关注环境变革 积极应对挑战——我国光电子产业的发展分析

发展中的朝阳产业 从20世纪70年代中期开始，美国在加利福尼亚洲圣何塞地区建立采用半导体材料硅制造微电子产品的产业基地——硅谷。“硅谷”的建设和成功发展，促使美国和北美洲地区的电子计算机硬件和软件迅速发展，并很快在全世界掀起了微电子技术和微电子产业发展的巨大冲击波，把人类带入了电子时代。     

国内外硅半导体材料产业现状及发展

概述了国内外硅半导体材料（多晶硅、单晶硅、硅片）的产业现状,得出国内外硅半导体材料产业、市场及技术状况的基本结论,并分析了我国硅半导体材料产业发展的机遇、存在的问题及发展的趋势.     

未来纳米电子器件构筑基元——简评《硅纳米线分析》

由于传统的“自上而下”的微电子工艺受经典物理学理论的限制,依靠这一工艺来减小电子器件尺寸将变得越来越困难,但摩尔定律指出,在微处理器中晶体管的数量在18个月内就要翻一番,且晶体管的面积和成本也不断地成比例下降,这就引发了目前工艺和电子器件发展之间的矛盾,这一矛盾的解决要求半导体领域的科研工作者去寻求新的工艺手段和新型半导体材料来满足未来半导体器件微型化发展的要求。硅基一维纳米材料被认为是未来微电子器件微型化的关键材料之一,它与现代硅基微电子体系完全兼容,可作为纳米器件的基本结构基元,因此在未来电子器件的纳米化进程中具有重要的作用。     

前言

微电子和光电子器件是现代信息技术的硬件基础．半导体硅(Si)是当前制备微电子器件最重要的材料，但由于其间接带隙的能带结构和弱的电光效应，限制了在光电子器件方面的应用．几十年来，人们一直在探索能在单块Si片上集成微电子器件和光电子器件的途径，如果这一技术被突破，无疑将对未来的通讯、显示、计算机等信息技术产生深远的影响．     

先进半导体研究院：引领第三代半导体产业新变革

<正>建设背景硅及先进半导体材料是发展半导体技术的基石,是全球半导体产业竞争的焦点。近年来,以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体材料,以其优越的性能和巨大的市场前景,迅速开辟出全球半导体市场的新赛道。我国《“十四五”规划和2035年远景目标纲要》中明确提出,要加速推动以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体新材料新技术产业化进程,催生一批高速成长的新材料企业,极大促进第三代半导体产业在我国更快更好地发展。     

硅基半导体光电子材料的第一性原理设计

具有特定功能的半导体材料的计算设计，是计算材料科学的一个重要研究领域．由于半导体的诸多性质取决于价带顶和导带底的电子态及其中的载流子分布，因此带隙的大小和能带极值的对称性便成为半导体材料设计最受关注的问题．为了进一步解决硅基光电子集成（OEIC）技术发展的瓶颈．设计具有直接带隙特性的硅基新材料并使其成为有效的光发射体，是一项富有挑战性的工作．本文在分析大量半导体能带结构的基础上，给出类sp系列半导体由间接带隙过渡到直接带隙的主要物理机制，并以对称性概念、芯态效应和电负性差效应为基础，提出一种新的直接带隙半导体材料设计方案．根据这个方案所表达的设计思想，我们对当前十分受关注的硅基光发射材料进行了计算设计．结果发现，用VI族元素在硅生长时进行周期性插层的、具有正交和四角点群对称性的人工微结构材料VIA／Sim／VIB／Sim／VIA具有直接带隙特性．其中当m=5或奇数时，材料有四角结构对称性，而m=6或偶数时是正交结构对称性．VI“。。是在〈001〉生长方向生长的单层VI族元素．这类材料的优点在于可自然地与硅实现晶格匹配，与微电子技术相兼容，并可较容易的用现行的MBE、MOCVD或UHV-CVD生长方法实现．预期这类新材料及其相应器件的研制开发．将大大开拓全硅OEIC和硅光子集成（PIC）技术的进一步发展．     

发光多孔硅研究进展

发光多孔硅研究进展ＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅｉｎＰｏｒｏｕｓＳｉｌｉｃｏｎ￥／／秦国刚（北京大学物理系，教授北京１００８７１）硅是最重要的半导体材料，它在微电子领域有十分重要而广泛的应用。室温下硅的禁带宽度为１．...     

