半導體材料發展特性精選(九篇)

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第1篇：半導體材料發展特性范文

【關鍵詞】電子信息材料；低碳經濟；發展應用；集成電路和半導體材料

進入新世紀以后，節能環保的概念開始在全世界范圍內普及，作為低碳環保的一項有效途徑，低碳經濟的發展可以有效地促進整個社會的節能環?；顒?。低碳經濟指的就是依托于低能耗、低污染、低排放的“三低要求”來作為核心的節能環保經濟模式，這是人類文明的又一偉大壯舉。目前，我國在“可持續發展”的理念的指導下，在社會中大力采用“低碳經濟”的生產模式，成功的實現了經濟效益和環保效益的雙豐收。眾所周知，二十一世紀是電子信息的時代，人類社會對電子信息材料的需求量也是與日俱增，如何有效的實現電子信息材料的低碳經濟，已經成為了電子信息行業發展的一項重大課題。

一、簡要介紹各種可以用于低碳經濟發展模式的電子信息材料

目前，在世界的電子信息行業里面，可以用來作為電子信息材料的主要材料有以下幾種：光電子材料、納米材料、寬禁半導體材料等等。目前，為了響應電子信息材料的低碳經濟發展，可以根據這些原料的特性研制出以下這些電子信息材料：

1、電子信息材料中的光電子材料

電子信息材料的光電子材料主要指的是液晶材料。目前，液晶材料已經在電子信息行業得到了廣泛應用，在電子信息行業里面，液晶材料絕大部分被應用于電子顯示屏等高新技術范圍之內。液晶材料的特性之一便是“光線扭曲向列型”，這種特性可以使液晶材料在有電流經過的時候通過對電流的改變來實現對電子顯示屏上面的液晶序列的排列順序的改變。與此同時，再有電流經過電子顯示屏的液晶材料的時候，外面的光線是不能夠直接穿過電子顯示屏的液晶材料的，這就使得液晶材料有成為低碳經濟的特性。與傳統的其他電子顯示屏材料相比，液晶材料具有很多優良的特性，液晶材料的能耗低已經精確的準確性以及迅捷的反應，再加上柔和的調色功能。除此之外，液晶材料還是一種很有效的非線性光學材料，液晶材料的狀態一般是維持在軟凝聚的狀態。因此，液晶材料可以有效地實現光折變效應，可以在電子儀器在很低的電流供應下，發揮出強勁的性能，具有很高的開發潛力。另外，根據光學原理之中的光的干涉效應，可以利用光線對液晶材料的干涉作用，使得液晶材料在反射類的光學器件里面得到廣泛的應用。綜上所述，一系列優良的特性使得液晶材料已經逐步成為應用最廣泛的電子顯示屏使用材料。

2、電子信息材料中的集成電路和半導體材料

目前，世界上的電子信息材料中的集成電路和半導體材料的最基礎的原材料大部分都是多晶硅原料，目前最廣泛采用的制作電子信息材料中的集成電路和半導體材料的技術則是經過改進的西門子法。經過改良的西門子法制作多晶硅材料的集成電路和半導體材料的原理如下所述：使用鹽酸和工業使用的純硅粉在一個規定的溫度之下發生合成反應，最終生成三氯氫硅材料，然后再采用分離精餾的手段，對已經制得的三氯氫硅材料進行進一步的分離提純工作，最后把提純后的三氯氫硅放置進入氫還原儀器里面經行相關反應操作，最后制得高純度的多晶硅，再進一步加工就成為了日常所使用的電子信息材料中的集成電路和半導體材料。

通過改良的西門子法提煉出來的電子信息材料中的集成電路和半導體可以有效地改進目前國際上的光伏零件問題。

二、簡述電子信息材料在低碳經濟中的發展應用思路

目前，根據節能環保和低碳經濟的相關要求，電子信息材料在低碳經濟中的發展應用的主體模式應當找尋出新型的發展趨勢，其總體趨勢應當是朝向電子信息材料的尺寸擴大化、電子零部件的智能化設計、電子材料的多功能作用趨勢、電子材料功能的高度集中化的趨勢發展。

1、發展集成電路類的電子信息材料

隨著電子科學與技術的不斷增長，目前的半導體材料和集成電路的主要材料已經成為了環氧模塑料，通過這樣的原材料設計，可以有效地使得電子信息材料可以滿足低碳經濟的節能環保的要求。

2、發展光電子材料類的電子信息材料

隨著電子科學與技術的不斷增長，作為一種非常有效的信息傳輸類型的電子信息材料，光電子材料在近幾年來得到了快速發展的機會，這將很有效使得電子信息材料可以滿足低碳經濟之中電子材料的多功能作用趨勢、電子材料功能的高度集中化的要求。

3、發展新型元器件材料類的電子信息材料

隨著電子科學與技術的不斷增長，作為一種非常有效的降低環境污染，并可以有效的降低電子信息材料能量消耗的材料，新型元器件材料正在逐漸成為電子信息材料的重點研究項目之一，其可以有效的滿足電子信息材料發展的電子信息材料的尺寸擴大化、電子零部件的智能化設計要求。

三、結語

目前，電子信息材料的低碳發展已經成為了電子信息行業要攻克的主要課題之一，隨著科學技術的不斷發展，越來越多的電子信息材料已經可以很好的完成節能環保的要求。在本文中，筆者將結合對低碳經濟概念的解讀，并簡要的描述了幾種新型的節能環保的電子信息材料，并通過這樣的方式，具體的談了談研究了電子信息材料在低碳經濟中的發展應用思路。但是，由于本人的知識水平有限，因此，本文如有不到之處，還望不吝指正。

參考文獻：

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[2]謝廣超，杜新宇，韓江龍.環氧模塑料在半導體封裝中的應用[J]，中國集成電路，2013，（106）：64～69

[3]侯明，衣寶廉.燃料電池技術發展現狀[J]，電源技術，2012，32（10）：649～654

[4]蘇維.多晶硅生產的節能減排措施[J]，有色金屬加工，2013，37（2）：57～59

第2篇：半導體材料發展特性范文

關鍵詞：半導體材料 發展趨勢

中圖分類號：O47文獻標識碼： A 文章編號：

半導體信息功能材料和器件是信息科學技術發展的物質基礎和先導。半導體材料是最重要最有影響的功能材料之一，它在微電子領域具有獨占的地位，同時又是光電子領域的主要材料。半導體技術的迅速發展，必將深刻地影響著世界的政治、經濟格局和軍事對抗的形式，徹底改變人們的生活方式。

一、幾種主流的半導體材料簡介

（一）半導體硅材料

硅是當前微電子技術的基礎材料，預計到本世紀中葉都不會改變。從提高硅集成電路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）單晶的直徑和減小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si發展的總趨勢。從進一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制適合于硅深亞微米乃至納米工藝所需的大直徑硅外延片會成為硅材料發展的主流。另外，SOI材料，包括智能剝離和SIMOX材料等也發展很快。理論分析指出30nm左右將是硅MOS集成電路線寬的“極限”尺寸。這不僅是指量子尺寸效應對現有器件特性影響所帶來的物理限制和光刻技術的限制問題，更重要的是將受硅、SiO2自身性質的限制。盡管人們正在積極尋找高K介電絕緣材料（如用Si3N4等來替代SiO2），低K介電互連材料，用Cu代替Al引線以及采用系統集成芯片技術等來提高ULSI的集成度、運算速度和功能，但硅將最終難以滿足人類不斷的對更大信息量需求。為此，人們除尋求基于全新原理的量子計算和DNA生物計算等之外，還把目光放在以GaAs、InP為基的化合物半導體材料，特別是二維超晶格、量子阱，一維量子線與零維量子點材料和可與硅平面工藝兼容GeSi合金材料等，這也是目前半導體材料研發的重點。

（二）半導體超晶格、量子阱材料

以GaAs和InP為基的晶格匹配和應變補償的超晶格、量子阱材料已發展得相當成熟，并成功地用來制造超高速、超高頻微電子器件和單片集成電路。基于上述材料體系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探測器，紅、黃、橙光發光二極管和紅光激光器以及大功率半導體量子阱激光器已商品化；表面光發射器件和光雙穩器件等也已達到或接近達到實用化水平。目前，研制高質量的1.5μm分布反饋（DFB）激光器和電吸收（EA）調制器單片集成InP基多量子阱材料和超高速驅動電路所需的低維結構材料是解決光纖通信瓶頸問題的關鍵。另外，用于制造準連續兆瓦級大功率激光陣列的高質量量子阱材料也受到人們的重視。目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作為超薄層微結構材料發展的主流方向，正從直徑3英寸向4英寸過渡；生產型的MBE和M0CVD設備已研制成功并投入使用，每臺年生產能力可高達3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英、法、美、日等尖端科技公司等都有這種外延材料出售。生產型MBE和MOCVD設備的成熟與應用，必然促進襯底材料設備和材料評價技術的發展。

