半导体材料

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半导体材料范文第1篇

关键词半导体材料量子线量子点材料光子晶体

1半导体材料的战略地位

上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米科学技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路，必将深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式。

2几种主要半导体材料的发展现状与趋势

2.1硅材料

从提高硅集成电路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）单晶的直径和减小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si发展的总趋势。目前直径为8英寸（200mm）的Si单晶已实现大规模工业生产，基于直径为12英寸（300mm）硅片的集成电路（IC’s）技术正处在由实验室向工业生产转变中。目前300mm，0．18μm工艺的硅ULSI生产线已经投入生产，300mm,0．13μm工艺生产线也将在2003年完成评估。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功，直径27英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。

从进一步提高硅IC’S的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外，SOI材料，包括智能剥离（Smartcut）和SIMOX材料等也发展很快。目前，直径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开发中。

理论分析指出30nm左右将是硅MOS集成电路线宽的“极限”尺寸。这不仅是指量子尺寸效应对现有器件特性影响所带来的物理限制和光刻技术的限制问题，更重要的是将受硅、SiO2自身性质的限制。尽管人们正在积极寻找高K介电绝缘材料（如用Si3N4等来替代SiO2），低K介电互连材料，用Cu代替Al引线以及采用系统集成芯片技术等来提高ULSI的集成度、运算速度和功能，但硅将最终难以满足人类不断的对更大信息量需求。为此，人们除寻求基于全新原理的量子计算和DNA生物计算等之外，还把目光放在以GaAs、InP为基的化合物半导体材料，特别是二维超晶格、量子阱，一维量子线与零维量子点材料和可与硅平面工艺兼容GeSi合金材料等，这也是目前半导体材料研发的重点。

2.2GaAs和InP单晶材料

GaAs和InP与硅不同，它们都是直接带隙材料，具有电子饱和漂移速度高，耐高温，抗辐照等特点；在超高速、超高频、低功耗、低噪音器件和电路，特别在光电子器件和光电集成方面占有独特的优势。

目前，世界GaAs单晶的总年产量已超过200吨，其中以低位错密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生长的2－3英寸的导电GaAs衬底材料为主；近年来，为满足高速移动通信的迫切需求，大直径（4,6和8英寸）的SI－GaAs发展很快。美国莫托罗拉公司正在筹建6英寸的SI－GaAs集成电路生产线。InP具有比GaAs更优越的高频性能，发展的速度更快，但研制直径3英寸以上大直径的InP单晶的关键技术尚未完全突破，价格居高不下。

GaAs和InP单晶的发展趋势是：（1）．增大晶体直径，目前4英寸的SI－GaAs已用于生产，预计本世纪初的头几年直径为6英寸的SI－GaAs也将投入工业应用。(2)．提高材料的电学和光学微区均匀性。（3）．降低单晶的缺陷密度，特别是位错。（4）．GaAs和InP单晶的VGF生长技术发展很快，很有可能成为主流技术。

2.3半导体超晶格、量子阱材料

半导体超薄层微结构材料是基于先进生长技术（MBE，MOCVD）的新一代人工构造材料。它以全新的概念改变着光电子和微电子器件的设计思想，出现了“电学和光学特性可剪裁”为特征的新范畴，是新一代固态量子器件的基础材料。

(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基晶格匹配和应变补偿材料体系已发展得相当成熟，已成功地用来制造超高速，超高频微电子器件和单片集成电路。高电子迁移率晶体管(HEMT），赝配高电子迁移率晶体管（P－HEMT）器件最好水平已达fmax=600GHz，输出功率58mW,功率增益6.4db;双异质结双极晶体管（HBT）的最高频率fmax也已高达500GHz,HEMT逻辑电路研制也发展很快。基于上述材料体系的光通信用1．3μm和1.5μm的量子阱激光器和探测器，红、黄、橙光发光二极管和红光激光器以及大功率半导体量子阱激光器已商品化；表面光发射器件和光双稳器件等也已达到或接近达到实用化水平。目前，研制高质量的1．5μm分布反馈（DFB）激光器和电吸收（EA）调制器单片集成InP基多量子阱材料和超高速驱动电路所需的低维结构材料是解决光纤通信瓶颈问题的关键，在实验室西门子公司已完成了80×40Gbps传输40km的实验。另外，用于制造准连续兆瓦级大功率激光阵列的高质量量子阱材料也受到人们的重视。

虽然常规量子阱结构端面发射激光器是目前光电子领域占统治地位的有源器件，但由于其有源区极薄(～0．01μm）端面光电灾变损伤，大电流电热烧毁和光束质量差一直是此类激光器的性能改善和功率提高的难题。采用多有源区量子级联耦合是解决此难题的有效途径之一。我国早在1999年，就研制成功980nmInGaAs带间量子级联激光器，输出功率达5W以上；2000年初，法国汤姆逊公司又报道了单个激光器准连续输出功率超过10瓦好结果。最近，我国的科研工作者又提出并开展了多有源区纵向光耦合垂直腔面发射激光器研究，这是一种具有高增益、极低阈值、高功率和高光束质量的新型激光器，在未来光通信、光互联与光电信息处理方面有着良好的应用前景。

为克服PN结半导体激光器的能隙对激光器波长范围的限制，1994年美国贝尔实验室发明了基于量子阱内子带跃迁和阱间共振隧穿的量子级联激光器，突破了半导体能隙对波长的限制。自从1994年InGaAs／InAIAs／InP量子级联激光器（QCLs）发明以来，Bell实验室等的科学家，在过去的7年多的时间里，QCLs在向大功率、高温和单膜工作等研究方面取得了显着的进展。2001年瑞士Neuchatel大学的科学家采用双声子共振和三量子阱有源区结构使波长为9．1μm的QCLs的工作温度高达312K，连续输出功率3mW。量子级联激光器的工作波长已覆盖近红外到远红外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光谱、超高灵敏气体传感器、高速调制器和无线光学连接等方面显示出重要的应用前景。中科院上海微系统和信息技术研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子级联激光器；中科院半导体研究所于2000年又研制成功3．7μm室温准连续应变补偿量子级联激光器，使我国成为能研制这类高质量激光器材料为数不多的几个国家之一。

