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摘要：当今社会发展的三大推动力是能源、材料和信息。其中以半导体为代表的电子材料的发现和应用都是时代关注的重点。半导体材料在生产生活中的应用极大地提高了生产效率，降低了生产成本。同时促进了工业、农业、商业、科技、教育、卫生以及生物工程、航空航天等各个领域的全面发展。极大的提高了国家的科技水平和经济实力，正是因为半导体材料在生产实践中发挥了巨大的作用，所以我们更应该对于半导体材料的性能和应用有清晰的认识，以保障在未来的科技进步和社会发展中能够更好地发挥半导体材料的作用。
关键词：半导体材料；性能分析；应用
1广义半导体材料
广义半导体材料的定义是半导体器件制造厂商给出的，它是基于半导体器件制作的流程(芯片设计、制造、封装与测试)来定义的。芯片设计，包含电路设计、版图设计、光罩(掩模版)设计等；芯片制造，包含硅片、氧化、光刻、离子注入、金属布线、刻蚀等；芯片封装，包含晶圆减薄、切割、贴片、键合、塑封、电镀、打标等；器件测试，包含环境测试、成品检验等。半导体器件制造厂商给出的半导体材料定义包含芯片制造和芯片封装所使用的材料。
半导体芯片制造材料主要包含：硅片、光刻胶、湿化学品、高纯电子特气、CMP材料、靶材、石英制品等。各种材料受市场环境的影响，每年所占比例会有微小变动。从半导体材料产品占比来看，硅片是集成电路芯片制造中最为重要的原材料，在半导体材料总体中占比最大，其他材料都是随硅片的反复加工而产生的。硅片一般包括抛光片、退火片、外延片及SOI片等，其在整个半导体材料总费用的占比为32%～40%。
2狭义半导体材料
狭义半导体材料一般指电阻率为10-5～1012Ω·cm，介于金属和绝缘体之间的材料，是制作晶体管、集成电路、电力电子器件、光电子器件的重要基础材料。按此定义，半导体材料的范围也是十分广泛的。首先，半导体材料可分为无机半导体材料和有机半导体材料2大类。
有机半导体材料：指具有半导体特性的有机化合物，指含分子中含有碳键的化合物，在一些有机化合物中与碳键垂直的方向上，会存在电子云重叠而成的导带，通过化学或电化学掺杂，载流子能容易地进入能带，使电导率发生巨大变化，从而形成有机化合物半导体。有机物化学半导体相比于无机化合物半导体有明显的优势，有机化合物不但价格低廉，更容易溶解，材料重量更轻，加工过程更容易。更重要的是，能够通过控制分子来控制导电性能，这使得有机化合物半导体具有更广泛的用途。目前对于有机化合物半导体的研究主要集中在材料和器件上，如有机薄膜、有机太阳能、有机照明等。
无机半导体材料：指由无机物构成的半导体材料，种类繁多，划分方法也有多种。
①按组分划分：可分为元素半导体材料和化合物半导体材料。化合物半导体材料又可划分为二元、三元等多元化合物半导体材料。二元化合物半导体材料又可分为Ⅱ-Ⅵ族、Ⅲ-Ⅴ族、Ⅳ-Ⅳ族、Ⅴ-Ⅵ族等化合物半导体材料。
元素半导体材料：元素半导体是指半导体材料由单一化学元素构成，在元素周期表有12种具有半导体性质的元素。中S、P、As、Sb和I元素都不太稳定，容易发挥；灰Sn在室温下会转变为白Sn，白Sn已经属于金属；B、C元素的熔点太高，制成单晶的过程十分困难；Te元素十分稀缺，无法大量用于半导体器件的制作。这样只剩下Se、Ge和Si三种元素适用于半导体材料应用。Se曾主要被用于制作电池和整流器，后被淘汰，现在Se在非晶半导体器件领域还有使用；Ge曾在晶体管发明出来后迅速兴起，后来被性能更好的Si所替代，现在Ge只在低压、低频、中功率晶体管和光电探测器等分立元件中还有使用；而Si一直作为半导体的主要材料。这是由3方面因素共同导致的：一是地壳中Si含量27%，存储量极其丰富，而且元素的提炼和结晶也十分方便，有大规模应用的条件；二是Si的禁带宽度是1.12eV，相对于其他半导体材料更加能适应高温工作；三是由于SiO2膜具有纯化和掩蔽作用，纯化作用可以大大提高半导体器件的稳定性和可靠性，掩蔽作用推动了半导体器件制作实现了平面工艺，为大规模自动化的工业生产和集成化创造了条件。
