泉源：内容由半导体行业观看（ID：icbank）转载自民众号「中国电子报」，作者：张心怡，感谢。

随着以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体步入财产化阶段，对新一代半导体质料的探究已经进入大众视野。走向财产化的锑化物，以及国表里高度存眷的氧化镓、金刚石、氮化铝镓等，都被视为新一代半导体质料的紧张偏向。从带隙宽度来看，锑化物属于窄带半导体，而氧化镓、金刚石、氮化铝属于超宽禁带半导体。新一代半导体质料，将一起向宽，照旧一起向窄？

超宽禁带半导体：“上天入海”，实用范畴遍及

禁带的宽度决定了电子跃迁的难度，是半导体的导电性的决定身分之一。禁带越宽，半导体质料越靠近绝缘体，器件稳健性越强，因而超宽禁带半导体能应用于高温、高功率、高频率以及较耐辐照等特别情况。

“硅器件事情温度范畴相对有限，而超宽禁带半导体可谓‘上天下海’，顺应范畴非常宽阔。”中国科学院半导体研究所研究员闫建昌向《中国电子报》记者表现。

在光电子范畴，超宽禁带半导体在紫外发光、紫外探测有着宽阔的应用空间。基于氮化铝镓等超宽禁带半导体的紫外发光二极管和紫外激光二极管应用于杀菌消毒等医疗卫生范畴，特定波长的紫外线能关心人体补钙。在产业上，超宽禁带可用于制造大功率的紫外光源。

在超宽禁带半导体中，氮化铝镓（氮化铝和氮化镓的合金质料）、氧化镓、金刚石是较有代表性的几个偏向。

与氧化镓、金刚石等禁带宽度相对牢固的质料差别，氮化铝镓的禁带宽度可以在必然范畴内调治，是一种机动的半导体质料。

“通过调治铝的组份，氮化铝镓可以实现差别的禁带宽度，范畴在氮化镓的3.4 eV到氮化铝的6 eV之间。通过符合的比例，可以得到特定的禁带宽度，放射相应波长的紫外线，这是一个有味也有效的属性。”闫建昌表现。

在制备技能方面，氮化铝镓已经具备了必然的积存。

“氮化镓和氮化铝外延制备的主流要领是MOCVD（金属有机归天学气相沉积），在工艺、设置装备摆设等财产关键已经有了二三十年的积存。氮化铝镓作为氮化镓、氮化铝的合金质料，在外延制备上与两者有许多雷同之处，财产化已经开始起步，估计在接下来的3—5年，会具备范围化量产的水准。”闫建昌向记者指出。

氧化镓相比宽禁带半导体具有更高的能量转换服从。现在，氧化镓质料制备程度希望较快，但是外延、器件方面另有许多事情要做。

“氧化镓的禁带宽度比氮化镓、碳化硅等更宽，功率可以做得更高，也越发省电。氧化镓的制备条件比力苛刻，现在外延质料以2-3寸的小尺寸为主，量产和应用另有一段路要走。” 西安电子科技大学郭辉副传授向《中国电子报》记者表现。

闫建昌指出，散热本领不敷是氧化镓的毛病，怎样绕开这个毛病的话，去充实发挥它在功率器件的上风，是值得存眷的进展偏向。

金刚石被视为“终极半导体”质料，具有超宽禁带、高导热系数、高硬度的特点。但也因为硬度最高，实现半导体级另外高纯洁度也最为困难，与产物化、财产化另有相称的间隔。

“金刚石难以实现半导体级另外制备和掺杂，但我们可以使用类金刚石大概金刚石颗粒去改进半导体器件的散热，把金刚石自身的上风和优点先发挥出来。”闫建昌说。

窄禁带半导体：陆续拓展光谱范畴，会合应用在红外光

与超宽禁带半导体相反，锑化物等窄禁带半导体具有高迁徙率、导电性强的特点，应用范畴也会合在红外线，与超宽禁带应用的紫外线恰好漫衍在光谱两头。可以说，超宽禁带和窄禁带半导体拓展了人类对光谱的使用范畴。