目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作为超薄层微结构材料发展的主流方向，正从直径3英寸向4英寸过渡；生产型的MBE和M0CVD设备已研制成功并投入使用，每台年生产能力可高达3．75×104片4英寸或1．5×104片6英寸。英国卡迪夫的MOCVD中心，法国的PicogigaMBE基地，美国的QED公司，Motorola公司，日本的富士通，NTT，索尼等都有这种外延材料出售。生产型MBE和MOCVD设备的成熟与应用，必然促进衬底材料设备和材料评价技术的发展。

(2)硅基应变异质结构材料。硅基光、电器件集成一直是人们所追求的目标。但由于硅是间接带隙，如何提高硅基材料发光效率就成为一个亟待解决的问题。虽经多年研究，但进展缓慢。人们目前正致力于探索硅基纳米材料（纳米Si／SiO2），硅基SiGeC体系的Si1－yCy/Si1－xGex低维结构，Ge／Si量子点和量子点超晶格材料，Si／SiC量子点材料，GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED发光器件和有关纳米硅的受激放大现象的报道，使人们看到了一线希望。

另一方面，GeSi／Si应变层超晶格材料，因其在新一代移动通信上的重要应用前景，而成为目前硅基材料研究的主流。Si/GeSiMODFET和MOSFET的最高截止频率已达200GHz，HBT最高振荡频率为160GHz，噪音在10GHz下为0．9db，其性能可与GaAs器件相媲美。

尽管GaAs／Si和InP／Si是实现光电子集成理想的材料体系，但由于晶格失配和热膨胀系数等不同造成的高密度失配位错而导致器件性能退化和失效，防碍着它的使用化。最近，Motolora等公司宣称，他们在12英寸的硅衬底上，用钛酸锶作协变层（柔性层），成功的生长了器件级的GaAs外延薄膜，取得了突破性的进展。

2.4一维量子线、零维量子点半导体微结构材料

基于量子尺寸效应、量子干涉效应，量子隧穿效应和库仑阻效应以及非线性光学效应等的低维半导体材料是一种人工构造（通过能带工程实施）的新型半导体材料，是新一代微电子、光电子器件和电路的基础。它的发展与应用，极有可能触发新的技术革命。

目前低维半导体材料生长与制备主要集中在几个比较成熟的材料体系上，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，并在纳米微电子和光电子研制方面取得了重大进展。俄罗斯约飞技术物理所MBE小组，柏林的俄德联合研制小组和中科院半导体所半导体材料科学重点实验室的MBE小组等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子点激光器，工作波长lμm左右，单管室温连续输出功率高达3．6～4W。特别应当指出的是我国上述的MBE小组，2001年通过在高功率量子点激光器的有源区材料结构中引入应力缓解层，抑制了缺陷和位错的产生，提高了量子点激光器的工作寿命，室温下连续输出功率为1W时工作寿命超过5000小时，这是大功率激光器的一个关键参数，至今未见国外报道。

在单电子晶体管和单电子存贮器及其电路的研制方面也获得了重大进展，1994年日本NTT就研制成功沟道长度为30nm纳米单电子晶体管，并在150K观察到栅控源－漏电流振荡；1997年美国又报道了可在室温工作的单电子开关器件，1998年Yauo等人采用0．25微米工艺技术实现了128Mb的单电子存贮器原型样机的制造，这是在单电子器件在高密度存贮电路的应用方面迈出的关键一步。目前，基于量子点的自适应网络计算机，单光子源和应用于量子计算的量子比特的构建等方面的研究也正在进行中。

与半导体超晶格和量子点结构的生长制备相比，高度有序的半导体量子线的制备技术难度较大。中科院半导体所半导体材料科学重点实验室的MBE小组，在继利用MBE技术和SK生长模式，成功地制备了高空间有序的InAs／InAI（Ga）As／InP的量子线和量子线超晶格结构的基础上，对InAs／InAlAs量子线超晶格的空间自对准（垂直或斜对准）的物理起因和生长控制进行了研究，取得了较大进展。

王中林教授领导的乔治亚理工大学的材料科学与工程系和化学与生物化学系的研究小组，基于无催化剂、控制生长条件的氧化物粉末的热蒸发技术，成功地合成了诸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半导体氧化物纳米带，它们与具有圆柱对称截面的中空纳米管或纳米线不同，这些原生的纳米带呈现出高纯、结构均匀和单晶体，几乎无缺陷和位错；纳米线呈矩形截面，典型的宽度为20－300nm，宽厚比为5－10，长度可达数毫米。这种半导体氧化物纳米带是一个理想的材料体系，可以用来研究载流子维度受限的输运现象和基于它的功能器件制造。香港城市大学李述汤教授和瑞典隆德大学固体物理系纳米中心的LarsSamuelson教授领导的小组，分别在SiO2／Si和InAs／InP半导体量子线超晶格结构的生长制各方面也取得了重要进展。

低维半导体结构制备的方法很多，主要有：微结构材料生长和精细加工工艺相结合的方法，应变自组装量子线、量子点材料生长技术，图形化衬底和不同取向晶面选择生长技术，单原子操纵和加工技术，纳米结构的辐照制备技术，及其在沸石的笼子中、纳米碳管和溶液中等通过物理或化学方法制备量子点和量子线的技术等。目前发展的主要趋势是寻找原子级无损伤加工方法和纳米结构的应变自组装可控生长技术，以求获得大小、形状均匀、密度可控的无缺陷纳米结构。