（三）光子晶體半導體材料及其發展趨勢

光子晶體是一種人工微結構材料，介電常數周期的被調制在與工作波長相比擬的尺度，來自結構單元的散射波的多重干涉形成一個光子帶隙，與半導體材料的電子能隙相似，并可用類似于固態晶體中的能帶論來描述三維周期介電結構中光波的傳播，相應光子晶體光帶隙（禁帶）能量的光波模式在其中的傳播是被禁止的。如果光子晶體的周期性被破壞，那么在禁帶中也會引入所謂的“施主”和“受主”模，光子態密度隨光子晶體維度降低而量子化。如三維受限的“受主”摻雜的光子晶體有希望制成非常高Q值的單模微腔，從而為研制高質量微腔激光器開辟新的途徑。光子晶體的制備方法主要有：聚焦離子束（FIB）結合脈沖激光蒸發方法，即先用脈沖激光蒸發制備如Ag/MnO多層膜，再用FIB注入隔離形成一維或二維平面陣列光子晶體；基于功能粒子（磁性納米顆粒Fe2O3，發光納米顆粒CdS和介電納米顆粒TiO2）和共軛高分子的自組裝方法，可形成適用于可光范圍的三維納米顆粒光子晶體；二維多空硅也可制作成一個理想的3－5μm和1.5μm光子帶隙材料等。目前，二維光子晶體制造已取得很大進展，但三維光子晶體的研究，仍是一個具有挑戰性的課題。有科學家提出了全息光柵光刻的方法來制造三維光子晶體，并取得了進展。

第3篇：半導體材料發展特性范文

關鍵詞：SiC，寬帶隙，紫外光探測器，P-I-N，歐姆接觸

前言

碳化硅(SiC)由于其獨特的物理性質和電子學特性，被認為是制作高溫、高頻、大功率和抗輻射器件的極具潛力的寬帶隙(2．0eV≤Eg≤7．0eV)半導體材料。雖然，制備SiC晶體的歷史可以追溯到1893年，但是真正引起重視還是1991年6H—SiC以及1994年4H—SiC單晶材料商品化以后，即20世紀90年代中后期才使SiC得到重大發展。[1]

：18000多字

有中英文摘要、目錄、圖、參考文獻

400元

第4篇：半導體材料發展特性范文

關鍵詞半導體材料量子線量子點材料光子晶體

1半導體材料的戰略地位

上世紀中葉，單晶硅和半導體晶體管的發明及其硅集成電路的研制成功，導致了電子工業革命；上世紀70年代初石英光導纖維材料和GaAs激光器的發明，促進了光纖通信技術迅速發展并逐步形成了高新技術產業，使人類進入了信息時代。超晶格概念的提出及其半導體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設計思想，使半導體器件的設計與制造從“雜質工程”發展到“能帶工程”。納米科學技術的發展和應用，將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控制、操縱和制造功能強大的新型器件與電路，必將深刻地影響著世界的政治、經濟格局和軍事對抗的形式，徹底改變人們的生活方式。

2幾種主要半導體材料的發展現狀與趨勢

2.1硅材料

從提高硅集成電路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）單晶的直徑和減小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si發展的總趨勢。目前直徑為8英寸（200mm）的Si單晶已實現大規模工業生產，基于直徑為12英寸（300mm）硅片的集成電路（IC‘s）技術正處在由實驗室向工業生產轉變中。目前300mm，0.18μm工藝的硅ULSI生產線已經投入生產，300mm，0.13μm工藝生產線也將在2003年完成評估。18英寸重達414公斤的硅單晶和18英寸的硅園片已在實驗室研制成功，直徑27英寸硅單晶研制也正在積極籌劃中。

從進一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制適合于硅深亞微米乃至納米工藝所需的大直徑硅外延片會成為硅材料發展的主流。另外，SOI材料，包括智能剝離（Smartcut）和SIMOX材料等也發展很快。目前，直徑8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在開發中。

理論分析指出30nm左右將是硅MOS集成電路線寬的“極限”尺寸。這不僅是指量子尺寸效應對現有器件特性影響所帶來的物理限制和光刻技術的限制問題，更重要的是將受硅、SiO2自身性質的限制。盡管人們正在積極尋找高K介電絕緣材料（如用Si3N4等來替代SiO2），低K介電互連材料，用Cu代替Al引線以及采用系統集成芯片技術等來提高ULSI的集成度、運算速度和功能，但硅將最終難以滿足人類不斷的對更大信息量需求。為此，人們除尋求基于全新原理的量子計算和DNA生物計算等之外，還把目光放在以GaAs、InP為基的化合物半導體材料，特別是二維超晶格、量子阱，一維量子線與零維量子點材料和可與硅平面工藝兼容GeSi合金材料等，這也是目前半導體材料研發的重點。

2.2GaAs和InP單晶材料

GaAs和InP與硅不同，它們都是直接帶隙材料，具有電子飽和漂移速度高，耐高溫，抗輻照等特點；在超高速、超高頻、低功耗、低噪音器件和電路，特別在光電子器件和光電集成方面占有獨特的優勢。

目前，世界GaAs單晶的總年產量已超過200噸，其中以低位錯密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生長的2－3英寸的導電GaAs襯底材料為主；近年來，為滿足高速移動通信的迫切需求，大直徑（4，6和8英寸）的SI－GaAs發展很快。美國莫托羅拉公司正在籌建6英寸的SI－GaAs集成電路生產線。InP具有比GaAs更優越的高頻性能，發展的速度更快，但研制直徑3英寸以上大直徑的InP單晶的關鍵技術尚未完全突破，價格居高不下。

GaAs和InP單晶的發展趨勢是：

（1）。增大晶體直徑，目前4英寸的SI－GaAs已用于生產，預計本世紀初的頭幾年直徑為6英寸的SI－GaAs也將投入工業應用。

（2）。提高材料的電學和光學微區均勻性。

（3）。降低單晶的缺陷密度，特別是位錯。

（4）。GaAs和InP單晶的VGF生長技術發展很快，很有可能成為主流技術。

2.3半導體超晶格、量子阱材料

半導體超薄層微結構材料是基于先進生長技術（MBE，MOCVD）的新一代人工構造材料。它以全新的概念改變著光電子和微電子器件的設計思想，出現了“電學和光學特性可剪裁”為特征的新范疇，是新一代固態量子器件的基礎材料。

（1）Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料。

GaAIAs／GaAs，GaInAs／GaAs，AIGaInP／GaAs；GalnAs／InP，AlInAs／InP，InGaAsP／InP等GaAs、InP基晶格匹配和應變補償材料體系已發展得相當成熟，已成功地用來制造超高速，超高頻微電子器件和單片集成電路。高電子遷移率晶體管（HEMT），贗配高電子遷移率晶體管（P－HEMT）器件最好水平已達fmax=600GHz，輸出功率58mW，功率增益6.4db；雙異質結雙極晶體管（HBT）的最高頻率fmax也已高達500GHz，HEMT邏輯電路研制也發展很快。基于上述材料體系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探測器，紅、黃、橙光發光二極管和紅光激光器以及大功率半導體量子阱激光器已商品化；表面光發射器件和光雙穩器件等也已達到或接近達到實用化水平。目前，研制高質量的1.5μm分布反饋（DFB）激光器和電吸收（EA）調制器單片集成InP基多量子阱材料和超高速驅動電路所需的低維結構材料是解決光纖通信瓶頸問題的關鍵，在實驗室西門子公司已完成了80×40Gbps傳輸40km的實驗。另外，用于制造準連續兆瓦級大功率激光陣列的高質量量子阱材料也受到人們的重視。

雖然常規量子阱結構端面發射激光器是目前光電子領域占統治地位的有源器件，但由于其有源區極?。ā?.01μm）端面光電災變損傷，大電流電熱燒毀和光束質量差一直是此類激光器的性能改善和功率提高的難題。采用多有源區量子級聯耦合是解決此難題的有效途徑之一。我國早在1999年，就研制成功980nmInGaAs帶間量子級聯激光器，輸出功率達5W以上；2000年初，法國湯姆遜公司又報道了單個激光器準連續輸出功率超過10瓦好結果。最近，我國的科研工作者又提出并開展了多有源區縱向光耦合垂直腔面發射激光器研究，這是一種具有高增益、極低閾值、高功率和高光束質量的新型激光器，在未來光通信、光互聯與光電信息處理方面有著良好的應用前景。

為克服PN結半導體激光器的能隙對激光器波長范圍的限制，1994年美國貝爾實驗室發明了基于量子阱內子帶躍遷和阱間共振隧穿的量子級聯激光器，突破了半導體能隙對波長的限制。自從1994年InGaAs／InAIAs／InP量子級聯激光器（QCLs）發明以來，Bell實驗室等的科學家，在過去的7年多的時間里，QCLs在向大功率、高溫和單膜工作等研究方面取得了顯著的進展。2001年瑞士Neuchatel大學的科學家采用雙聲子共振和三量子阱有源區結構使波長為9.1μm的QCLs的工作溫度高達312K，連續輸出功率3mW.量子級聯激光器的工作波長已覆蓋近紅外到遠紅外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光譜、超高靈敏氣體傳感器、高速調制器和無線光學連接等方面顯示出重要的應用前景。中科院上海微系統和信息技術研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子級聯激光器；中科院半導體研究所于2000年又研制成功3.7μm室溫準連續應變補償量子級聯激光器，使我國成為能研制這類高質量激光器材料為數不多的幾個國家之一。

目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作為超薄層微結構材料發展的主流方向，正從直徑3英寸向4英寸過渡；生產型的MBE和M0CVD設備已研制成功并投入使用，每臺年生產能力可高達3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英國卡迪夫的MOCVD中心，法國的PicogigaMBE基地，美國的QED公司，Motorola公司，日本的富士通，NTT，索尼等都有這種外延材料出售。生產型MBE和MOCVD設備的成熟與應用，必然促進襯底材料設備和材料評價技術的發展。

