周成 王智远
西安电力电子技术研究所 陕西西安 710000
摘要：随着社会经济的发展，我国的材料有了很大进展，历史上任何一种新的材料发现和应用都会极大地促进社会的发展。半导体是重要的电子材料，在电子领域得到了广泛的应用。文章系统地分析了半导体材料的性能，对半导体材料在社会生活中的应用做了阐述。
关键词：半导体材料；概念及分类；应用；发展前景
引言
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。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。
1半导体的分类
自然界的物质和材料千千万万，如果按导電能力划分，可以将所有的物质分为导体、半导体和绝缘体三种。其中半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，其电阻率在1mΩ/cm～1GΩ/cm之间。半导体可以用来做半导体器件和集成电路的电子材料。依据半导体材料的化学成分，可以将半导体分为元素半导体、无机化合物半导体、有机化合物半导体和非晶态半导体。
2半导体材料的性能
2.1半导体硅材料
近年来，不断有新型的半导体被研制出来，而硅凭借其资源丰富、价格低廉以及性能优良等特点，也使其在半导体市场中占据了主要的地位，日常生活中人们生产的绝大部分电子产品中都是以硅为基础材料制作而成的。还有一些超大规模集成电路、大规模集成电路和集成电路也都是通过硅材料或者是硅晶体的衍生材料制作而成的，由此可见，硅材料在集成电路的发展中有着推进的作用。早在20世纪末硅材料就被研究和开发成为电子科学技术的主要材料，并且应用到了各个领域，其每年的需求量也都呈现急速增长的趋势。依照现在世界各国所消耗的硅材料的数量来看，硅在未来极有可能成为电子通信领域以及计算机领域中的重要半导体材料。如果在科技发展的过程中没有硅材料的支持，就不会使电子科技领域在短时间内得到迅速发展。由于半导体硅材料可以分为多种不同的类型，像多晶体硅、单晶体硅、非晶体硅这些类型，使得他们在半导体中的应用也能起到不同的用途。
2.2无机合成物半导体
除了由单一元素构成的半导体材料，还有多种元素构成的半导体材料，这就是化合物半导体，具有半导体性质的主要有Ⅰ族与Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ族；Ⅱ族与Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ族；Ⅲ族与Ⅴ、Ⅵ族；Ⅳ族与Ⅳ、Ⅵ族；Ⅴ族与Ⅵ族；Ⅵ族与Ⅵ族的结合化合物，但是由于全球储存量、元素特性和制作难度等因素的影响，并不是每一种化合物都能作为于半导体材料，使用比较多的是GaAs和InP。GaAs的禁带宽度为1.43eV，拥有比Si更高的适应温度，电子迁移率是Si的6倍，因此常被用来制作高速器件。InP的许多性能甚至比GaAs更好，它的电子迁移率更高，更耐辐射，导热性好，可以应用在光化学蚀刻上，频率高，击穿场强高，用InP制造的晶体管的速度比其他材料都高，是目前用来制造结型场效应晶体管、高频器件、抗核辐射器件以及光电集成电路的最佳基础材料。此外还有的热导率高，禁带宽度宽的碳化硅，它在紫外光探测器和荧光LED等方面广泛应用。
3半导体导电性的影响因素
半导体特殊的导电性质，受很多方面的影响，其中不只包括半导体本身的形态，还包括外界的温度的高低，磁场和电场的强弱等。因此，不同的材料具有不同的导电性质，相同材料在不同的外界环境中也表现出不尽相同的导电特性。常见的一些例子，本征半导体，在日常温度下，会有很高的电阻，不属于良好的导体。我们向纯度较高的半导体材料中添加杂质，随着杂质的不断加入，半导体的导电性受到影响，一般情况下，我们添加的杂质越多，半导体的导电性越差。
N型半导体是一种杂质半导体，依靠电子进行导电，而P型半导体则是用空穴进行导电的。半导体材料丰富多样，我们在半导体材料上有着多种选择，根据不同的要求选择相应的半导体材料。
4以应用领域为视角的半导体应用
4.1 半导体材料的光伏应用
半导体材料的光生伏特效应是太阳能电池运行的基本原理。现阶段半导体材料的光伏应用已经成为一大热门，是目前世界上增长最快、发展最好的清洁能源市场。太阳能电池的主要制作材料是半导体材料，判断太阳能电池的优劣主要的标准是光电转化率，光电转化率越高，说明太阳能电池的工作效率越高。根据应用的半导体材料的不同，太阳能电池分为晶体硅太阳能电池、薄膜电池以及Ⅲ-Ⅴ族化合物电池。
4.2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。
4.3 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。
5对零维半导体和一维半导体的发展前景展望
就目前的发展情况来看，维半导体和一维半导体结构材料的固态纳米量值器发展尚不成熟，没有达到健壮和稳定的发展阶段，对其深入的研究没有有效的成果总结，但是例如零维半导体和一维半导体等低维度材料的固态纳米量值器对于半导体材料后续进一步的发展有着举足轻重的关键性影响，低维度材料的固态纳米量值器的发展和成熟会带来微电子技术和光电子技术的发展革新，带来新的发展篇章。在此需要特别提到，制造水平的高低可以说直接决定了纳米结构材料质量的好坏，提高纳米结构材料质量的质量需要相当的科研水平，需要相当充足的人力资源投入和资金投入，二者缺一不可，只有同时具备人力和财力才能为发展提供不竭的动力。
结束语
半导体领域是一个广泛的知识技术领域，本文只能简单的对半导体材料的分类、性能和应用进行简单阐述，实际上的半导体类型划分更加细致，应用更加复杂，同时存在着材料上的优胜劣汰，产品上的更新换代，将来随着半导体材料的技术突破，更多优质廉价的半导体材料应用到生产生活中，人类社会又将迎来一场技术变革。
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