半导体材料在电子科学技术中的应用

半导体材料在电子科学技术中的应用

刘桐

呼伦贝尔水务投资有限公司  内蒙古 呼伦贝尔市   021000

摘要：随着我国信息技术的高速发展和电子科学技术的不断进步，各行各业使用电子科学技术的频率也在不断提高。其中半导体的使用在电子科学技术中起到了非常大的作用，它的出现使我国电子工业在信息时代在世界科学技术不断发展的背景下上升了一个新的台阶，半导体材料在社会建设和发展领域占据非常重要的地位，随着第三代半导体的问世和不断发展运用，其整体性能有了明显提高，电子科学技术领域以及其他相关领域对半导体材料的性能和类型有了更高的要求。目前，科研人员已将半导体材料在电子科学技术中的应用作为重要研究课题，旨在推动提升半导体器件的稳定性和实用性，使其实现在相关应用领域的良好发展。

关键词：半导体材料；电子科学技术；应用  

当前，半导体属于信息化社会的重要应用材料之一。通过对此类材料进行系统化加工，能够使其在各行各业发挥良好的应用价值。例如，电子管、晶体管属于计算机装置的重要组成部分，其材料质量会直接影响设备运行速度或稳定性。与过去相对比，半导体行业规模已经进入迅速扩张阶段。通过对相关材料的应用发展进行分析，能够明确其未来转变趋势，有利于阐明半导体在电子科学技术中的应用与革新状态，具有强化相关行业经济效益、完善社会信息化体系的重要作用。因此，需要针对电子科学技术中半导体材料的实际发展趋势进行探究，确保其主要特征能够得到明确，为应对未来行业发展与建设挑战打下坚实基础。

一、半导体材料的发展现状

1、半导体硅材料。近年来，不断有新型的半导体被研制出来，而硅凭借其资源丰富、价格低廉以及性能优良等特点，也使其在半导体市场中占据了主要的地位，日常生活中人们生产的绝大部分电子产品中都是以硅为基础材料制作而成的。还有一些超大规模集成电路、大规模集成电路和集成电路也都是通过硅材料或者是硅晶体的衍生材料制作而成的，由此可见，硅材料在集成电路的发展中有着推进的作用。早在 20 世纪末硅材料就被研究和开发成为电子科学技术的主要材料，并且应用到了各个领域，其每年的需求量也都呈现急速增长的趋势。依照现在世界各国所消耗的硅材料的数量来看，硅在未来极有可能成为电子通信领域以及计算机领域中的重要半导体材料。如果在科技发展的过程中没有硅材料的支持，就不会使电子科技领域在短时间内得到迅速发展。由于半导体硅材料可以分为多种不同的类型，像多晶体硅、单晶体硅、非晶体硅这些类型，使得他们在半导体中的应用也能起到不同的用途。

2、半导体光子晶体材料。光子晶体是一种在光学尺度上具有周期性介电结构的人工设计和制造的晶体，它的介电常数周期被人为的调到与工波相似的尺度，与半导体的电子能的间隙相比差距近似为零，所以光子晶体是不能够传播禁带能量光波的。另外，由于光子晶体是被人为的调整了它的特性，所以它的周期性遭到了破坏，在禁带中随之就会出现受主末和施主，光子的密度就会受光子晶体的维度影响而产生不同的反应。如今微电子技术的不断发展使人们对电子产品中的芯片要求越来越严格，但是电子产品的体积越来越小，同时又受到生产技术的制约而无法实现人们对信息的高品质要求。因此，发展全新的电子技术成为了新时代带新计划。

3、半导体砷化镓单晶材料。砷化镓是一个具有耐高温、抗辐射能力的特征，主要应用于微型电子和光电子材料等领域中，广泛应用在一些运行速度快的电路中。近年来，人们对通信技术使用频率不断增加，生产使用砷化镓的数量也在不断提高，由于我国对砷化镓这种单晶材料的研发起步时间较晚，随着我国一部分电子企业的兴起，我国也有了更多的机会去开发研制半导体材料。