（2）硅基應變異質結構材料。

硅基光、電器件集成一直是人們所追求的目標。但由于硅是間接帶隙，如何提高硅基材料發光效率就成為一個亟待解決的問題。雖經多年研究，但進展緩慢。人們目前正致力于探索硅基納米材料（納米Si／SiO2），硅基SiGeC體系的Si1－yCy/Si1－xGex低維結構，Ge／Si量子點和量子點超晶格材料，Si／SiC量子點材料，GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED發光器件和有關納米硅的受激放大現象的報道，使人們看到了一線希望。

另一方面，GeSi／Si應變層超晶格材料，因其在新一代移動通信上的重要應用前景，而成為目前硅基材料研究的主流。Si/GeSiMODFET和MOSFET的最高截止頻率已達200GHz，HBT最高振蕩頻率為160GHz，噪音在10GHz下為0.9db，其性能可與GaAs器件相媲美。

盡管GaAs／Si和InP／Si是實現光電子集成理想的材料體系，但由于晶格失配和熱膨脹系數等不同造成的高密度失配位錯而導致器件性能退化和失效，防礙著它的使用化。最近，Motolora等公司宣稱，他們在12英寸的硅襯底上，用鈦酸鍶作協變層（柔性層），成功的生長了器件級的GaAs外延薄膜，取得了突破性的進展。

2.4一維量子線、零維量子點半導體微結構材料

基于量子尺寸效應、量子干涉效應，量子隧穿效應和庫侖阻效應以及非線性光學效應等的低維半導體材料是一種人工構造（通過能帶工程實施）的新型半導體材料，是新一代微電子、光電子器件和電路的基礎。它的發展與應用，極有可能觸發新的技術革命。

目前低維半導體材料生長與制備主要集中在幾個比較成熟的材料體系上，如GaAlAs／GaAs，In（Ga）As／GaAs，InGaAs／InAlAs／GaAs，InGaAs／InP，In（Ga）As／InAlAs／InP，InGaAsP／InAlAs／InP以及GeSi／Si等，并在納米微電子和光電子研制方面取得了重大進展。俄羅斯約飛技術物理所MBE小組，柏林的俄德聯合研制小組和中科院半導體所半導體材料科學重點實驗室的MBE小組等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子點激光器，工作波長lμm左右，單管室溫連續輸出功率高達3.6～4W.特別應當指出的是我國上述的MBE小組，2001年通過在高功率量子點激光器的有源區材料結構中引入應力緩解層，抑制了缺陷和位錯的產生，提高了量子點激光器的工作壽命，室溫下連續輸出功率為1W時工作壽命超過5000小時，這是大功率激光器的一個關鍵參數，至今未見國外報道。

在單電子晶體管和單電子存貯器及其電路的研制方面也獲得了重大進展，1994年日本NTT就研制成功溝道長度為30nm納米單電子晶體管，并在150K觀察到柵控源－漏電流振蕩；1997年美國又報道了可在室溫工作的單電子開關器件，1998年Yauo等人采用0.25微米工藝技術實現了128Mb的單電子存貯器原型樣機的制造，這是在單電子器件在高密度存貯電路的應用方面邁出的關鍵一步。目前，基于量子點的自適應網絡計算機，單光子源和應用于量子計算的量子比特的構建等方面的研究也正在進行中。

與半導體超晶格和量子點結構的生長制備相比，高度有序的半導體量子線的制備技術難度較大。中科院半導體所半導體材料科學重點實驗室的MBE小組，在繼利用MBE技術和SK生長模式，成功地制備了高空間有序的InAs／InAI（Ga）As／InP的量子線和量子線超晶格結構的基礎上，對InAs／InAlAs量子線超晶格的空間自對準（垂直或斜對準）的物理起因和生長控制進行了研究，取得了較大進展。

王中林教授領導的喬治亞理工大學的材料科學與工程系和化學與生物化學系的研究小組，基于無催化劑、控制生長條件的氧化物粉末的熱蒸發技術，成功地合成了諸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半導體氧化物納米帶，它們與具有圓柱對稱截面的中空納米管或納米線不同，這些原生的納米帶呈現出高純、結構均勻和單晶體，幾乎無缺陷和位錯；納米線呈矩形截面，典型的寬度為20－300nm，寬厚比為5－10，長度可達數毫米。這種半導體氧化物納米帶是一個理想的材料體系，可以用來研究載流子維度受限的輸運現象和基于它的功能器件制造。香港城市大學李述湯教授和瑞典隆德大學固體物理系納米中心的LarsSamuelson教授領導的小組，分別在SiO2／Si和InAs／InP半導體量子線超晶格結構的生長制各方面也取得了重要進展。

低維半導體結構制備的方法很多，主要有：微結構材料生長和精細加工工藝相結合的方法，應變自組裝量子線、量子點材料生長技術，圖形化襯底和不同取向晶面選擇生長技術，單原子操縱和加工技術，納米結構的輻照制備技術，及其在沸石的籠子中、納米碳管和溶液中等通過物理或化學方法制備量子點和量子線的技術等。目前發展的主要趨勢是尋找原子級無損傷加工方法和納米結構的應變自組裝可控生長技術，以求獲得大小、形狀均勻、密度可控的無缺陷納米結構。

2.5寬帶隙半導體材料

寬帶隙半導體材主要指的是金剛石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶體等，特別是SiC、GaN和金剛石薄膜等材料，因具有高熱導率、高電子飽和漂移速度和大臨界擊穿電壓等特點，成為研制高頻大功率、耐高溫、抗輻照半導體微電子器件和電路的理想材料；在通信、汽車、航空、航天、石油開采以及國防等方面有著廣泛的應用前景。另外，III族氮化物也是很好的光電子材料，在藍、綠光發光二極管（LED）和紫、藍、綠光激光器（LD）以及紫外探測器等應用方面也顯示了廣泛的應用前景。隨著1993年GaN材料的P型摻雜突破，GaN基材料成為藍綠光發光材料的研究熱點。目前，GaN基藍綠光發光二極管己商品化，GaN基LD也有商品出售，最大輸出功率為0.5W.在微電子器件研制方面，GaN基FET的最高工作頻率（fmax）已達140GHz，fT=67GHz，跨導為260ms／mm；HEMT器件也相繼問世，發展很快。此外，256×256GaN基紫外光電焦平面陣列探測器也已研制成功。特別值得提出的是，日本Sumitomo電子工業有限公司2000年宣稱，他們采用熱力學方法已研制成功2英寸GaN單晶材料，這將有力的推動藍光激光器和GaN基電子器件的發展。另外，近年來具有反常帶隙彎曲的窄禁帶InAsN，InGaAsN，GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重視，這是因為它們在長波長光通信用高T0光源和太陽能電池等方面顯示了重要應用前景。

以Cree公司為代表的體SiC單晶的研制已取得突破性進展，2英寸的4H和6HSiC單晶與外延片，以及3英寸的4HSiC單晶己有商品出售；以SiC為GaN基材料襯低的藍綠光LED業已上市，并參于與以藍寶石為襯低的GaN基發光器件的竟爭。其他SiC相關高溫器件的研制也取得了長足的進步。目前存在的主要問題是材料中的缺陷密度高，且價格昂貴。

II－VI族蘭綠光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美國3M公司成功地解決了II－VI族的P型摻雜難點而得到迅速發展。1991年3M公司利用MBE技術率先宣布了電注入（Zn，Cd）Se／ZnSe蘭光激光器在77K（495nm）脈沖輸出功率100mW的消息，開始了II－VI族蘭綠光半導體激光（材料）器件研制的。經過多年的努力，目前ZnSe基II－VI族蘭綠光激光器的壽命雖已超過1000小時，但離使用差距尚大，加之GaN基材料的迅速發展和應用，使II－VI族蘭綠光材料研制步伐有所變緩。提高有源區材料的完整性，特別是要降低由非化學配比導致的點缺陷密度和進一步降低失配位錯和解決歐姆接觸等問題，仍是該材料體系走向實用化前必須要解決的問題。

寬帶隙半導體異質結構材料往往也是典型的大失配異質結構材料，所謂大失配異質結構材料是指晶格常數、熱膨脹系數或晶體的對稱性等物理參數有較大差異的材料體系，如GaN／藍寶石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引發界面處大量位錯和缺陷的產生，極大地影響著微結構材料的光電性能及其器件應用。如何避免和消除這一負面影響，是目前材料制備中的一個迫切要解決的關鍵科學問題。這個問題的解泱，必將大大地拓寬材料的可選擇余地，開辟新的應用領域。

目前，除SiC單晶襯低材料，GaN基藍光LED材料和器件已有商品出售外，大多數高溫半導體材料仍處在實驗室研制階段，不少影響這類材料發展的關鍵問題，如GaN襯底，ZnO單晶簿膜制備，P型摻雜和歐姆電極接觸，單晶金剛石薄膜生長與N型摻雜，II－VI族材料的退化機理等仍是制約這些材料實用化的關鍵問題，國內外雖已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。

