半导体材料的发展及应用

半导体材料的发展及应用摘要众所周知，半导体材料应用是非常广泛的。从电子管到晶体管再到大规模和超大规模集成电路的应用中全部有半导体材料。而半导体材料从十八世纪以来也是飞速的发展着。因此，此篇论文是简介一下半导体的发展及应用。关键词：半导体材料；应用；发展DevelopmentandapplicationofsemiconductormaterialsAbstractAsweallknow,thesemiconductormaterialapplicationisveryextensive.Fromtubestotransistorsandthentolarge-scaleandultralargescaleintegratedcircuitapplications,allwithasemiconductormaterial.Thesemiconductormaterialsincetheeighteenthcenturyisrapidlydeveloping.So,thispostisabrieflookatthepaperthedevelopmentandapplicationofsemiconductors.Keywords:SemiconductorMaterial;Application;Development目录摘要......................................................................................................IAbstract....................................................................................................II第一章绪论.............................................................................................1第二章半导体材料.................................................................................22.1什么是半导体材料.........................................................................22.2半导体材料的种类.........................................................................22.3半导体材料的基本特征.................................................................3第三章半导体材料的发展及应用.........................................................43.1半导体在微电子领域的发展及应用.............................................43.2半导体在太阳能电池方面的发展及应用.....................................5结论.....................................................................................................6参考文献...................................................................................................7第一章绪论随着工业化的发展越来越快，半导体材料的应用也越来越广泛，因此半导体的发展就很迅猛。半导体材料对于微电子领域及太阳能电池方面应用很广，影响深远。所以，半导体的发展和应用就很急需。第二章半导体材料2.1什么是半导体材料通常按材料的导电能力的高低来区分导体、半导体和绝缘体，把电阻率介于金属和绝缘体之间的材料定义为半导体。而这个定义的准确性还是比较欠缺的。由于电阻率的结构和组分敏感性以及半导体的导电能力还与某些外部条件有关，所以又可以将半导体定义为这样一类材料：它们在绝对零度无任何导电能力，但其导电性随温度升高呈总体上升趋势，且对光照等外部条件和材料的纯度与结构完整性等内部条件十分敏感[1]。2.2半导体材料的种类半导体材料的种类很多，其中硅材料是最重要的半导体材料[2]。a、按照成分从大范围分，半导体材料可分为有机半导体和无机半导体。而无机半导体又可以分为元素半导体（C、Si、Ge、Se等）和化合物半导体。而化合物半导体又可以分为IV族化合物半导体（SiC)、III-V族化合物半导体（GaN、GaAs等)、II-VI族化合物半导体（ZnS、CdS等）、IV-VI族化合物半导体（PbS、PbSe等）、氧化物半导体（ZnO、Cu2O等）、多元化合物（CuZnSe2等）以及固溶半导体等；b、按晶体结构分，又分为晶体半导体和非晶体半导体；c、按照半导体的特性和功能分为微电子材料、光电子材料、光伏材料、微波材料、传感器材料等。2.3半导体的主要基本特征尽管半导体材料的种类众多，但是都具有相同的基本特征。（1）电阻率特性即电阻率在杂质、光、电、磁等因素的作用下，可以产生大范围的波动，从而使其电学性能可以被调控。（2）导电特性即有两种导电的载流子，一种是电子，为带负电的载流子；另一种是空穴，为带正电荷的载流子。而普通的金属导体中仅仅是电子导电。（3）负的电阻率温度系数即随温度的升高，其电阻率下降；而金属则恰恰相反，随温度升高，电阻率也增大。（4）整流特性即可以有电子导电的n型半导体和以空穴导电的p型半导体组成p-n结，实现单向导电性。（5）光电特性即能在太阳光照射下产生光生电荷载流子效应。第三章半导体材料的发展及应用3.1半导体在微电子领域的发展及应用众所周知，电子器件是电子技术的基础。电子器件的发展经历了四代——电子管、晶体管、集成电路、大规模和超大规模集成电路[3]。1906年，电子管的发明，为无线电电子学的发展开辟了广阔的前景，是现代无线电电子学的开端，它使信息的储存、交换处理和传递成为可能在两次世界大战，特别是第二次世界大战中，电子管被广泛应用于飞机、雷达、通信系统、舰艇、船舶当中，为无线电通信、导航、遥测、遥控、制导技术的发展提供了坚实的基础。在这期间，电子管应用最伟大的成就是计算机的发明。但是随着计算的需求，第二代电子器件——晶体管被发明。随后，1947年12月，美国贝尔试验室的巴丁、布拉坦、肖克莱制成了点接触型锗晶体三极管。1955年，发明结型场效应晶体管；1956年，硅台面晶体管；1958年，微波晶体管；1959年，硅平面晶体管；1960年，硅外延平面晶体管MOS晶体管和肖特基势垒晶体管。在此期间，pn结理论、场效应理论、表面态理论等半导体物理理论日趋成熟，为集成电路的出现提供了坚实的实验和理论基础。1958年，美国德克萨斯公司研制了第一块数字集成电路。随着生活生产的发展，现今大规模超大规模集成电路被制造出来满足人们的日益生活需求。3.2半导体在太阳能电池方面的发展及应用众所周知，由于能源危机的出现，新能源得到了迅速的发展。而新能源中又属太阳能最清洁，量多。所以，太阳能电池飞速发展。早在1876年，英国科学家亚当斯等在研究半导体时发现：当太阳光照射硒半导体材料时如同伏特电池一样，会产生电流，称为光生伏特电。1954年，美国贝尔实验室的Chapin等研制出世界上第一块真正意义上的硅太阳电池，光电转换效率达到6%左右，很快达到10%。从此拉开了现代太阳能光电的研究、开发和应用的序幕。随着半导体的研究发展太阳能电池也从50年代的硅电池到60年代的GaAs电池、70年代的非晶硅电池、80年代的铸造多晶硅电池和90年代II-VI化合物电池的开发和应用。而各种电池的转换效率也是迅速增长。结论由此可见，半导体材料在微电子领域及太阳能电池中的应用很广泛，也很重要。所以随着社会的发展半导体材料的应用和发展也必然是快速的和迅猛的。参考文献1陈志明，雷天民，马剑平.《半导体物理简明教程》[M].北京：机械工业出版社，2015：2-32杨德仁.《太阳电池材料》[M].北京：化学工业出版社，2014：3-43韩述斌，祝瑞玲.微电子技术纵横谈[J]，1997