2.5宽带隙半导体材料

宽带隙半导体材主要指的是金刚石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶体等，特别是SiC、GaN和金刚石薄膜等材料，因具有高热导率、高电子饱和漂移速度和大临界击穿电压等特点，成为研制高频大功率、耐高温、抗辐照半导体微电子器件和电路的理想材料；在通信、汽车、航空、航天、石油开采以及国防等方面有着广泛的应用前景。另外，III族氮化物也是很好的光电子材料，在蓝、绿光发光二极管（LED)和紫、蓝、绿光激光器（LD）以及紫外探测器等应用方面也显示了广泛的应用前景。随着1993年GaN材料的P型掺杂突破，GaN基材料成为蓝绿光发光材料的研究热点。目前，GaN基蓝绿光发光二极管己商品化，GaN基LD也有商品出售，最大输出功率为0．5W。在微电子器件研制方面，GaN基FET的最高工作频率（fmax）已达140GHz，fT=67GHz，跨导为260ms／mm；HEMT器件也相继问世，发展很快。此外，256×256GaN基紫外光电焦平面阵列探测器也已研制成功。特别值得提出的是，日本Sumitomo电子工业有限公司2000年宣称，他们采用热力学方法已研制成功2英寸GaN单晶材料，这将有力的推动蓝光激光器和GaN基电子器件的发展。另外，近年来具有反常带隙弯曲的窄禁带InAsN，InGaAsN,GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重视，这是因为它们在长波长光通信用高T0光源和太阳能电池等方面显示了重要应用前景。

以Cree公司为代表的体SiC单晶的研制已取得突破性进展，2英寸的4H和6HSiC单晶与外延片，以及3英寸的4HSiC单晶己有商品出售；以SiC为GaN基材料衬低的蓝绿光LED业已上市，并参于与以蓝宝石为衬低的GaN基发光器件的竟争。其他SiC相关高温器件的研制也取得了长足的进步。目前存在的主要问题是材料中的缺陷密度高，且价格昂贵。

II－VI族兰绿光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美国3M公司成功地解决了II－VI族的P型掺杂难点而得到迅速发展。1991年3M公司利用MBE技术率先宣布了电注入（Zn，Cd）Se／ZnSe兰光激光器在77K（495nm）脉冲输出功率100mW的消息，开始了II－VI族兰绿光半导体激光（材料）器件研制的。经过多年的努力，目前ZnSe基II－VI族兰绿光激光器的寿命虽已超过1000小时，但离使用差距尚大，加之GaN基材料的迅速发展和应用，使II－VI族兰绿光材料研制步伐有所变缓。提高有源区材料的完整性，特别是要降低由非化学配比导致的点缺陷密度和进一步降低失配位错和解决欧姆接触等问题，仍是该材料体系走向实用化前必须要解决的问题。

宽带隙半导体异质结构材料往往也是典型的大失配异质结构材料，所谓大失配异质结构材料是指晶格常数、热膨胀系数或晶体的对称性等物理参数有较大差异的材料体系，如GaN／蓝宝石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引发界面处大量位错和缺陷的产生，极大地影响着微结构材料的光电性能及其器件应用。如何避免和消除这一负面影响，是目前材料制备中的一个迫切要解决的关键科学问题。这个问题的解泱，必将大大地拓宽材料的可选择余地，开辟新的应用领域。

目前，除SiC单晶衬低材料，GaN基蓝光LED材料和器件已有商品出售外，大多数高温半导体材料仍处在实验室研制阶段，不少影响这类材料发展的关键问题,如GaN衬底，ZnO单晶簿膜制备，P型掺杂和欧姆电极接触，单晶金刚石薄膜生长与N型掺杂，II－VI族材料的退化机理等仍是制约这些材料实用化的关键问题，国内外虽已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。

3光子晶体

光子晶体是一种人工微结构材料，介电常数周期的被调制在与工作波长相比拟的尺度，来自结构单元的散射波的多重干涉形成一个光子带隙，与半导体材料的电子能隙相似，并可用类似于固态晶体中的能带论来描述三维周期介电结构中光波的传播，相应光子晶体光带隙（禁带）能量的光波模式在其中的传播是被禁止的。如果光子晶体的周期性被破坏，那么在禁带中也会引入所谓的“施主”和“受主”模，光子态密度随光子晶体维度降低而量子化。如三维受限的“受主”掺杂的光子晶体有希望制成非常高Q值的单模微腔，从而为研制高质量微腔激光器开辟新的途径。光子晶体的制备方法主要有：聚焦离子束（FIB）结合脉冲激光蒸发方法，即先用脉冲激光蒸发制备如Ag/MnO多层膜，再用FIB注入隔离形成一维或二维平面阵列光子晶体；基于功能粒子（磁性纳米颗粒Fe2O3，发光纳米颗粒CdS和介电纳米颗粒TiO2）和共轭高分子的自组装方法，可形成适用于可见光范围的三维纳米颗粒光子晶体；二维多空硅也可制作成一个理想的3－5μm和1．5μm光子带隙材料等。目前，二维光子晶体制造已取得很大进展，但三维光子晶体的研究，仍是一个具有挑战性的课题。最近，Campbell等人提出了全息光栅光刻的方法来制造三维光子晶体，取得了进展。