3光子晶體

光子晶體是一種人工微結構材料，介電常數周期的被調制在與工作波長相比擬的尺度，來自結構單元的散射波的多重干涉形成一個光子帶隙，與半導體材料的電子能隙相似，并可用類似于固態晶體中的能帶論來描述三維周期介電結構中光波的傳播，相應光子晶體光帶隙（禁帶）能量的光波模式在其中的傳播是被禁止的。如果光子晶體的周期性被破壞，那么在禁帶中也會引入所謂的“施主”和“受主”模，光子態密度隨光子晶體維度降低而量子化。如三維受限的“受主”摻雜的光子晶體有希望制成非常高Q值的單模微腔，從而為研制高質量微腔激光器開辟新的途徑。光子晶體的制備方法主要有：聚焦離子束（FIB）結合脈沖激光蒸發方法，即先用脈沖激光蒸發制備如Ag/MnO多層膜，再用FIB注入隔離形成一維或二維平面陣列光子晶體；基于功能粒子（磁性納米顆粒Fe2O3，發光納米顆粒CdS和介電納米顆粒TiO2）和共軛高分子的自組裝方法，可形成適用于可光范圍的三維納米顆粒光子晶體；二維多空硅也可制作成一個理想的3－5μm和1.5μm光子帶隙材料等。目前，二維光子晶體制造已取得很大進展，但三維光子晶體的研究，仍是一個具有挑戰性的課題。最近，Campbell等人提出了全息光柵光刻的方法來制造三維光子晶體，取得了進展。

4量子比特構建與材料

隨著微電子技術的發展，計算機芯片集成度不斷增高，器件尺寸越來越?。╪m尺度）并最終將受到器件工作原理和工藝技術限制，而無法滿足人類對更大信息量的需求。為此，發展基于全新原理和結構的功能強大的計算機是21世紀人類面臨的巨大挑戰之一。1994年Shor基于量子態疊加性提出的量子并行算法并證明可輕而易舉地破譯目前廣泛使用的公開密鑰Rivest，Shamir和Adlman（RSA）體系，引起了人們的廣泛重視。

所謂量子計算機是應用量子力學原理進行計的裝置，理論上講它比傳統計算機有更快的運算速度，更大信息傳遞量和更高信息安全保障，有可能超越目前計算機理想極限。實現量子比特構造和量子計算機的設想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一個實現大規模量子計算的方案。其核心是利用硅納米電子器件中磷施主核自旋進行信息編碼，通過外加電場控制核自旋間相互作用實現其邏輯運算，自旋測量是由自旋極化電子電流來完成，計算機要工作在mK的低溫下。

這種量子計算機的最終實現依賴于與硅平面工藝兼容的硅納米電子技術的發展。除此之外，為了避免雜質對磷核自旋的干擾，必需使用高純（無雜質）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅單晶；減小SiO2絕緣層的無序漲落以及如何在硅里摻入規則的磷原子陣列等是實現量子計算的關鍵。量子態在傳輸，處理和存儲過程中可能因環境的耦合（干擾），而從量子疊加態演化成經典的混合態，即所謂失去相干，特別是在大規模計算中能否始終保持量子態間的相干是量子計算機走向實用化前所必需克服的難題。

5發展我國半導體材料的幾點建議

鑒于我國目前的工業基礎，國力和半導體材料的發展水平，提出以下發展建議供參考。

5.1硅單晶和外延材料硅材料作為微電子技術的主導地位

至少到本世紀中葉都不會改變，至今國內各大集成電路制造廠家所需的硅片基本上是依賴進口。目前國內雖已可拉制8英寸的硅單晶和小批量生產6英寸的硅外延片，然而都未形成穩定的批量生產能力，更談不上規模生產。建議國家集中人力和財力，首先開展8英寸硅單晶實用化和6英寸硅外延片研究開發，在“十五”的后期，爭取做到8英寸集成電路生產線用硅單晶材料的國產化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我國應有8～12英寸硅單晶、片材和8英寸硅外延片的規模生產能力；更大直徑的硅單晶、片材和外延片也應及時布點研制。另外，硅多晶材料生產基地及其相配套的高純石英、氣體和化學試劑等也必需同時給以重視，只有這樣，才能逐步改觀我國微電子技術的落后局面，進入世界發達國家之林。

5.2GaAs及其有關化合物半導體單晶材料發展建議

GaAs、InP等單晶材料同國外的差距主要表現在拉晶和晶片加工設備落后，沒有形成生產能力。相信在國家各部委的統一組織、領導下，并爭取企業介入，建立我國自己的研究、開發和生產聯合體，取各家之長，分工協作，到2010年趕上世界先進水平是可能的。要達到上述目的，到“十五”末應形成以4英寸單晶為主2－3噸／年的SI－GaAs和3－5噸／年摻雜GaAs、InP單晶和開盒就用晶片的生產能力，以滿足我國不斷發展的微電子和光電子工業的需術。到2010年，應當實現4英寸GaAs生產線的國產化，并具有滿足6英寸線的供片能力。

5.3發展超晶格、量子阱和一維、零維半導體微結構材料的建議

（1）超晶格、量子阱材料從目前我國國力和我們已有的基礎出發，應以三基色（超高亮度紅、綠和藍光）材料和光通信材料為主攻方向，并兼顧新一代微電子器件和電路的需求，加強MBE和MOCVD兩個基地的建設，引進必要的適合批量生產的工業型MBE和MOCVD設備并著重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP，GaN基藍綠光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料體系的實用化研究是當務之急，爭取在“十五”末，能滿足國內2、3和4英寸GaAs生產線所需要的異質結材料。到2010年，每年能具備至少100萬平方英寸MBE和MOCVD微電子和光電子微結構材料的生產能力。達到本世紀初的國際水平。

寬帶隙高溫半導體材料如SiC，GaN基微電子材料和單晶金剛石薄膜以及ZnO等材料也應擇優布點，分別做好研究與開發工作。

（2）一維和零維半導體材料的發展設想?；诘途S半導體微結構材料的固態納米量子器件，目前雖然仍處在預研階段，但極其重要，極有可能觸發微電子、光電子技術新的革命。低維量子器件的制造依賴于低維結構材料生長和納米加工技術的進步，而納米結構材料的質量又很大程度上取決于生長和制備技術的水平。因而，集中人力、物力建設我國自己的納米科學與技術研究發展中心就成為了成敗的關鍵。具體目標是，“十五”末，在半導體量子線、量子點材料制備，量子器件研制和系統集成等若干個重要研究方向接近當時的國際先進水平；2010年在有實用化前景的量子點激光器，量子共振隧穿器件和單電子器件及其集成等研發方面，達到國際先進水平，并在國際該領域占有一席之地?？梢灶A料，它的實施必將極大地增強我國的經濟和國防實力。

第5篇：半導體材料發展特性范文

1 實驗設計思路

將本課題組已發表的SCI論文“一鍋法合成氮雜螺芴氧雜蒽有機半導體材料”[5]改為本科實驗，主要根據以下原則：

1.1 新穎性原則

螺芴類分子砌塊具有共軛打斷效應、剛性十字交叉構象和空間位阻效應，被廣泛用于有機電致發光二極管、場效應晶體管以及太陽能染料敏化電池等領域[6]，成為一類重要的有機半導體材料。氮雜芴螺環芳烴由芴基螺環芳烴發展而來在繼承螺芴的各類優勢的基礎上增加了氮雜芴基團的功能特性包括電子受體、金屬配位、質子化以及超分子弱作用等。因此，具有廣闊的發展前景[7-9]。

1.2 可行性原?t

所選的科研成果的反應類型是最經典的傅克反應，與學生所學的有機化學課本緊密聯系。通過實驗預習、講解、操作以及總結，進一步鞏固與加深對傅克反應的理解和運用。另外，該反應原料易得，合成步驟簡單易行，無毒安全性高，可以在本科實驗室開展。

1.3 綜合性原則

氮雜螺芴氧雜蒽的合成操作涉及反應裝置的搭建、TLC點樣、柱層析等各類操作。在整個操作過程中，重點學習TLC點樣和柱層析。產品表征利用核磁共振。

1.4 環保性原則

目前氮雜螺芴氧雜蒽大部分合成方法具有如下缺點：（1）底物范圍拓展的限制和前體合成的困難；（2）合成步驟的冗長。我們課題組發展了一鍋法合成氮雜螺芴氧雜蒽有機半導體材料。反應過程中依次構建了C-C， C-O和 C-C三支化學鍵，并高效合成了氮雜芴螺環芳烴，符合綠色化學的理念。

2 實驗內容

實驗名稱：一鍋法合成氮雜螺芴氧雜蒽有機半導體材料

實驗儀器：磁力攪拌器，圓底燒瓶，回流冷凝管、電子天平、分液漏斗、錐形瓶、層析柱、核磁共振波譜儀。

藥品：氮雜芴酮，對甲基苯酚，三氟甲磺酸，1，2-二氯苯，碳酸鉀，二氯甲烷，無水硫酸鎂，乙酸乙酯。

2.1 實驗原理

該反應是典型的傅里德-克拉夫茨反應，簡稱傅-克反應，英文Friedel?CCrafts reaction，是一類芳香族親電取代反應，1877年由法國化學家查爾斯?傅里德和美國化學家詹姆斯?克拉夫茨共同發現。本實驗在酸性條件下反應，首先通過氮雜芴酮與苯酚的傅克反應生成中間體I，緊接著脫水形成三正電型超親電體II，由于電荷間的排斥作用，導致氮雜芴9 號位的正電荷會通過共振方式遷移至酚羥基上，活化酚羥基的反應活性。隨后另一苯酚分子以親核進攻的方式與中間體III 發生反應，形成醚鍵。緊接著分子內的質子轉移與脫水過程在苯環上再次生成碳正離子V。最后碳正離子重新遷移到氮雜芴的9 號位發生分子內的傅克合環反應，得到最終的目標產物氮雜螺芴氧雜蒽。