二、半导体材料在电子科学技术中的应用

1、光子晶体。光子晶体是一种人造周期性电介质结构，根据不同折射率的介质周期性进行排列，进而形成一种人工微结构。光子晶体也可以说是光子禁带材料，从结构角度来看，该材料在光学尺度上具有周期性介电结构，是一种人工设计和制造的晶体。其接近与半导体晶格对电子波函数的调制，该材料可以对电子波进行调制，在电磁波在该材料中传播的过程中，受到布拉格散射的影响，能够达到调制的效果，能带结构由电磁波能量形成。能带和能带之间存在带隙，即光子带隙。根据该材料光子禁带在空间中的维数，可以将其分为一维、二维和三维光子晶体。随着科技的进步和发展，光子晶体的应用愈加广泛，利用该材料生产的产品越来越多。而电子产品受到体积、成本等因素的限制，很难在技术、工艺等方面进行突破和创新。所以，现在越来越多的人开始关注提升光子晶体材料的应用效果，使其可以在各个领域中广泛应用。目前来看，已经有很多以光子晶体为基础研制的光子学器件，包括无阈值激光器、无损耗反射镜等。在国际上，光子晶体的应用愈加广泛，结合纳米技术，在微米级激光制造中发挥了巨大的作用，研制出了硅基激光。结合量子点，原子和光子之间会产生相互作用，进而对材料性质造成影响，具有减小光速、吸收等效果。

2、砷化镓单晶材料。砷化镓单晶材料在电光材料、微型电子中的应用比较广泛，具有良好的应用效果。因为其具有较强的耐高温、抗辐射等能力，符合这两项产品的工作要求。砷化镓集成电路在经济和国防建设中发挥了巨大的作用，其无法使用硅集成电路来替代。主要在通信卫星、移动通信、光通信、微型超级计算机中广泛应用。砷化镓的熔点为1238℃，在低于600℃的空气中，该材料具有一定的稳定性，不会受到非氧化性的酸侵蚀。该材料的晶格常数为5.65×10-10m，禁带宽度为1.4eV。早在1964年，该材料就已经进入使用阶段，作为半导体材料，其具有高频、高温、噪音小、抗辐射能力强等优点。虽然其应用优势较多，但也具有一定的缺陷，即在晶体三极管制作的过程中，放大倍数较小、缺少导热性、难以用于制作功率插件，等等。虽然砷化镓的性能比较优越，但对分解温度的要求较高，要生产出配比比较理想的单晶材料具有一定的技术难度。

3、半导体硅材料。半导体硅材料的应用比较广泛，其普遍在电子产业中应用，是集成电路的主要材料。在高温的作用下，该材料会和氧发生反应，进而生成无定形二氧化硅层，在器件生产的过程中，该材料普遍在掩蔽层、隔离层中应用。硅与酸不相溶，但会溶于NHO3。可以与HF制作混合腐蚀溶液，硅可以在加温的硅溶液中溶解，采用等离子腐蚀技术，也可以对硅进行腐蚀处理。硅可以分为晶态和非晶态两种状态，在常温之下，硅单晶的介电系数为11.7，光折射率较高，会有巨大的反射损失。为了提升透过率，可以涂减反射膜。如果硅中具有较高的杂质，则会影响光的吸收。

半导体材料的持续创新发展，带动了相关产业的快速发展，使我国整体科学技术水平有了较大的提升。市场对于半导体材料的需求量逐渐增大，尤其是在电子科学技术领域中，对于新型高效的半导体器件要求不断提高。为了使半导体材料的性能更优良，种类更加丰富，且能够实现对成本的有效控制，应用前景变得更加广阔。技术人员应当在原有半导体材料的基础上完成优化升级和创新，这样才能使半导体材料种类更丰富，运用范围更广，促使半导体材料能够更好地运用于电子科学技术领域。

参考文献:

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