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半导体材料发展趋势
电子信息材料的总体发展趋势是向着大尺寸、高均匀性、高完整性、以及薄膜化、多功能化和集成化方向发展。当前的研究热点和技术前沿包括柔性晶体管、光子晶体、SiC、GaN、ZnSe等宽禁带半导体材料为代表的第三代半导体材料、有机显示材料以及各种纳米电子材料等。随着电子学向光电子学、光子学迈进,微电子材料在未来5~10年仍是最基本的信息材料。电子、光电子功能单晶将向着大尺寸、高均匀性、晶格高完整性以及元器件向薄膜化、多功能化、片式化、超高集成度和低能耗方向发展。半导体微电子材料由单片集成向系统集成发展。微电子技术发展的主要途径是通过不断缩小器件的特征尺寸,增加芯片面积以提高集成度和信息处理速度,由单片集成向系统集成发展。
1、Si、GaAs、InP等半导体单晶材料向着大尺寸、高均质、晶格高完整性方向发展。椎8英吋硅芯片是目前国际的主流产品,椎12英吋芯片已开始上市,GaAs芯片椎4英吋已进入大批量生产阶段,并且正在向椎6英吋生产线过渡;对单晶电阻率的均匀性、杂质含量、微缺陷、位错密度、芯片平整度、表面洁净度等都提出了更加苛刻的要求。
2、在以Si、GaAs为代表的第一代、第二代半导体材料继续发展的同时,加速发展第三代半导体材料——宽禁带半导体材料SiC、GaN、ZnSe、金刚石材料和用SiGe/Si、SOI等新型硅基材料大幅度提高原有硅集成电路的性能是未来半导体材料的重要发展方向。
3、继经典半导体的同质结、异质结之后,基于量子阱、量子线、量子点的器件设计、制造和集成技术在未来5~15年间,将在信息材料和元器件制造中占据主导地位,分子束外延 MBE 和金属有机化合物化学汽相外延 MOCVD 技术将得到进一步发展和更加广泛的应用。
4、高纯化学试剂和特种电子气体的纯度要求将分别达到lppb~0.1ppb和6N级以上,0.5μm以上的杂质颗粒必须控制在5个/毫升以下,金属杂质含量控制在ppt级,并将开发替代有毒气体的新品种电子气体。
中国半导体材料材料产业发展前景的展望
中国的IT产业即将进入快速发展时期,这一点已成为人们的普遍共识。在信息产品市场的拉动下,电子信息材料产业也将获得持续较快的增长。电子信息材料业在IT产业中乃至整个国民经济中的地位将会进一步上升。据信息产业部的预测,2005年中国电子信息产品市场的总规模将达2万亿元人民币,这大约相对于全球市场总规模的13%。巨大的市场需求,将拉动中国信息产业快速发展。在此背景下,我国信息材料业的未来商机首先来自半导体材料市场。当今全球最大、最重要的信息材料细分市场就是集成电路,而集成电路的99%以上都是由硅材料制作的。半导体材料在信息设备中的价值含量已达20%,并且还在继续上升。 根据中国工程院的专项调查与预测,中国2005年半导体材料材料的需求情况是(见表8):多晶硅需求将达1500吨;单晶硅约600吨;硅抛光片约8000万平方英寸;硅外延片500万平方英寸;GaAs单晶2000千克;GaAs外延片3~4万片;InP单晶120千克;化学试剂8000吨;塑封料8000吨;键合金丝3000千克。
结束语
不可否认,微电子时代将逐步过渡到光电子时代,最终发展到光子时代。预计到2010年或2014年,硅材料的技术和产业发展将走向极限,第二代和第三代半导体技术和产业将成为研究和发展的重点。政府决策部门、半导体科研单位和企业在现有的技术、市场和发展趋势面前应把握历史机遇,迎接挑战。
部分内容选摘于《杨邦朝、任辉,电子科技大学》