二元化合物半导体材料：Ⅱ-Ⅵ族：硫化锌、硒化隔、硫化镉等；Ⅲ-Ⅴ族，砷化镓、磷化铟、磷化镓、氮化镓、锑化铟、氮化铝等；Ⅳ-Ⅳ族，碳化硅、锗化硅等；Ⅲ-Ⅵ族，氧化镓等；Ⅴ-Ⅵ族，碲化铋等。三元化合物半导体材料：磷锗锌、砷锗隔、磷砷镓等。四元化合物半导体半导体材料：AlGaInP、InGaAsP等。五元化合物材料：AlGaInAsN等。
②按结晶状态划分：可分为晶体、非晶、固溶体等半导体材料。
③按禁带宽度划分：可分为窄禁带、宽禁带、超宽禁带等半导体材料。
④按光电子器件应用划分：可分为光电探测材料、发光材料、光电转换材料及太赫兹材料等。
光电探测材料又可分为红外探测、可见光探测及紫外探测。
⑤按微电子器件性能划分：可分为第一代、第二代、第三代、第四代等半导体材料，这种划分方法是目前使用频率最高的。
第一代半导体材料(元素半导体材料)：锗、硅为代表。第二代半导体材料：(Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料)砷化镓、磷化铟为代表。第三代半导体材料(宽禁带半导体材料)：碳化硅、氮化镓为代表。第四代半导体材料：(超宽禁带半导体材料)氮化铝、氧化镓、金刚石为代表。
还有二维半导体材料：石墨烯、MoS2、WS2等。
3以应用领域为视角的半导体应用
3.1半导体材料的光伏应用
3.1.1晶体硅太阳能电池
晶体硅太阳能电池主要用到的半导体材料是晶体硅，它是目前世界上半导体材料光伏中最成熟的主导产品。其中单晶硅电池的最高转化效率为FZSi单晶电池创造的24%，商品单晶硅电池的转化效率一般为14%～17%。多晶硅电池中的最优秀者是转化效率达到19.8%的MC-Si电池，商品MC-Si电池的转化效率一般在12%～14%，这种太阳能电池占据了晶体硅一半以上的市场份额。带状Si电池相对出现的比较晚，它在制作过程中不需要经过切片过程，因此提高了材料的利用效率，目前最高的转换效率是蹼状法带状Si电池制造的17.3%。
3.1.2薄膜电池
薄膜电池相比于晶体硅更能降低生产成本，其中非晶硅(a-Si)电池是最早实现商品化的薄膜电池，目前最好的转化率为13%。多晶和微晶硅电池的有源区比较薄，可以保证在材料质量下降的同时维持器件性能不变，其中最高的转化效率是23.7%。
3.2半导体材料的照明应用
LED是建立在半导体晶体管上的半导体发光二极管，采用LED技术的半导体光源体积小，可以实现平面封装，工作时发热量低、节能高效，产品寿命长、反应速度快，而且绿色环保无污染，还能开发成轻薄短小的产品，一经问世，就迅速普及，成为新一代的优质照明光源，目前已经广泛的运用在我们的生活中。如交通指示灯、电子产品的背光源、城市夜景美化光源、室内照明等各个领域，都有应用。
3.3在大功率电源转换中的应用
交流电和直流电的相互转换对于电器的使用十分重要，是对电器的必要保护。这就要用到等电源转换装置。碳化硅击穿电压强度高，禁带宽度宽，热导性高，因此SiC半导体器件十分适合应用在功率密度和开关频率高的场合，电源装换装置就是其中之一。碳化硅元件在高温、高压、高频的又一表现使得现在被广泛使用到深井钻探，发电装置中国的逆变器，电气混动汽车的能量转化器，轻轨列车牵引动力转换等领域。由于SiC本身的优势以及现阶段行业对于轻量化、高转换效率的半导体材料需要，SiC将会取代Si，成为应用最广泛的半导体材料。
结 语
随着我国各方面的快速发展，信息产业的发展也为行业带来一定的影响，使得作为基础原料的单晶体硅和多晶体硅的需求量增加，材料行业被赋予更高的要求，必须进一步完善和发展，与半导体行业相互促进，共同提高。半导体及相关行业，应牢牢抓住机会，迎接挑战，促进我国更好更快发展。
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