4量子比特构建与材料

随着微电子技术的发展，计算机芯片集成度不断增高，器件尺寸越来越小（nm尺度）并最终将受到器件工作原理和工艺技术限制，而无法满足人类对更大信息量的需求。为此，发展基于全新原理和结构的功能强大的计算机是21世纪人类面临的巨大挑战之一。1994年Shor基于量子态叠加性提出的量子并行算法并证明可轻而易举地破译目前广泛使用的公开密钥Rivest，Shamir和Adlman（RSA）体系，引起了人们的广泛重视。

所谓量子计算机是应用量子力学原理进行计算的装置，理论上讲它比传统计算机有更快的运算速度，更大信息传递量和更高信息安全保障，有可能超越目前计算机理想极限。实现量子比特构造和量子计算机的设想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一个实现大规模量子计算的方案。其核心是利用硅纳米电子器件中磷施主核自旋进行信息编码，通过外加电场控制核自旋间相互作用实现其逻辑运算，自旋测量是由自旋极化电子电流来完成，计算机要工作在mK的低温下。

这种量子计算机的最终实现依赖于与硅平面工艺兼容的硅纳米电子技术的发展。除此之外，为了避免杂质对磷核自旋的干扰，必需使用高纯（无杂质）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅单晶；减小SiO2绝缘层的无序涨落以及如何在硅里掺入规则的磷原子阵列等是实现量子计算的关键。量子态在传输，处理和存储过程中可能因环境的耦合（干扰），而从量子叠加态演化成经典的混合态，即所谓失去相干，特别是在大规模计算中能否始终保持量子态间的相干是量子计算机走向实用化前所必需克服的难题。

5发展我国半导体材料的几点建议

鉴于我国目前的工业基础，国力和半导体材料的发展水平，提出以下发展建议供参考。

5.1硅单晶和外延材料

硅材料作为微电子技术的主导地位至少到本世纪中叶都不会改变，至今国内各大集成电路制造厂家所需的硅片基本上是依赖进口。目前国内虽已可拉制8英寸的硅单晶和小批量生产6英寸的硅外延片，然而都未形成稳定的批量生产能力，更谈不上规模生产。建议国家集中人力和财力，首先开展8英寸硅单晶实用化和6英寸硅外延片研究开发，在“十五”的后期，争取做到8英寸集成电路生产线用硅单晶材料的国产化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我国应有8～12英寸硅单晶、片材和8英寸硅外延片的规模生产能力；更大直径的硅单晶、片材和外延片也应及时布点研制。另外，硅多晶材料生产基地及其相配套的高纯石英、气体和化学试剂等也必需同时给以重视，只有这样，才能逐步改观我国微电子技术的落后局面，进入世界发达国家之林。

5.2GaAs及其有关化合物半导体单晶

材料发展建议

GaAs、InP等单晶材料同国外的差距主要表现在拉晶和晶片加工设备落后，没有形成生产能力。相信在国家各部委的统一组织、领导下，并争取企业介入，建立我国自己的研究、开发和生产联合体，取各家之长，分工协作，到2010年赶上世界先进水平是可能的。要达到上述目的，到“十五”末应形成以4英寸单晶为主2－3吨／年的SI－GaAs和3－5吨／年掺杂GaAs、InP单晶和开盒就用晶片的生产能力，以满足我国不断发展的微电子和光电子工业的需术。到2010年，应当实现4英寸GaAs生产线的国产化，并具有满足6英寸线的供片能力。

5.3发展超晶格、量子阱和一维、零维半导体

微结构材料的建议

(1)超晶格、量子阱材料

从目前我国国力和我们已有的基础出发，应以三基色（超高亮度红、绿和蓝光）材料和光通信材料为主攻方向，并兼顾新一代微电子器件和电路的需求，加强MBE和MOCVD两个基地的建设，引进必要的适合批量生产的工业型MBE和MOCVD设备并着重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP,GaN基蓝绿光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料体系的实用化研究是当务之急，争取在“十五”末，能满足国内2、3和4英寸GaAs生产线所需要的异质结材料。到2010年，每年能具备至少100万平方英寸MBE和MOCVD微电子和光电子微结构材料的生产能力。达到本世纪初的国际水平。

宽带隙高温半导体材料如SiC，GaN基微电子材料和单晶金刚石薄膜以及ZnO等材料也应择优布点，分别做好研究与开发工作。

(2)一维和零维半导体材料的发展设想。基于低维半导体微结构材料的固态纳米量子器件，目前虽然仍处在预研阶段，但极其重要，极有可能触发微电子、光电子技术新的革命。低维量子器件的制造依赖于低维结构材料生长和纳米加工技术的进步，而纳米结构材料的质量又很大程度上取决于生长和制备技术的水平。因而，集中人力、物力建设我国自己的纳米科学与技术研究发展中心就成为了成败的关键。具体目标是，“十五”末，在半导体量子线、量子点材料制备，量子器件研制和系统集成等若干个重要研究方向接近当时的国际先进水平；2010年在有实用化前景的量子点激光器，量子共振隧穿器件和单电子器件及其集成等研发方面，达到国际先进水平，并在国际该领域占有一席之地。可以预料，它的实施必将极大地增强我国的经济和国防实力。

半导体材料范文第2篇

关键词：氧化锌，稀磁半导体，铁磁性

 

0.引言

当代和未来信息技术都占据着重要的地位，因此随着社会的不断发展,对信息的处理、传输和存储将要求更大的规模和速度。半导体材料在信息处理和传输中有着重要的作用，半导体技术应用了电子的电荷属性；磁性材料在信息存储有着重要的应用，磁性技术利用了电子的自旋属性。但是半导体材料都不具有磁性,磁性材料及其化合物都不具有半导体的性质，因此人们想到了通过掺入磁性离子来获得磁性的方法，即在GaAs、GaN、ZnO等半导体中掺杂引入过渡金属（或稀土金属）等磁性离子，这种通过掺杂而产生的磁性与本征磁性有一定的区别，人们称其为稀磁性。在化合物半导体中，由磁性离子部分地代替非磁性离子所形成的一类新型半导体材料，称之为稀磁半导体。