高附加值产品助推信息产业发展

电子信息材料是指在微电子、光电子技术和新型元器件基础产品领域中所用的材料，主要包括单晶硅为代表的半导体微电子材料；激光晶体为代表的光电子材料；介质陶瓷和热敏陶瓷为代表的电子陶瓷材料；钕铁硼永磁材料为代表的磁性材料；光纤通信材料；磁存储和光盘存储为主的数据存储材料：压电晶体与薄膜材料；贮氢材料和锂离子嵌入材料为代表的绿色电池材料等。这些基础材料及其产品支撑着通信、计算机、信息家电与网络技术等现代信息产业发展。     

抢占发展先机培育壮大科技产业集群

半导体照明产业是半导体发光技术和传统照明产业相结合的新兴产业，是最具发展前景的高技术产业之一。目前，国内外半导体照明产业发展迅猛。半导体照明技术是光电子产业的核心技术之一。随着第三代半导体材料氮化镓的突破和发光二极管(LED)的问世，半导体照明以其节能、环保和长寿命的优异特点正在引发一场新的产业革命——照明革命。     

硅基集成光波导放大器的最新研究进展

在信息化进程中,随着摩尔定律越来越接近极限,将微电子和光电子结合起来,开发硅基大规模光电子集成技术已经成为技术发展的必然和业界的普遍共识.在硅基光电子集成器件中,硅基光源是重中之重.虽然硅是间接带隙半导体材料,发光效率很低,但人们一直没有放弃制备硅基光源.硅基光源包括硅基光波导放大器、发光二极管、激光器等,其中硅基光波导放大器又是激光器的基础,是硅基光电子集成回路中不可或缺的器件,如果光波导放大器有足够高的净增益,在光波导放大器的两端设计合适的谐振腔就可以获得光泵的激光.本文着眼于硅基光波导放大器,介绍了目前硅基光波导放大器最主要的两个研究方向,即硅基混合集成Ⅲ- Ⅴ族半导体光波导放大器和硅基掺稀土离子光波导放大器.并分别讨论了这两个研究方向的原理、制备方法、发展过程等,列举了相关的典型研究成果,最后简单介绍了其他光放大技术,并做了相应的分析、总结和展望.     

硅外延材料制造过程中先进配套条件的研究

应用于半导体产业的硅外延材料,其制造工艺的发展迄今已将近50年。一方面,为了满足硅外延片从小尺寸向大尺寸发展以及材料均匀性要求的不断提高,其制造设备从多片式外延炉向单片式外延炉发展;另一方面,随着半导体元器件制造对硅外延片的质量如材料洁净度、生产稳定性等方面提出了更高的要求,硅外延材料制造过程中的配套条件也经历了一系列的发展,例如,气体纯化器、起泡器、气体流量补偿器等配套装置的应用,极大改善了硅外延片的质量。通过对气体纯化器、起泡器、气体流量补偿器原理进行介绍,阐述其与硅外延片质量改善的关系。     

非硅微电子学:锗与锗锡场效应晶体管

本文讨论了非硅微电子学,即在硅衬底上利用非硅沟道材料实现互补型金属氧化物半导体(Complememaw Metal Oxide Semiconductor,CMOS)集成电路的微电子科学与技术.文章重点综述了高迁移率锗与锗锡沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET)以及隧穿场效应晶体管(Tunneling Field Effect Transistor,TFET)的研究进展.锗与锗锡具有比硅(Si)材料高的空穴和电子迁移率且容易实现硅衬底集成,是实现高迁移率沟道CMOS器件的理想备选材料.通过调节锡组分,锗锡材料可实现直接带隙结构,从而获得较高的带间隧穿几率,理论和实验证明可用锗锡实现高性能TFET器件.本文具体分析了锗锡MOSFETs和TFETs器件在材料生长、表面钝化、栅叠层、源漏工程、应变工程及器件可靠性等关键问题.     

应用于半导体工业的硅外延炉发展历程

随着半导体产业的快速发展,传统的硅抛光片已不能完全满足半导体器件的需求。硅外延片具有质量高、电学性能优越的特点,在分立器件和IC领域已被广泛应用。硅外延片质量的不断提高有赖于外延生长工艺的改进,生长工艺的进步有得益于硅外延炉设计的改进。通过对各个时期出现的硅外延炉的主要技术特点进行讨论,回顾硅外延炉50年来的发展历程,为今后外延炉设计的发展提供参考借鉴。     

