体现在加工设备,加工工艺,封装测试,批量生产及设计创新的能力上。
在集成电路的制作中,其中比较重要的,就是半导体芯片的制造。半导体芯片的发明是二十世纪的一项创举,它开创了信息时代的先河。在计算机已经成为我们日常生活中的必备工具的今天,我们的计算机CPU可能产生不同的,但是无论是\"Intel\"还是\"AMD\",它们在本质上一样,都属于半导体芯片。20世纪60年代,英特尔(Intel)创始人之一戈登·摩尔(Gordon Moore)提出了一种揭示信息技术速度的观测或推测——摩尔定律。其内容为:当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。换言之,每一美元所能买到的电脑性能,将每隔18-24个月翻一倍以上。
但是随着科技的进步,到了2000年,显然几何比例到头了,但是各种技术手段的发明使得该行业的发展跟上了摩尔定律的步伐。在90纳米时,应变硅发明了;45纳米时,增加每个晶体管电容的分层堆积在硅上的新材料发明了;22纳米时,三栅极晶体管的出现保证了缩小的步伐。除了目前使用的硅CMOS工艺,新的技术也会受到瞩目。Intel已经宣布将在7纳米放弃硅。锑化铟(InSb)和铟砷化镓(InGaAs)技术都已经证实了可行性,并且两者都比硅转换速度高、耗能少。碳,包括纳米管和石墨烯目前都处在实验室阶段,可能性能会更好。相信随着研究的继续,我们对处理器的需求都有可能发生改变——不再要求更快、更小或更低能耗。
当然,半导体硅材料还有其它很多方面的应用,比如半导体电池。半导体电池是一种利用光生伏打效应把光能转换成电能的器件,又叫光伏器件。将太阳光
能转换成电能的固体半导体器件,又称太阳电池,是太阳电池阵电源系统的重要元件。比如硅电池,纳米材料制成的电池等。这些用半导体硅﹑硒等材料将太阳的光能变成电能的器件。具有可靠性高﹐寿命长﹐转换效率高等优点﹐可做人造卫星﹑航标灯﹑晶体管收音机等的电源。
半导体硅材料在二极管、双极型、三极管、MOS管、CCD也有着广泛否应用。在科学技术高速发展的现在,半导体硅材料的研究与应用,势必会在科学发展中取得越来越重要的作用。