2.2 實驗步驟

2.2.1 氮雜螺芴氧雜蒽的合成

先向圓底燒瓶中加入0.18克的氮雜芴酮，再分別加入2ml 1，2-二氯苯與0.8ml三氟甲磺酸。在室溫下攪拌大約半小時后，向其中加入0.54克的對甲基苯酚。隨后升高溫度至 85度。通過TLC 板監控反應至氮雜芴酮反應完全。將反應降溫至室溫，用碳酸鉀溶液淬滅此反應，之后用二氯甲烷萃取，收集有機相并用無水硫酸鎂干燥，抽濾。最后柱層析分離提純得到氮雜螺芴氧雜蒽。

2.2.2 螺環氧雜蒽的結構表征

使用核磁共振（NMR）對所得到的產物進行結構表征。通過與標準的氮雜螺芴氧雜蒽的氫譜和碳譜進行對比確認結構

2.2.3 實驗報告

實驗報告要全面總結實驗，特別強調實驗結果的分析，并對實驗結果提出自己的觀點。

3 教學效果

3.1 理論聯系實際，深化理論知識

體現有機化學基礎知識的綜合性，在所設計的實驗中涉及《有機化學》中典型的傅克反應。通過TLC板監測反應進度，有助于理解反應現象以及反應過程。通過核磁共振表征產物，可以了解核磁測試過程以及核磁共振表征原理。通過對氫譜的解析，理解化學位移、耦合常數以及自旋裂分等理論知識。

3.2 科研和教學結合，強化創新思維

將科研和教學相結合，促進了教學方法的改革和教學方式的創新，也培養了適應社會發展需要的高素質人才。實踐證明，從事科學研究的教師能更準確地把握教學內容，更好地把科?W研究的方法貫穿到教學實踐之中，是培養學生的創新思維和創新能力的重要途徑。同時高水平、高層次的科研項目和平臺也為本科生的培養創造了優越的條件。

3.3 實驗與生活相結合，激發學習興致

將制備的氮雜螺芴氧雜蒽作為電致發光材料，應用于有機電致發光二極管、存儲器以及太陽能電池中。在整個實驗過程中，詳細說明每個操作與所學專業的內在聯系，

讓學生深刻體會到所學專業知識的重要性和必要性，激發學生的學習興趣以及求知欲望和積極探索精神。在實驗操作過程中，鍛煉了學生的動手能力以及實踐操作能力。通過科學實驗報告的撰寫，鍛煉并加強了學生的寫作能力。

4 結語

第6篇：半導體材料發展特性范文

摘要：簡要說明了非晶硅、多晶硅和有機半導體用作薄膜晶體管溝道層的不足，從電學性質、光學性質和制備溫度等幾方面介紹了氧化物薄膜晶體管在有源陣列驅動顯示技術中的優勢，并介紹了氧化物溝道層制備工藝的優化和摻雜方法。最后，展望了氧化物半導體薄膜晶體管應用前景。

關鍵詞：平板顯示技術；氧化物； 薄膜晶體管

中圖分類號：TN304.055文獻標識碼：A

Research Progress On Oxide based Thin Film Transistors

ZHANG Xin-an1,2ZHANG Jing-wen1 ZHANG Wei-feng2HOU Xun1,2

(1. Key Laboratory of photonics technology for information, Shanxi province,

Xi'an Jiaotong University,Xi'an 710049 ,China;2. School of Physics

and Electronics, Henan University, Kaifeng 475001,China)

Abstract: We reviewed the defects of amorphous silicon, polycrystalline silicon and organic semiconductors as the active channel layer of thin film transistors. The benefits of oxide based thin film transistor in active matrix display were introduced from electical,optial and fabrication temperature aspect. Then, we reviewed the optimize and doping of oxide channel layer. At the last, we prospected the utilization of oxide based TFTs and the problems existent.

Keywords: flat panel display; oxide; thin film transistor

引言

隨著信息時代的到來，顯示器件正加速向平板化、節能化的方向發展，其中以薄膜晶體管（TFT）為開關元件的有源陣列驅動顯示器件成為眾多平板顯示技術中的佼佼者。TFT是一種場效應半導體器件，包括襯底、半導體溝道層、絕緣層、柵極和源漏電極等幾個重要組成部分，其中半導體溝道層對器件性能和制造工藝有至關重要的影響[1]。在近十幾年時間，以硅材料（非晶硅和多晶硅）TFT為驅動單元的液晶顯示器件以其體積小、重量輕、品質高等優點獲得了迅速發展，并成為主流的信息顯示終端。然而，非晶硅存在場效應遷移率低、光敏性強以及材料不透明等缺點，而多晶硅TFT大面積制作工藝復雜、低溫工藝難以實現[2]。平板顯示器的發展重新聚焦在尋求新材料、制作高遷移率的TFT、提高性能、降低成本以滿足技術發展的軌道上來。目前，研究比較熱門的是以并五苯等有機半導體材料為溝道層的有機薄膜晶體管（OTFT）和以ZnO為代表的寬帶隙氧化物半導體為溝道層的TFT。OTFT具有加工溫度低、工藝過程簡單、成本大幅度降低等優點，這些特點符合社會發展和技術進步的趨勢。但是，目前報道的OTFT的遷移率較低（一般在1 cm2/V?s），仍停留在非晶硅TFT的水平，另外一個致命缺點就是OTFT的壽命低，存在嚴重的老化問題[3]。2003年美國科學家Hoffman等[4]報道了以ZnO為溝道層的全透明TFT并指出可以將其應用在有源矩陣驅動顯示中，引起了人們的廣泛關注。

1氧化物半導體薄膜晶體管的優勢

氧化物半導體薄膜種類很多，一般具有離子鍵強、熔點較高、無色透明和較大的禁帶寬度（Eg>3 eV）等特點?；瘜W計量比的偏離和點缺陷所引起的附加能級對其電學性質有很大影響，因此也可通過調節制備工藝或摻雜來控制其電學性能。多年來，氧化物半導體薄膜作為一種傳統的功能半導體材料，在氣敏傳感、濕敏傳感、透明導電薄膜等領域有廣泛的應用。最近，日本和韓國許多課題組嘗試用該類材料作為TFT的溝道層，以期在有源陣列驅動顯示技術中有出色的表現，包括ZnO [5]，MgZnO [6]，Zn-Sn-O (ZTO)[7]，In-Zn-O(IZO)[8], SnO2[9], Ga2O3[10], In-Ga-O (IGO) [11], In2O3 [12], In-Sn-O (ITO)[13]和In-Ga-Zn-O[14]等多種薄膜，如表1所示。采用上述材料作為TFT的溝道層有以下優勢：

表1 幾種氧化物半導體薄膜晶體管的光電性質

1.1良好的電學性能

氧化物半導體TFT有較高的遷移率和較大的電流開關比，能夠提高顯示器的響應速度，滿足高清晰、大容量終端顯示的要求，這對于需要電流驅動的有機電致發光顯示更有重要意義。Carcia等[15]報道了制備在重摻雜硅襯底上的底柵式ZnO-TFT，其中以原子層沉積法制備的HfO2薄膜為絕緣層，射頻磁控濺射法制備的ZnO薄膜為溝道層，其轉移特性和輸出特性如圖1所示。該器件工作在N溝道增強模式，有很好的飽和特性和夾斷效應，表明ZnO溝道層中的電子被柵壓有效控制。進一步計算得到其閾值電壓為2.55 V，電流開關比為106，電子遷移率達到12.2 cm2/V?s。氧化物薄膜多為寬禁帶半導體材料，可以避免可見光照射對器件電學性能的影響，簡化制備工藝，降低成本。

圖1 ZnO-TFT的電學性質

1.2高透過率

氧化物薄膜在可見光范圍有很高的透過率，結合透明的襯底、絕緣層和電極材料可以制備全透明薄膜晶體管（TTFT），如將其用在有源陣列驅動液晶顯示中，可以提高液晶顯示器的開口率，使顯示器屏幕更清晰明亮并降低能耗。甚至可以和有機發光二極管（OLED）結合實現全透明電子顯示器。Cheng等[16]報道了用化學溶液法制備的全透明ZnO-TFT陣列，其中ZnO-TFT采用頂柵式結構，氮化硅為絕緣層，ITO薄膜為源、漏、柵電極，導電溝道寬長分別為W=500μm、L=10μm。圖2是該ZnO-TFT在200 ~1,200 nm范圍的透過率，整個器件在可見光范圍的最高透過率達到85％，電學測試得到電子的遷移率為0.67 cm2/V?s，電流開關比為107左右。隨著薄膜制備工藝的不斷提高，近幾年已有很多P型透明氧化物薄膜的報道，并已經實現了P溝道的透明氧化物場效應晶體管[17]，從而為實現全透明的集成電子線路打下基礎，將來可以利用氧化物半導體 CMOS電路制作顯示陣列的驅動電路,解決高密度引線困難等問題，提高顯示器的可靠性和穩定性。