1. 发展现状

1.1 掺杂具有室温铁磁性的Fe、Co、Ni等过渡磁性金属离子

在ZnO中掺杂引入磁性离子可以使样品产生磁性，因此人们在ZnO中掺入了具有室温铁磁性的Fe、Co、Ni等过渡磁性金属离子，结果发现样品的室温铁磁性对制备技术、生长条件等都有很大的依赖关系。侯登录等人[1]采用磁控溅射法在Si基底上制备Fe掺杂的样品，发现铁磁性是其本征性质。。Liu等人用化学气相沉积法制备了Co掺杂的样品，分析发现掺杂Co的ZnO样品铁磁性与Co的不纯相ZnCo2O 4无关。Akdogan等人用射频磁控溅射法制备了掺杂不同Co离子浓度的的样品，分析得出氧原子的自旋极化对样品长程铁磁序的形成有重要作用，且Co原子的掺杂引起了ZnO的本征铁磁性。Parra-Palomino等人研究发现样品的铁磁性与ZnO中的缺陷有关。

1.2 掺杂具有低温铁磁性的Mn、Cr等过渡磁性金属离子

在ZnO中掺杂引入磁性离子可以使样品产生磁性，因此人们在ZnO中掺入了具有低温铁磁性的Mn、Cr等过渡磁性金属离子，于宙等人[2]用化学方法制备了Mn掺杂的ZnO基稀磁半导体材料，分析发现该材料的铁磁性是由Mn离子对ZnO中Zn离子的替代作用引起的。Robert等用射频磁控溅射法制备了掺杂Cr的ZnO样品。分析发现H原子占据了O的位置并产生了一个深的施主缺陷从而增强了自由载流子数和铁磁的超交换作用，进而导致了样品的铁磁性。

1.3 掺入不具有室温铁磁性的Al、Cu等金属离子

研究发现在ZnO样品中掺入不具有室温铁磁性的Al、Cu等离子样品也可以显示出室温铁磁性。刘惠莲等[3]用柠檬酸盐法合成了一系列掺Cu样品，研究发现铁磁性是其本征性质。Ma等人用脉冲激光沉积法制备了掺杂Al的ZnO样品，发现样品铁磁性与Al原子和Zn之间的电荷传输有关。

1.4 多元素掺杂ZnO基稀磁半导体

邱东江等人[4]用电子束反应蒸发法生长了Mn和N共掺杂的薄膜，发现样品的室温铁磁性很可能源于束缚磁极化子的形成。Gu等人用射频磁控溅射法制备了掺杂Mn和N的ZnO样品。分析发现样品为室温铁磁性,这可能与N原子的掺入使空穴的浓度增加有关。Shim等人用标准固态反应法制备了掺杂Fe、Cu的ZnO样品，发现掺杂Fe、Cu的ZnO的铁磁性起源于第二相。且Fe原子进入ZnO并取代Zn原子是产生铁磁性的主要原因。宋海岸等人[5]在Si(100)衬底上制备了Ni掺杂和(Ni、Li)共掺ZnO薄膜样品。研究发现铁磁性的起源可以用电子调制的机制来解释,Ni-ZnO中的施主电子形成了束缚磁极化子,束缚磁极化子能级的交叠形成自旋-自旋杂质能带,通过这些施主电子耦合即Ni2+原子之间的远程交换相互作用导致了铁磁性。

由于掺杂ZnO是一个新兴的研究方向，因此人们对其研究结果不尽相同有的甚至相反，例如对于Fe掺杂的ZnO基稀磁半导体，Parra-Palomino等人发现掺杂Fe的样品的铁磁性可以用载流子交换机制来解释，侯登录等人[1]发现掺杂Fe的样品的铁磁性可以用局域磁偶极子作用机制来解释。又如对于掺杂样品的铁磁性是样品的本征性质还是非本征性质方面人们的观点也不尽相同，Shim等人发现铁磁性是掺杂Ni的ZnO样品的非本征性质。Akdogan等人发现Co原子的掺杂引起了样品的本征铁磁性。对于掺杂所引起的样品磁性方面，Liu等人研究发现掺杂Co的ZnO样品具有铁磁性，而Tortosa等人发现掺杂Co的ZnO样品是顺磁性的。研究发现样品的铁磁性与制备方法、生长的气体环境、气体压强、生长时间、退火温度、退火时间、掺杂剂量、掺杂元素的种类以及相对含量均有很大的关系。

2. 结论

目前, 对于ZnO基稀磁半导体材料的研究主要集中在两个方面:(1)优化生长参数,获得高质量的薄膜。。(2)选择不同掺杂元素与掺杂量,通过单掺杂或共掺杂,提高薄膜的居里温度,奠定其应用基础。

通过对单掺杂金属的ZnO样品及共掺杂的样品的结构分析、以及电学、磁学、导电性等性质的分析，发现对于相同的掺杂，样品铁磁性的强弱不同，有的结论甚至相反。这与样品的制备技术不同、以及不同的生长环境有关。通过各种制备方法及不同制备工艺得到的ZnO薄膜的性能存在较大的差异,而且可重复率比较低。铁磁性来源和机理分析还需要进一步的系统性研究。。对样品的铁磁性起源理论众多。目前关于稀磁半导体材料铁磁性根源的解释有多种，有载流子交换机制(可以解释具有室温铁磁性的Fe、Co、Ni、V、Cr、Cu、Al等元素掺杂的情况）。载流子导致的铁磁性与反铁磁性竞争机制（可以解释Mn、Cr、Co等元素掺杂的情况）。局域磁偶极子之间相互作用机制（可以解释V、Ni等元素掺杂的情况）。

在实验和理论的统一方面还存在有许多的矛盾之处,而且每种理论都只得到了部分实验证实.因此对ZnO基稀磁半导体的磁性机理的认识还需进一步的提高。可以在以下几个方面开展进一步的更深入的研究。一是改善样品的制备工艺，许多试验重复率很低说明样品的制备过程中有许多影响因素，有待于对其发现并掌握。二是改变掺杂的金属元素，传统的掺杂只对过渡金属进行了大量研究对于非过渡金属的相关研究很少。而且由单掺杂向共掺杂转变是一条很好的思路。

参考文献

[1]侯登录,赵瑞斌.氧空位对Fe掺杂ZnO的铁磁性的影响.商丘学报.2008,24(12):1-6.