硅基Ⅳ族材料外延生长及其发光和探测器件研究进展

硅基光电集成回路是信息时代最具影响力的核心技术之一,由硅基光源、光电探测器、光调制器等模块组成.硅材料是微电子集成电路的基石,然而在光电集成方面却遇到了瓶颈.首先,由于硅是间接带隙材料,其发光效率极低,因此难以应用于硅基高效光源的研制.其次,硅在近红外通讯波段吸收系数很低,因此在近红外光电探测器的应用中具有较大的局限性.然而,研究者发现,通过能带工程将硅与其他Ⅳ族材料相融合不仅可以有效提高直接带高效发光效率,同时能使材料在近红外波段具有较高的吸收系数.因此,以Ⅳ族材料为基础,与硅工艺兼容的硅基光电集成回路引起了研究者的广泛关注.本文综述了课题组在硅基材料外延生长及其发光和探测器件方面的研究进展.介绍了硅基Ⅳ族材料Ge,SiGe/Ge异质结和量子阱材料的外延生长技术,以及硅基GeSn量子点发光材料的制备新方法.基于硅基Ⅳ族异质结构材料,发展调制金属与半导体接触势垒高度新机理,研制了多种结构的光电探测器.设计并制备了与互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)结构兼容的横向异质结以及双有源区垂直共振腔型两种结构硅基电致发光器件,有效提升器件的发光性能,并观察到应变锗发光增益现象.     

薄膜压力传感器的研究进展

物联网产业的发展使传感器的研究得到越来越多的重视。薄膜压力传感器作为传感器的一个重要分支,因其优异的性能得到广泛的使用。简要地介绍了薄膜压力传感器的组成及原理,详细介绍了不同种类材料制成薄膜压力传感器的特点,重点突出了不同合金材料、半导体材料制成的传感器之间性能的差异,并为电阻层材料的选取提供参考意见。通过总结薄膜的制备方法,来阐述在薄膜压力传感器中薄膜的制备技术,总结近年在薄膜制备技术上进行的研究,最后基于近年纳米材料、微电子机械系统（micro-electro-mechanical systems,MEMS）技术、微波技术等技术的发展,结合薄膜压力传感器的研究现状,对其未来的发展进行展望。     

MEMS在多物理场仿真和实验测试方面的进展 第二卷

硅是地壳上最丰富的半导体,性质优越而工艺技术比较成熟,绝佳的电学特性和机械特性成就了MEMS（微机电）技术的发展,开辟了一个全新的技术领域和产业,采用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。     

第三代半导体迎来新发展机遇

半导体材料是信息技术的核心基础材料,一代材料、一代技术、一代产业,半个多世纪来从基础技术层面支撑了信息技术翻天覆地的变化,推动了电子信息科技产业可持续蓬勃发展.同样地,信息技术和电子信息科技产业发展需求又驱动了半导体材料与技术的发展.     

高效能半导体器件进展与展望

随着数字时代的不断发展,中国"3060碳战略"目标的确立,绿色低碳成为我国各行业发展主要导向,其中,高效能半导体器件发展应用成为推动汽车电子、电子信息、大数据中心等领域节能降耗的重要趋势.从硅、锗为代表的传统半导体材料到现在以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体材料,再到以金刚石、氧化镓为代表的超宽禁带半导体材料,支撑半导体器件的性能不断提升,促进射频通信、高功率器件、照明器件等方面革新发展.主要介绍了宽禁带半导体和超宽禁带半导体的研究进展,分析了高效能半导体在射频通讯、汽车电子、航空航天、新型显示等新兴领域的应用前景,总结了目前超宽禁带半导体发展主要面临的难点问题,结合当前相关的研究成果,展望高效能半导体科研、技术及产业的发展趋势,对于我国半导体科技与产业发展都具有重要的指导意义.     

宽禁带半导体 中国科学家谈科学

宽禁带半导体,突破了第一、二代半导体材料的居里温度远低于室温的困境,在高温、大功率应用中有很大的潜力。在同一材料体系实现非易失性自旋存储和电、光信号处理器件的集成,将成为宽禁带半导体微电子发展的远期目标。     

新一代宽禁带半导体材料

回顾半导体的发展历程,随着不同时期新材料的出现,半导体的应用先后出现了几次飞跃。首先,硅材料的发现使半导体在微电子领域的应用获得突破性进展,日用家电和计算机的广泛应用都应该归功于硅材料的应用。而后,砷化镓材料的研究则使半导体的应用进入光电子学领域。用砷化镓基材料及其类似的一些化合物半导体,如镓铝砷、磷镓砷、铟镓砷、磷化镓、磷化钠和磷砷化镓等,制备出的发光二极管和半导体激光器在光通信和光信息处理等领域起到不可替代的作用,由此也带来了VCD和多媒体等的飞速发展。 目前,人们又开始研究新一代的宽禁带半导体材料。其中最有意义的是碳化硅、氮化镓和氧化锌。这些材料的共同特点是它们的禁带宽度在3.3到3.5电子伏之间,是硅的3倍,比