圖2 透明ZnO-TFT陣列的透過率及實物圖

1.3低溫制備工藝

一般氧化物半導體薄膜的生長溫度低，對襯底要求不高。襯底可以選擇廉價的玻璃或者柔韌性塑料等，這些都可以降低顯示器的成本，并為便攜式柔性顯示器件開辟新的途徑。Carcia等[18]在PET塑料襯底上制備了TFT陣列，其中磁控濺射生長的ZnO薄膜為溝道層，等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)制備的SiN薄膜為絕緣層，熱蒸鍍的金屬鋁膜作為源漏電極。盡管整個制備過程在室溫條件下完成，該器件有很好的電學性能，其閾值電壓、電流開關比和電子遷移率分別為0.1 V、105和3.4 cm2/V?s，圖3是單個器件的結構示意圖和ZnO-TFT陣列的實物圖。

（a）單個ZnO-TFT結構示意圖 （b）ZnO-TFT陣列實物圖

圖3 PET襯底上制備的ZnO-TFT陣列

2溝道層薄膜制備工藝的優化和摻雜

在氧化物半導體薄膜晶體管中，對ZnO溝道層的研究最為廣泛。一般對溝道層材料的要求是在較低溫度下，獲得低本征載流子濃度、高遷移率、高透過率的溝道層薄膜。研究表明不同的制備技術和工藝對ZnO薄膜的電學性質影響很大。目前，用于制備ZnO-TFT的方法主要有磁控濺射法、脈沖激光沉積技術、溶膠凝膠法等。本征載流子濃度是影響TFT開關特性的一個重要參數，即使TFT工作在增強模式，低本征載流子濃度使器件在零伏柵極電壓下的源漏電流很小。相反，高的本征載流子濃度使TFT工作在耗盡模式，增強型晶體管可以簡化電路設計、降低功耗，因而較耗盡型晶體管有很大優勢[19,20]。Fortunato等[21]報道了在室溫條件下采用磁控濺射方法制備的全透明ZnO-TFT，發現調節濺射功率大小可以調節ZnO薄膜的電阻和透過率。當濺射功率為5 W/cm2時得到的ZnO薄膜的電阻最高，同時薄膜的透過率也達到最大值，作者認為這種條件下生長的ZnO薄膜具有完整的化學計量比，氧空位和鋅間隙等本征缺陷最小，因而有很好的電學性質。在此基礎上以ATO/ITO/Glass襯底上制備透明ZnO-TFT，其中ATO是原子層沉積交替生長的Al2O3和TiO2薄膜，作為TFT的絕緣層，ITO薄膜作為柵極。其閾值電壓為21V，電流開關比為2×105，場效應遷移率為20 cm2/Vs，同時，器件在可見光范圍的透過率達到80％，如圖4所示。

圖4 （a）濺射功率對ZnO光電性質的影響

（b）ZnO-TFT的透過率

除優化薄膜制備工藝外，還可以通過摻雜的方法來控制ZnO薄膜的本證載流子濃度。我們實驗室采用激光分子束外延法（L-MBE）在氧氣和氨氣氛圍下制備氮摻雜ZnO薄膜作為薄膜晶體管的溝道層，由于氮原子容易在ZnO薄膜中形成淺受主能級，補償了ZnO薄膜由于本征缺陷所形成的自由電子，使ZnO薄膜呈現較高的本征電阻。在此基礎上，以氮摻雜ZnO薄膜制備了薄膜晶體管，由于溝道層中較低的本征載流子濃度，該器件能夠很好的工作在增強模式,并有優異的電學性質[22]。同時發現氮原子的摻雜對器件的場效應遷移率影響很小，器件的電流開關比、閾值電壓、遷移率分別達到104、5.15V和2.66cm2 /V?s,其電學性能如圖5所示。

圖5 氮摻雜ZnO-TFT的電學性質

盡管ZnO-TFT表現出高遷移率、高透過率等優點，但是ZnO薄膜大都是多晶結構的模式生長。晶粒不均勻性和晶粒間界的存在導致器件工作穩定性及大面積制備的一致性變差。最近，非晶態氧化物半導體薄膜用作TFT的溝道層并取得很大成功。氧化物薄膜中摻入具有（n-1）d10ns0（n≥4）電子結構的重金屬陽離子后，就可以組成非晶態氧化物半導體。由于氧離子的2p軌道小，金屬陽離子的ns（n為主量子數）軌道半徑大，這樣即使在非晶態情況下，相鄰的金屬陽離子ns軌道重疊的幾率也很高，從而有較高的遷移率[23,24]。非晶金屬氧化物半導體薄膜在具有良好均勻性的前提下，具有制備溫度低、可見光透過率高、均勻性好等優點，目前已有多篇利用非晶Zn-Sn-O、Zn-In-O和InGaZnO作為TFT溝道層的報道。Manabu等[25]在PET塑料襯底上制備了80×60的TFT陣列，其中磁控濺射制備的非晶InGaZnO為溝道層，SiON薄膜為絕緣層，每個像素大小為500 μm×500 μm。 圖5（a）是非晶InGaZnO TFT的轉移特性曲線，計算得到其電流開關比、閾值電壓、遷移率分別為106、5.8 V和5.1 cm2 /V?s。然后將E-Ink公司利用電泳技術生產的電子墨水顯示膜碾壓到TFT陣列上，這樣就形成了用非晶氧化物TFT驅動的柔性電子紙張，如圖5（b）所示。上述成果顯示了非晶氧化物TFT在有源陣列顯示技術中有廣闊的應用前景。

圖5 （a）非晶InGaZnO TFT的轉移特性曲線

（b）非晶InGaZnO TFT驅動的柔性顯示器

結論和展望

總之，最近幾年以氧化物半導體薄膜為溝道層的TFT引起了人們的廣泛關注，并取得了很大的進展，為開發新一代有源驅動顯示器件打下基礎。然而，目前以非晶硅和多晶硅為為主體的有源驅動顯示吸引了大量的投資，發展十分迅速，新型材料的介入顯得十分困難。而氧化物TFT的研究處于剛起步階段，歷史上也曾經出現過硒化隔（CdSe）、硫化隔（CdS）和碲（Te）等材料的TFT，但是由于材料性質的限制沒有成功市場化，氧化物半導體薄膜目前還沒有發現致命性的缺點。可以預見，氧化物TFT要取代硅基薄膜晶體管還有很長的路要走，并且必須要在低成本、高性能、高兼容性、容易產業化等幾個方面做深入的研究。

參考文獻

[1] Klauk H, Gundlach DJ, Jackson TN. Fast organic thin-film transistor circuits [J]. Ieee Electron Device Letters, 1999, 20: 289-291.

[2] Miyasaka M, Stoemenos J. Excimer laser annealing of amorphous and solid-phase-crystallized silicon films [J]. Journal Of Applied Physic, 1999, 86: 5556-5565.

第7篇：半導體材料發展特性范文

【關鍵詞】LED；節能應用；節能技術

一、LED節能應用理論

（一）LED結構構成

LED的中文全稱為發光二極管，其由磷、砷、氮等多種化合物制成的二極管，當電子和空穴復合時便能夠輻射出可見光。對于LED燈來說，其核心部分為被固定于楔形支架上一塊半導體晶片及該楔形支架之下的兩根一端接電源正極，一端接電源負極的引線架。

半導體晶片由三部分構成：

（1）P型半導體組件，即該組件通常被焊接于接通電源正極的引線架之上；

（2）N型半導體組件，即該組件通常被焊接于接通電源負極的引線架之上；

（3）PN節，即P型半導體組件與N型半導體組件之間的過渡層。另外，運用分子中含有兩個或多個環氧基團的環氧樹脂對以上三部分進行封閉，從而便可構成LED燈。

（二）LED發光原理

LED實際上隸屬于半導體二極管，依托其能夠實現電能向光能的轉化。發光二極管同樣具備普通二極管的單向導電性。當將正向電壓引入發光二極管后，從P區注入至N區的空穴與由N區注入至P區的電子，在PN結附近數微米內分別與N區的電子和P區的空穴復合，之后便會出現自發輻射的熒光。特別注意的是半導體材料不同，其電子與空穴所處的能量狀態存在較大差異，其中電子與空穴復合時釋放出能量的多少與發出的光的波長呈現負相關性，即電子與空穴復合時釋放出的能量越少，則發出的光的波長越長；反之電子與空穴復合時釋放出的能量越多，則發出的光的波長越短。

（三）LED的特性

與普通二極管相比，LED的特性更為顯著，具體體現為：工作電流小與工作電壓低；使用壽命相對較長；抗沖擊與抗震性能較好等。LED正是存在上述一系列特征才被用作光源或信號顯示器。

（四）LED的分類

以相關標準為依據可將LED劃分為多類，包括普通單色發光二極管、高亮度發光二極管、變色發光二極管、超高亮度發光二極管、電壓控制型發光二極管及負阻發光二極管等。其中以普通單色發光二極管最為常用，究其原因在于普通單色發光二極管作為電流控制型半導體器件，不僅工作電流小與工作電壓低、體積較小，而且響應速度較快、發光相對均勻穩定。同時發光的波長決定著普通單色發光二極管的發光顏色，而發光的波長又與制造發光二極管所用的半導體材料密切相關。

二、LED節能應用現狀

受LED諸多方面優點的影響，使其在全世界范圍內各行業應用較廣泛。截止當前，LED已在我國多個行業應用較成熟，并發揮了至關重要的積極效應。以LED在顯示屏及車燈的應用為例，具體表現為：