[2]于宙,李祥,龙雪等.Mn掺杂ZnO稀磁半导体材料的制备和磁性,物理学报.2008,57,7(4539-4544):1-6

[3]刘惠莲, 杨景海，张永军，等.Cu掺杂ZnO纳米结构的室温铁磁性研究[J].半导体学报,2008, 29(11): 2257-2260.

[4]邱东江,王俊,丁扣宝.退火对Mn和N共掺杂的Zn0.88Mn0.12O :N薄膜特性的影响.物理学报,2008,57(8):5249-5255.

[5]宋海岸,叶小娟,钟伟等.(Ni、Li)掺杂ZnO薄膜的制备及其性能.纳米材料与界构.2008,45(12):698-702.

半导体材料范文第3篇

陈小龙研究员出生于1964年，1984年在山东工业大学获工学学士，1988年在哈尔滨工业大学获工学硕士，1991年获得中国科学院物理研究所的理学博士学位，曾在德国海德堡大学和拜罗伊特大学做洪堡学者。系统的专业基础知识和良好的学术素养训练为他日后的科研道路夯实了基础。陈小龙老师从1993年担任中科院物理研究所副研究员、1997年担任研究员以来，主要开展了宽禁带半导体晶体、新功能晶体探索和物性方面的研究工作，取得了丰硕的科研成果并实现了多项技术突破。1999年，他获得国家杰出青年科学基金、2003年入选中国科学院“百人计划”、2004年起至今兼任中国晶体学会副理事长和国际衍射数据中心(1CDD)中国区主席。于2007年获得“ICDD Fellow”称号，2009年成为“新世纪百千万人才工程”的国家级人选，获得国务院政府特殊津贴，并且在同年获第五届“发明创业奖”特等奖，由他带领的宽禁带半导体材料研究与应用团队还获得了2010年度“中国科学院先进集体”荣誉称号。

陈小龙研究员先后主持了国家“863”、“973”和国家科技支撑计划等23个重大科研项目。他主导并系统开展的碳化硅晶体生长的基础和应用研究工作，解决了多项关键性的科学问题及系列关键技术，成功生长出2N4英寸的高质量晶体，由他带领团队攻克了晶体制备重复性和稳定性等关键的工程化问题，在国内率先实现了碳化硅晶体的产业化；发现非磁性元素铝掺杂在碳化硅晶体中诱导出磁性，通过中子辐照在碳化硅晶体中引入双空位，并从实验和理论上证明了双空位导致磁性，首次在实验上给出直接证据；他还研究发现了一系列新的功能晶体材料，包括新超导体K0.8Fe2Se2和具有潜在应用价值的闪烁晶体YBa3B9O18等，精确测定了大量新化合物的晶体结构，其中120个化合物的衍射数据被ICDD收录为标准衍射数据。新超导体Kn0.8Fe2Se28超导转变机制不同于其它铁基超导体，具有丰富的物理内涵，在引领国际上铁基超导新的研究方向上发挥了作用。

多年来，陈小龙研究员研发并申请的国家发明专利共计45项，其中已经授权的有16项，在国际学术刊物上300余篇，被引用3200多次。

引领创新之路

陈小龙研究员目前主要的研究方向包括：宽禁带半导体碳化硅、氮化铝等晶体生长、物性及应用研究；大尺寸、高质量石墨烯制备和应用研究；多晶×射线衍射结构分析和应用等多个方面。坚持自主创新、引导技术产业化是他一直以来的心愿和努力的方向。

在当今时代，碳化硅作为重要的宽禁带半导体材料，是制作高温、高频、大功率、抗辐射电子和光电器件的理想材料，在军工、航天、固态照明和电力电子等领域具有非常重要的应用价值，对于军事科技、民用工业的发展至关重要。国际权威市场调查报告显示，2009年全球对碳化硅晶片的消耗量为43.5万片，至2015年这一数字将增加到至少200万片，其蓬勃发展将在世界范围内产生极为深远的影响。

但是，碳化硅晶体生长和加工技术被一些发达国家垄断，对我国实行技术封锁，甚至产品禁运。基于我国对碳化硅晶片的迫切需求以及碳化硅基半导体产业的巨大市场、应用前景，陈小龙研究员于1999年带领团队开始开展碳化硅晶体生长的研究工作。十余年间，在国家自然科学基金委、科技部、中国科学院等国家部委和各级地方政府的大力支持和亲切关怀下，陈小龙研究员带领团队坚持自主创新、刻苦钻研，不断进行技术攻关，终于取得了重大突破。

国外销售的碳化硅晶体生长设备价格极其昂贵，而且难以调整所生长晶体的尺寸，难以满足国内大规模产业化的需求。陈小龙研究员带领研究人员自主研发碳化硅晶体生长设备，通过创新性的设计和持续的结构优化，研制出了具有自主知识产权的感应线圈内置式碳化硅晶体生长炉；可以兼容生长2～4英寸的碳化硅晶体；实现了坩埚的轴向运动和自传，可以保持温场的均匀性；采用了流动气氛，能够在10-10000Pa实现动态压力的精确自动控制，线性度高。而具备了这些优势的晶体生长设备制造成本大大低于国外同类设备。