在光电子范畴，锑化物质料体系有盼望成为将来红外成像体系的重要质料体系。据中科院半导体研究所传授牛智川先容，传统红外光电质料因为匀称性不敷、基单方面积小、良率极低等瓶颈，难以实现大阵列、双色、多色焦平面以及甚远红外焦平面的制造。

“锑化物在具有高性能的条件下，带隙调控实用范畴更广、本钱更低、制造范围更大，锑化镓基半导体外延质料技能已经发展为红外光电器件制造的主流。”牛智川向《中国电子报》记者表现。

在微电子范畴，锑化物半导体具有凌驾前三代半导体体系的超高速迁徙率，在进展超低功耗超高速微电子集成电路器件方面潜力庞大。

在热电器件范畴，含锑元素的各种晶体质料具有精良的热电和制冷效应，是恒久以来热电制冷器件范畴的紧张技能偏向，具有宽阔的应用远景。

在制备方面，锑化物窄带隙半导体与砷化镓、磷化铟等III-V族体系的布局特性、制备工艺雷同或兼容，是以不存在量产技能的停滞，其制备本钱重要受单晶衬底晶圆面积、外延质料量产容量、工艺集成技能良率的制约。

“随着功效器件需求放大，基于锑化物的激光器和探测器制造已经在量产方面得到了充实的验证，在光电子功效的各种应用范畴制造范围渐渐扩大，已经具备量产条件。”牛智川指出。

下一代半导体：越走越“宽”照旧越“窄”？

新一代半导体质料是财产厘革的基石。从以硅为代表的第一代半导体质料，以砷化镓、磷化铟为代表的第二代半导体质料，以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体质料，半导体器件的事情范畴和实用场景不停拓展，为信息社会的进展提供有力支持。

半导体代表性质料进阶图

那么，真正具有技能远景的新一代半导体质料，应该具备哪些要素？

牛智川表现，评估半导体质料的进展远景时，应看重两个指标。

一是可否进展出高可控性的量产制备技能，这是推断新体系质料是否具有恒久进展远景的须要条件。在面向现实应用进展的初期阶段，一定评估范围化生产平台的可行性，包罗大型制造设置装备摆设等，并通过小试和中试工程化磨练，查验产物良率和器件性能的稳健性。

其次是技能迭代链条是否美满，这是市场化成败的须要考量。半导体技能迭代链条包罗全部技能关键所需的相干支持条件是否具备可靠泉源，市场周期的颠簸率，用户对产物需求性价比，以及比拟竞品质料的好坏等。

在具备财产化远景的底子上，该怎样发挥质料自身的性子，使之转化为财产进展的动力并开释市场代价？

闫建昌表现，每一种质料都有自身的上风和范围性，要充实发挥大概发掘其有利身分，以扬长避短。曾经业界以为氮化镓质料缺陷密度太高，不行能用来发光，但氮化镓的一些特别机制可以或许绕开缺陷密度的题目，并基于自身的硬度和化学稳健性等上风补充纯洁度的不敷，博得了进展空间。

“无论氮化铝镓、氧化镓照旧金刚石，在器件和财产进展上另有很大的空间。进展的底子取决于质料自己和质料制备程度，要实现更低的缺陷密度，把质料的上风和潜力充实掘客出来，这是将来超宽禁带技能和财产进展的底子。”闫建昌说。

郭辉表现，新质料的上量有一个历程，要思量综合效益，找寻市园地位。

“在微电子范畴，超宽禁带半导体重要用于功率半导体，既要思量质料自己的制备本钱和功率器件自己的本钱，也要思量器件用在体系内的本钱。通过综合效益查找市场空间，形成市场竞争力。”郭辉说。

牛智川表现，要在踏实做好试验室技能开辟研究底子上，深入了解质料物性优化的根本技能要领、路径，全方位创建底子物理化学性子数据，形成从设计到器件功效实现的最佳迭代模式。在此底子上，设置装备摆设中试平台，会合磨练实现高良率工程化制造的技能流程、方案和范例。后续增添用户定制要求，渐渐美满器件的特定功效的量产制造技能、进步迭代服从，与市场深度融合。

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