（1）LED在顯示屏中的應用

在數字化信息快速發展的推動下，以往的顯示技術的滯后性日益突出，為此則需要采取有效措施逐步加大對顯示技術的創新、完善，即通過將LED引入顯示屏行業中，使得顯示屏得以優化升級，同時具備一系列優點：其一為輕薄，便攜性增強；其二為增加了屏幕亮度與色彩表現力，使其更具均勻性；其三位功耗降低，發光效率高，續航能力顯著提高；氣死環保無污染。

（2）LED在車燈中的應用

與發達國家相比，當前LED在我國汽車市場的應用正處于起步階段，諸多方面有待進一步成熟與完善。筆者認為，LED在汽車市場的應用既有優點又有缺點。

其優點體現為：

其一，使用壽命較長，即汽車照明燈若使用LED，那么正常情況下該車終生無需更換燈具；

其二，高效率、低能耗，符合可持續發展戰略理念；

其三，結構較簡單，即內部支架結構，四周以透明的環氧樹脂密封，抗震性能較好；

其四，光線質量相對較高；

其五，符合低電壓工作條件，較適用于汽車上；

其六，點亮無延遲，亮燈響應速度較快，適應用于移動速度快的物體；

其七，LED占用體積相對較小，通常不會影響到汽車整體的美觀。

其缺點體現為：

第一，成本相對較高；

第二，光型設計難度系數較大；

第三，散熱性能較差，易出現光衰現象；

第四，維修性能較差。

縱觀全球諸多發達國家，汽車LED燈在汽車上的使用率均已接近50%，而汽車LED燈在我國汽車商的使用率仍不足1%，究其原因在于我國廣大汽車用戶未能夠全面、準確認識到LED車燈的優越性，并且一些價低質劣的LED車燈產品混入汽車市場誤導了廣大汽車用戶對LED車燈的認識，致使諸多汽車用戶對LED車燈產生抵制情緒。

三、LED節能應用發展趨勢

目前，由于全球的照明能耗大約占整個電力資源消耗的五分之一，所以從照明節能入手能夠為節能減排帶來較為無可估量的貢獻。LED的出現至今雖然已經過了幾十年的時間，但是它在照明領域的使用還處于起步階段。隨著近年來LED照明技術的快速進步，各項性能指標的穩步提升，使得它的應用領域日趨廣泛，尤其是在全球能源危機憂慮再度升溫的環境下，LED的市場將倍受人們的關注與青睞。

2011年日本地震引發的核泄漏事件，加大了世界各國對資源環境的擔憂。同時該事件也給新能源的開發和發展結構帶來了較大的影響，加快了風電、光伏以及水電等新興能源大范圍投入使用的發展步伐。

LED作為新型照明設備，確實具有很多獨特的優勢。但不可回避的是，LED自身還存在有些許的問題和不足，這還仍需要我們繼續對其研究、完善，使LED能夠在我們生活當中發揮出最好的效果。

參考文獻

[1]陳俄振，郭震寧，智佳軍.LED擴展光源均勻照明的透鏡設計[J].華僑大學學報（自然科學版），2013（6）.

[2]孔強強，宋慶軍，張玉華.LED驅動電源的電磁兼容測試及整改[J].中國測試，2013（6）.

第8篇：半導體材料發展特性范文

【關鍵詞】LED；OLED；發光原理；工藝

LED與OLED是當今發光與顯示領域最熱門的技術與材料，就本質來說，兩者都是半導體發光器件，LED采用了無機材料，而OLED采用的是有機材料。這就造成了他們在制造工藝和發光技術上的差別，因此也造成其面向的顯示領域的巨大不同。但相同的的是，他們在能效、功耗、數字化、模塊化等方面較傳統顯示（CRT LCD PDP）的巨大優勢以及在制造工藝與成本等方面面臨的問題。

1.LED與OLED發光原理

LED，即發光二極管（Light Emitting Diode），是一種有鎵、砷與磷的化合物制成的二極管，其核心是由P型半導體和N型半導體晶片，在P型、N型半導體之間有一個過渡層，稱為PN結。在某些半導體材料的PN結中，注入的少數載流子與多數載流子復合形成激子時，就會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉化為光能。這種龍注入式電致發光原理制成的二極管，就叫做發光二極管，也就是俗稱的LED，當他處于正向工作狀態時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就會發出紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關，光的顏色與構成材料有關。通常，磷砷化二鎵二極管發紅光，磷化鎵二極管發綠光，碳化硅二極管發黃光。

OLED，即有機發光二極管（Organic Light Emitting Diode），又稱有機電激光顯示。OLED的基本結構是有一薄而透明的具有半導體特性的銦錫氧化物，與正極相連，再加上另一個金屬陰極。整個結構層中包含：空穴傳輸層、發光層、電子傳輸層。在電廠的作用下，陽極產生的空穴和陰極產生的電子就會發生移動，分別向空穴傳輸層和電子傳輸層注入，遷移到發光層。當而正在發光層相遇時，產生能量激子，從而激發發光分子產生可見光。當電力供應至適當電壓時，正極空穴與陰極電荷就會在發光層中結合，產生光亮，依其配方不同產生紅綠藍光，按照三基色原理形成基本色彩。

2.LED與OLED的差異

S雖然厚實發光半導體，但是LED與OLED的構成上存在區別，主要區別在于：

1）OLED中的激子與LED的不同，LED通過注入的電子與空穴形成激子而發光，發光色取決于組成半導體的能帶間隙；OLED通過注入的電子與空穴形成激子，激子衰減而發光，發光色取決于有機分子的熒光光譜。

2）構成LED的有機膜不論分子大小還是聚合物，一般都是無定形薄膜，（有機物采用熱蒸發，蒸發的分子在室溫基板上以過冷狀態形成薄膜），而且是帶隙很大的絕緣膜，而無機LED則是有序的參雜半導體單晶體。

3）在OLED中的載流子傳輸過程也與LED不同，在有機分子間的電荷移動靠的是分子離化，例如空穴在分子中的傳輸過程實際上是中性分子和帶正電荷的分子間的反復氧化和還原的過程。而無機半導體中電荷傳輸靠的是帶傳導。

3.LED與OLED顯示技術比較

LED結構穩定，發光器件為單像素封裝，通常是在基板上生長一層層的半導體薄層，切割成數千管芯，再將管芯鑲嵌在反射碗上形成單個像素單元。與目前制作工藝制作出來的管芯尺寸皆超過200μm，對于許多現實起來說確實太大了，而RGB真彩色顯示需要3顆限速點組合在一起，所以難以制作成高分辨率的屏幕，目前使用的LED顯示屏幕實點距躲在10mm以上，部分產品可以做到1-2mm。但是因其結構穩固，模塊化，能效高，因此很容易擴展，是的大型屏幕甚至是超大型屏幕（100m2以上）的實現變得容易，因為，超大屏幕的觀看距離都在幾十米，甚至上千米。此外，由于LED所有發光器件都進行完全的封裝，和環境無接觸，故而使用壽命都比較長，并且在相當長的時間里性能幾乎沒有變化。但是OLED采用的是夾心結構，由多層金屬盒分子化合物層疊而成，類似于印刷電路板，因此很容易做成高分辨率甚至是超高分辨率的屏幕，如果使用柔性材料，開可以制成各種形狀甚至是可折疊屏幕。但由于無法像LED一樣在每個發光器件上制作反射杯，因此OLED的光損耗較LED大，亮度和色彩也叫LED差。此外OLED發光過程中不斷的化合反應，使其發光強度隨著時間而降低，使用壽命也要短得多。

另外一個影響的重要因素就是成本因素，從材料上來看，LED對于光色的控制需要改變的能帶間隙，對于半導體材料工藝的要求比較高，而OLED只需要改變有機分子熒光光譜，可以通過化學方法修正。從制作工藝復雜成都看，LED的單晶生長工藝要比OLED復雜得多，特別是影響LED全彩顯示的藍色LED，有機比無機更易于實現，而藍色OLED由于他的壽命問題，脫了OLED顯示技術的后腿。還有就是OLED成品率極低，12年的時候只能做到32，造成了成本的急劇上升，而LED成品率很高，從而造成了OLED的成本比LED高得多，最終限制了產業化的進行。

4.LED與OLED顯示技術的前景

綜上所述，由于LED能效（可換算成單位面積發光強度和耗電比值），壽命方面的有點，以及像素單元機構方面的特點，使其在超大顯示面積屏幕上有著先天的優勢，其模塊化（市面上常見的是16×16和32×32等LED單元板）設計使大屏顯示結構變得非常簡單，目前世界上大型單色、雙色、全彩色顯示屏，基本上都是LED，超大顯示屏甚至可以做到幾十千米的可視距離。但是LED的成本隨著像素間距下降而成平方級增長。間距下降30%，像素數量增加100%，而通常是在基板上生長一層層的半導體薄膜，切割成數千管芯，再將管芯鑲嵌在各應用產品中。以目前的制作工藝制作出來的管芯尺寸皆超過200μm，對于許多室內用的顯示屏幕來說太大了，因此目前的LED技術并不合適。

OLED在能效和光色方面不如LED，而且壽命也短，但是成本較低，最主要的是像素很高，適合做高清顯示屏，其主要對手是TFT-LCD。TFT-LCD需要背光源，OLED本身就是發光材料，因此在能耗和亮度方面OLED有壓倒性優勢，但是依然需要解決的是成本問題，OLED成本比TFT-LCD高出不止一倍，使得其主要的應用只能在智能手機和高端筆記本的顯示屏上，但是隨著技術的成熟，成品率提高，藍光OLED得等到解決，OLED必然如LCD取代CRT和一樣取代LCD。