陈小龙研究员带领团队充分利用自主研发的碳化硅晶体生长平台，经过无数次的实验、模拟和总结，终于在碳化硅晶体生长和加工技术上取得了一系列的突破，包括：重点攻克了碳化硅晶体缺陷控制、电阻率调控和化学机械抛光等关键技术，掌握了晶体生长和加工的核心技术，形成了一整套从原料合成、晶体生长、加工、检测到清洗封装的技术路线；成功研制出高质量2-4英寸6H碳化硅和4H碳化硅晶片：微管密度最低可小于1个／c、X-射线摇摆曲线半高宽小于30弧秒、位错密度小于104／c、半绝缘晶片的电阻率大于106Q・cm、导电4H碳化硅晶片的电阻率控制在0.02 Q・cm以下，产品技术指标达到国际同类产品先进水平。在科研攻关的同时，陈小龙研究员高度重视知识产权保护，已经先后申请相关的国家发明专利24项，其中已授权6项，并且提交行业标准草案2项，同时正在申请美国和日本专利。

实现成果产业化

在中国科学院和新疆生产建设兵团的大力支持下，2006年9月，陈小龙研究员团队开发的碳化硅晶体生长相关技术成功进行了产业化，成立了北京天科合达蓝光半导体有限公司，这标志着我国在该领域实现了零的突破。在产业化的过程中，陈小龙研究员的团队实现了产研结合，建立了拥有48台晶体生长炉的碳化硅晶体生长和加工线，形成了年产3万片的能力，成功地将实验室晶体生长和加工的研究成果推广到大规模的工业化生产，并保证了生产的稳定性和重复性。陈小龙研究员主导的研发中心在大尺寸(4英寸)碳化硅晶体生长和提高晶体质量方面取得了快速进展。目前天科合达公司生产的2-4英寸导电碳化硅晶片、半绝缘碳化硅晶片成功销往20多个国家和地区，广受好评。自2009年以来，公司连续被国际著名半导体咨询机构YOLE公司列为全球碳化硅晶片主要制造商之一。

半导体材料范文第4篇

鼎龙股份(300054)在CMP抛光垫产品的产业化方面，已经进入到最后的客户验证测试评价阶段；江丰电子(300666)是国内最大的半导体芯片用高纯溅射靶材生产商。

个人认为： 今天收盘前提示大家，尾盘恐慌盘出现，那么明日指数会是开盘后出现小幅反弹，然后冲高回落的走势。

短期调整未结束，建议观望为主，目前不适合加仓或者抄底；题材上继续关注近期介绍的券商概念，近日支撑明显，短期受到市场资金关注形成反弹；个股耐心等待地量止跌的信号出现。

所以操作上，如果不是打板不要来回去追热点，跟风的股票很容易冲高回落当日就浮亏，我们应当在上证大盘回调之际，逢低买入一些涨幅不大，但图形也成多头排列的个股。

短线投资者如果手中股票最近涨幅过大，可在大盘冲高之时减仓卖出，等待回调有一定的差价之后，再次买入，由此作为差价，能把成本进一步降低，如果没有看盘时间的朋友们可继续持股等涨。

半导体材料范文第5篇

一、年办理工作的主要情况

年，县人大代表和政协委员充分履行职责，从不同角度、不同层面，对政府工作和人民群众关心的问题提出了许多好的建议和提案。其中，交由县政府系统办理的人大代表建议52件、政协提案55件，共涉及政府系统承办单位48个，所有建议提案均在规定期限内全部办理完毕。建议提案反映的大多数问题已经得到解决，一些工作取得了阶段性成果。从办理结果来看，代表所提问题已经解决或基本解决的（A类）24件，占22.4%；正在解决或列入计划准备解决的（B类）48件，占44.85%；因条件限制或其它原因，需继续研究解决的（C类）31件，占28.97%；因条件限制或政策不允许，目前不能解决或采纳、留作参考的（D类）2件，占1.8%。在建议提案办理工作中，县政府及相关部门始终坚持以人为本，深入贯彻落实科学发展观，不断创新办理工作机制，强化办理工作措施，突出重点，主动沟通，注重解决实际问题，确保了建议提案办理质量。

回顾总结去年的办理工作，我们取得了一定的成绩，但也还存在着一些问题，主要表现在以下几个方面：一是少数承办单位领导思想认识不到位。对办理工作重视程度不够，积极性、主动性不高，办理力度不够大，存在敷衍了事的现象；二是重答复、轻落实的问题依然存在。对建议提案的办理，只在注重研究如何答复，没有深入实际了解问题、研究解决问题的办法。对承诺解决的问题，没有抓好落实、彻底解决；三是面商沟通工作还有待加强。对一些由于政策限制或其它客观原因一时还难以办理的建议提案，有些承办单位面商工作没有及时跟进，对代表委员的解释沟通不到位，没有主动地争取代表委员的支持和理解，代表委员满意度不高。上述工作中存在的问题，反映了其背后存在的认识、态度、作风、组织领导等方面的问题，希望各承办单位进一步提高认识，顾全大局，主动积极，克服困难，扎实做好今年的办理工作。

二、今年“两会”所提建议提案的基本情况

今年“两会”期间，代表和委员们紧紧围绕全县经济社会发展的大局，在深入调查研究的基础上，提出人大代表建议64件，政协委员提案45件。另外，收到省政协委员提案1件，州人大代表建议2件，州政协委员提案3件。代表委员们围绕改善全县经济社会发展环境、加快基础设施建设、大力发展工业经济和农业产业化、发展社会事业、解决困难群众生产生活问题等，提出了大量有价值的建议，主题鲜明，内容翔实，意见中肯，集中反映了人民群众对县委、县政府抢抓发展机遇、促进晴隆经济社会又好又快发展的热切期望，具有较强的前瞻性、指导性、针对性和操作性。这些建议和提案，县政府办已进行了整理、分类、登记，并根据各单位的职责形成了《人大代表建议、政协委员提案办理分解表》，今天正式交给各承办单位，请各单位高度重视，及时清理核对，认真进行梳理、分析、研究，并与本单位的工作同安排、同部署、同落实，切实抓紧抓实抓好。

三、真抓实办，认真做好今年建议提案的办理工作

（一）统一思想，真情办理。

今年是“”与“十二五”规划承上启下的关键之年，也是我县加快发展的关键之年，做好今年的建议提案办理工作，对推动全县经济社会发展具有十分重要的意义。一是必须认识做好办理工作是政府职能部门的一项政治任务。人大代表建议是宪法赋予代表的重要权利，是人大代表积极参政议政、实行监督职能的重要途径；政协委员提案是人民政协履行政治协商、民主监督职责的具体体现。认真办理建议提案，事关政府与人民群众的密切联系，对于改进政府工作、促进科学发展具有十分重要的意义。二是必须认识做好办理工作是政府职能部门接受监督的有效途径。主动接受人大法律监督、工作监督和政协民主监督是政府职能部门政府依法行政的具体体现。以严肃、认真的态度办理人大建议和政协提案，是政府依法行政的要求，是自觉接受监督的要求，也是政府和政府各部门的一项重要职责。三是必须认识做好建议提案办理工作是坚持发展为了人民、发展成果由人民共享的一个重要体现。人大建议和政协提案大多是在深入调研的基础上提出来的，集中反映了人民群众的真实意愿和切身利益。特别是重点建议和重点提案，关注的都是我县发展大局中的重大问题，体现了人民群众的迫切要求，要格外重视，重点办理。通过认真办理建议、提案，切实解决好群众最关心、最直接、最现实的利益问题，努力打造服务型的、对人民高度负责的政府。各承办单位要把办理建议提案工作，当作践行“三个代表”重要思想，贯彻十七大精神和落实科学发展观的有效方式，作为倾听群众呼声，深入了解民情、充分反映民意、广泛集中民智的重要渠道。要时刻牢记全心全意为人民服务的宗旨，摆正政府和人民群众的关系，进一步增强使命感和责任心，认真负责、积极主动、扎扎实实地办好每一件建议提案。

（二）强化责任，真心办理。

一是建立县长阅批建议提案制度。县政府各副县长将逐一阅批今年分管工作内的每一件建议和提案，签署明确的办理意见，督促分管单位及时办理，并从中各自选择至少2件牵涉面广、难度大的重点建议提案作为重点督办件。对此，各个承办单位必须提高认识，加强与代表委员的沟通联系，突出重点，着眼于解决实际问题，努力做到办一件成一件，切实办出成效。二是要认真落实办理责任。会后，各承办单位要召开专题会议进行研究，扎实落实办理任务，明确办理时限和质量要求。具体责任要到领导、到股室、到工作人员，确保交办有人接、层层有人抓、事事有人办、件件有着落。各承办单位要建立办理工作主要领导负责制，单位的主要负责人要切实履行好第一责任人的职责，要把办理工作纳入重要议事日程。对建议和提案要主动提出办理意见，遇到矛盾和问题要亲自协调解决，对一些重要问题的书面答复要亲自审核、签发，对反馈不满意的建议、提案要亲自处理。县政府将坚持把办理情况纳入目标管理作为考核部门工作和评价领导政绩的一项重要内容。三是要明确办理要求。交办会后，各承办单位要对所承办的建议提案进行认真分析研究，结合工作实际，尽快制定工作方案，加快办理速度，及时与代表、委员见面。要做到按程序办理、按时限办结、按要求反馈。四是要加强沟通。各承办单位要采取多种形式，加强与代表委员的联系和沟通，通过走访、调研、座谈、电话、信函等多种方式，认真听取和分析代表委员的意见和建议。要加大现场办理和与代表委员见面沟通的力度，当面征求意见，直接了当地反馈办理工作情况，以便更好地促进办理工作。

（三）解决问题，真实办理。

一要突出办理重点。各承办单位必须紧紧围绕县委、县政府的中心工作，把握重点、关注热点、强攻难点，以重点建议提案的办理为突破口，带动整个办理工作的深入开展。要突出五个重点：县委、县政府的重点工作是办理的重点，事关大多数群众切实利益的问题是办理的重点，代表委员多次提出但尚未解决的问题是办理的重点，代表委员书面答复后反馈不满意的问题是办理的重点。二要提高办理实效。各承办单位务必要在提高办理实效上下功夫，注重解决实际问题。对已具备条件解决的问题要立即着手解决，对初步具备条件但还存在一定困难的要积极创造条件争取早日解决，对短期内不能解决的要及时与提议人沟通情况，说明原因，取得其谅解。今年的建议提案办理工作答复满意率要达到50%以上。三要加强协调配合。对涉及多部门工作的综合类建议提案，要实行牵头部门责任制。牵头部门应主动协调各协办部门认真办理并负责见面、回函，答复代表和委员；各协办部门要积极主动配合牵头部门工作，要将本部门的办理结果按牵头部门拟定的时限报牵头部门，确保办理的完整性和一致性；对难以协调的重大事项，牵头部门可请示分管副县长研究解决办法。

（四）强化督办，真切办理。