5.總結

無論是LED還是OLED，目前都還存在適用局限性的問題。OLED技術已經漸趨成熟，隨著生產工藝改進，有望在近幾年逐步取代LCD?？傮w性能上無機LED還是更加有優勢，但是在成本和工藝上存在問題，無法小型化。2009年，美國成功制成50μm的無機LED芯片方塊，雖然目前技術還不成熟，同時，還是只能做出紅光顯示器，但是，隨著他們進一步的研究，實用化的微型無機LED芯片早晚會成為下一代顯示技術的發展方向。

參考文獻

[1]沈培宏.OLED發光及顯示技術.光電技術，2005年第1期

第9篇：半導體材料發展特性范文

關鍵詞：碳化硅材料；電力電子器件；應用；發展

1、碳化硅電力電子器件概述

大功率半導體器件在近年來得到了快速的發展，促使現代電力系統中高性能電力電子裝置得到廣泛的應用。其主要有變流、變頻的特點，響應性能較為快速，能夠利用小功率來控制大功率。碳化硅由于其優良的物理特性和電特性，在電力系統中得到了廣泛的應用。碳化硅屬于新研發的寬禁帶的半導體材料，這種器件的優勢在于它的高壓高溫的特性。碳化硅電力電子器件能夠突破硅基半導體器件由于電壓和溫度的限制會造成電力系統有一定的局限性。當前碳化硅材料研發不斷發展，新型碳化硅電力電子器件不斷涌現，低壓領域和高壓領域的碳化硅功率器件不斷產業化，在電力系統中不斷替代原有器件。碳化硅電力電子器件的研發成功以及未來可能的產業化，將在電力系統高壓領域中得到更多的應用，其發展能夠對電力系統變革產生較為深遠的影響。相信在不久的將來，在電力電子器件的制造中碳化硅的使用將會更加廣泛，電力電子器件也將會具有更高的使用性能。

2、電力系統中碳化硅電力電子器件的應用

在電力系統中碳化硅電力電子器件在以下幾個方面得到了廣泛的應用：

2.1固態變壓器。

近年來分布式發電系統和智能電網技術不斷發展，碳化硅基于其很好的性能在當前的固態變壓器中具有廣泛的應用。其利用寬禁帶材料能夠有效提高器件工作適應溫度。6H-SiC、4H-SiC禁帶寬度分別為3.0eV、3.25eV，這兩種材料對應的本征溫度為8000攝氏度以上，也就是意味著即使禁帶最窄的3C-SiC，它的禁帶寬度也能夠在2.3eV左右。利用碳化硅材料制造的電力系統器件，它的工作溫度最高能夠超過6000℃。電力系統中功率開關器件反向的電壓承受力和它的漂移區以及基區長度、電阻率具有密切的關系，單極性功率的開關器件通態比電阻將直接受漂移區長度、電阻率的影響。由以上可知與其制造材料擊穿電場強度的立方成反比。在電力系統中技術人員利用擊穿電場強度較高的碳化硅材料制作的高壓功率開關控制器，它的電阻率不用選擇過高，碳化硅電力電子器件漂移區或基區也不需要太長。通過這種工藝不但器件通態與電阻相比會有較明顯的降低，其工作頻率將有大幅度的提高。固態變壓器是電力電子變流器和高壓變壓器中能量轉換的關鍵裝置。固態變壓器相較于傳統變壓器具有體積較小、供電質量較高、供電效率比較高、工作性能穩定的特點。固態變壓器在電力系統中應用將有效解決當前傳統變壓器所存在的問題。碳化硅電力電子器件在固態變壓器中的應用將能夠簡化其結構和提高其工作性能。

2.2柔流輸電系統。

柔流輸電系統是當前交流電網比較先進的技術之一。碳化硅電力電子器件在其中應用將能夠科學、高效的實現系統電壓、功率和輸電品質的控制，并能夠有效降低輸電的損耗。碳化硅器件的擊穿電場強度為普通硅材料的8倍，這種器件的電子飽和漂移速度是普通硅材料的2倍，這種特性更有利于提高碳化硅器件的工作頻率，故碳化硅單極性功率開關不僅通態比普通電阻低，一般它的工作頻率也會比普通硅材料器件高到10倍以上。碳化硅電力電子器件由于其熱導率較高，故能夠在高溫下長時間、穩定性的工作。另外碳化硅材料為當前唯一能夠采用熱氧化法來生成高性能的本體氧化物化合物的半導體材料。這種特性使其可以和普通硅材料一樣去制造MOSFBT、IGBT這種含有MOS結構的電力系統電力電子器件。碳化硅材料在常壓下生成熔體較為困難，當其加熱到2400℃時就會升華，故其像普通晶體通過籽晶在熔體中緩慢生長制備單晶是十分困難甚至是不可能的。這種工藝難度要比鍺、硅、砷化鎵等常見常用的半導體材料制備更為困難和復雜。碳化硅材料功率器件自身具有優良的耐壓特性，隨著碳化硅器件研發和制造技術的提高，其在FACTS技術中將會受到越來越多的重視。

2.3靜止無功補償器件。

在電力系統中靜止無功補償器主要用于潮流控制和無功補償，碳化硅電力電子器件應該有效提高其系統的穩定性和響應速度，摻雜是當前半導體器件制備最基本的工藝。由于雜質在碳化硅器件中擴散系數與在SiO2中一樣較低，在適于碳化硅有效雜質擴散溫度條件下，SiO2將失去對雜質掩蔽的作用，并且碳化硅材料自身在同樣高溫條件下性能不穩定，故其不宜采用擴散摻雜，需利用離子注入以及材料制備過程中進行伴隨摻雜來達到制備碳化硅器件的條件。碳化硅晶片制備技術可以分為物理法和化學合成方法。物理法主要包括機械粉碎法和結晶法；化學合成法主要包括化學氣相沉積法以及碳熱還原法?；瘜W氣相沉積法和碳化硅晶須的制備工藝較為相同，但其工藝復雜，價格昂貴，目前研究和應用較少；碳熱還原法是利用碳和SiO2為原材料，利用催化劑將原材料加熱至合適的溫度進而合成，這種方法是碳化硅晶體制造的主要方法。碳化硅電力電子器件在STATCOM的應用結構能夠得到有效簡化。由于碳化硅電力電子器件開關頻率得到有效的提高，電力系統中電能質量也能夠得到有效的提升。在風能、太陽能等潔凈、可再生能源方面，無變壓器STATCOM結構將會得到大力推廣和應用。

2.4電力系統的直流輸電技術。

碳化硅電力電子器件能夠促進高壓直流的輸電技術快速的發展。碳化硅電力電子器件耐壓性能良好，這種特性能夠有效減少電力系統中需要的器件數量，大大簡化直流輸電電力系統的結構，并能夠有效降低電能傳輸中的能耗，不斷促進高壓直流輸電技術的發展和進步。

3、碳化硅器件在電力電子中研發工作的進展

隨著碳化硅器件在電力電子中的應用越來越廣泛，使得關于碳化硅的研發工作進展也不斷加快。

3.1碳化硅肖特基勢壘二極管（SBD）

當前碳化硅肖特基勢壘二極管的阻斷電壓已經達到10000V以上，大電流器件的通態電流為130A，其阻斷電壓達到5000V。這種碳化硅肖特基勢壘二極管主要采用了n型高阻厚外延片，同時在肖特基勢壘接觸和歐姆接觸中使用了鎳，該器件的尺寸也較小，肖特基勢壘接觸的直徑只有300um，且采用了大面積的芯片。在碳化硅肖特基勢壘二極管中，若肖特基上的金屬是鉑，同時為降低陽極電流的擴散電阻而在鉑金屬上再蒸鍍2um的金膜，在背電極經過退化處理的這種器件不具備較好的反向特性，其漏電流隨著電壓的增加而增加。器件的反向特性與芯片的面積有關，芯片面積越低器件的反向特性越高。同時根據研究者的研究表明，JBS結構在降低碳化硅肖特基勢壘二極管的反向漏電流以及改善其正向特性中都具有很好的效果，同時兼顧正反向特性的優化設計已經將碳化硅肖特基勢壘二極管的JBS結構的通態比電阻相較于硅器件理論值的1：400。

3.2碳化硅場效應器件

碳化硅功率金屬-氧化物-半導體場效晶體管的開發優勢就是能夠兼顧阻斷電壓和通態比電阻，隨著1994年首次報道的碳化硅功率金氧半場效晶體管耐壓只有250V，短短四年時間其阻斷電壓就提高到了1400V，同時采用柵增強功率結構設計，可以進一步提高阻斷電壓，降低通態比電阻。近年來人們充分挖掘了碳化硅材料在場效應器件方面的應用潛力，對結型場效應晶體管的結構也做了很多改良，從而減少了結型場效應晶體管常規工藝流程中的碳化硅外延生長這道高難度工序，同時還在器件結構中取消了橫向結型場效應晶體管柵，從而使器件的通態比電阻有所下降，使得場效應器件品質因子也獲得了提高。

3.3碳化硅雙極型器件

隨著碳化硅器件的使用性能越來越廣泛，研發碳化硅雙極晶體管成為了當前的發展方向，開發碳化硅雙極晶體管的關鍵問題就是提高電流增益，采用外延層作基區，用離子注入形成發射極的方法可以提高電流的增益，同時采用達林頓結構也會獲得更高的電流增益。