超硬材料的工业应用

一、机械加工工业

金刚石磨具是磨削硬质合金的特效工具。金刚石砂轮磨削硬质合金，比用普通砂轮的磨削比高1000倍，成本降低10%以上。金刚石砂轮刃磨硬质合金刀具，可以避免用碳化硅砂轮加工时容易产生的裂纹、锯口等缺陷，即加工出的刀具粗糙度低和精度高，寿命可延长50%～100%，还可以省掉刃磨后的抛光工序，生产效率可提高数倍。

在汽车制造工业中，用金刚石磨石来搪磨汽车发动机汽缸时，一块金刚石磨石相当于300块碳化硅油石；加工表面粗糙度由Ra0.8～0.4 μm提高到Ra0.2～0.1μm，而汽缸的椭圆度和锥度从0.03mm减少到0.015～0.02mm。

硬而脆的贵重半导体材料，如硅、锗、砷化镓、磷化镓等，欲制成小片状的半导体器件，需要切割和研磨加工。使用钢丝锯切割，效果不佳，切口损耗也大；激光切割尚未进入实用阶段。目前最合适的方法是用金刚石切割锯片加工。用金刚石研磨膏来抛光半导体材料，不仅效率高，而且可达到最高一级表面粗糙度Ra0.006μm。

金刚石拉丝模可以拉制电子电器工业用的超细金属丝导线，精度可达到1～2μm，且比硬质合金拉丝模寿命长200多倍。

电器工业上使用的夹布胶木和环氧树脂纤维板等非均质绝缘材料，用金刚石薄片砂轮加工时，废品少，效率高、成本低，解决了用其他工具切割时存在的烧伤、表面粗糙度差、尺寸不准、废品多、效率低等各种困难问题。

在加工硬脆的铁氧体以及高硬度的电绝缘陶瓷材料方面，金刚石工具同样是最有效的工具。例如，可加工含刚玉35%的高压电瓷［它是一种使用碳化硅（SiC）也很难加工的硬脆材料］。

二、光学玻璃和宝石加工业

以前利用碳化硅加工光学玻璃，效率低，劳动条件差。现在已经全部采用金刚石磨具加工（包括下料、套料、切割、铣磨、磨边以及凸、凹曲面的精磨），综合生产效率提高数倍至数十倍。随着金刚石成本的降低，除了光学和精密玻璃器件外，许多本来用普通磨料加工的一般性玻璃制品，如汽车窗玻璃等，现在也都用金刚石磨具加工。

在加工宝石、玛瑙、玉器等方面，金刚石磨具是不可缺少的工具。

三、钻探与开采工业

在石油、煤炭、冶金、地质勘探等钻探和开采方面，广泛使用金刚石钻头。由于其硬度高，耐用，不仅能钻进最坚硬的岩层，而且钻速快，提钻次数少，孔斜小，可实现小口径钻进，减轻劳动强度，节约钢材，比用硬质合金钻头总成本反而降低。

大约在1860年前后，世界上产生了第一个金刚石钻头。当时是采用手工镶嵌粗颗粒天然金刚石的方法制造的。在1945年前后，开始采用用粉末冶金方法制造细颗粒金刚石地质钻头。这一方法沿用至今，并且随着人造金刚石的发展而不断发展。20世纪70年代以后，采用金刚石聚晶制造的石油钻头，得到了迅速推广应用。20世纪90年代以来，在全世界地质钻头和石油钻头钻探总量中，金刚石钻头工作量约占70%。目前，用于钻探工具的金刚石数量，约占工业金刚石消耗总量的20%。

四、建筑与建材行业

在大理石、花岗岩、人造铸石、混凝土建筑材料的切割、加工和磨削加工方面，广泛使用金刚石工具。如大型圆锯和排锯，以及金刚石绳锯等。此外，还有金刚石磨辊和磨边轮，用于板材的磨面和磨边。

五、电子、计算机工业

利用金刚石良好的导热性、红外透性、对紫外光敏感性、声光振动特性、半导体性能和禁带宽度大等性能，目前已广泛用它制作大规模、高效率集成电路基片、计算机显示屏、固体激光散热片、光电元件、金刚石整流器、金刚石温度计、红外窗口和紫外窗口保护膜、音响板等。

半导体是指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。

半导体在集成电路、消费电子、通信系统、光伏发电、照明、大功率电源转换等领域都有应用，如二极管就是采用半导体制作的器件。

无论从科技或是经济发展的角度来看，半导体的重要性都是非常巨大的。大部分的电子产品，如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关联。

常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，硅是各种半导体材料应用中最具有影响力的一种。

扩展资料：

半导体是指一种导电性可控，范围从绝缘体到导体之间的材料。从科学技术和经济发展的角度 来看，半导体影响着人们的日常工作生活，直到20世纪30年代这一材料才被学界所认可。

半导体在集成电路、消费电子、通信系统、光伏发电、照明应用、大功率电源转换等领域应用。

新型半导体材料在工业方面的应用越来越多。新型半导体材料表现为其结构稳定，拥有卓越的电学特性，而且成本低廉，可被用于制造现代电子设备中广泛使用。目前我国半导体材料在这方面的发展背景来看，应该在很大程度上去提高超高亮度，红绿蓝光材料以及光通信材料，在未来的发展的主要研究方向上，同时要根据市场上，更新一代的电子器件以及电路等要求进行强化，将这些光电子结构的材料，在未来生产过程中的需求进行仔细的分析和探讨，然后去满足未来世界半导体发展的方向，我们需要选择更加优化的布点，然后做好相关的开发和研究工作，这样将各种研发机构与企业之间建立更好的沟通机制就可以在很大程度上实现高温半导体材料，更深一步的开发和利用。

参考资料：百度百科-半导体

半导体是指一种导电性可受控制，范围可从绝缘体至导体之间的材料。无论从科技或是经济发展的角度来看，半导体的重要性都是非常巨大的。很多人一直有疑问，半导体材料有哪些? 半导体材料有哪些实际运用?今天小编精心搜集整理了相关资料，来专门解答大家关于半导体材料的疑问，下面一起来看一下吧!

一、半导体材料有哪些?

常用的半导体材料分为元素半导体和化合物半导体。元素半导体是由单一元素制成的半导体材料。主要有硅、锗、硒等，以硅、锗应用最广。化合物半导体分为二元系、三元系、多元系和有机化合物半导体。二元系化合物半导体有Ⅲ-Ⅴ族(如砷化镓、磷化镓、磷化铟等)、Ⅱ-Ⅵ族(如硫化镉、硒化镉、碲化锌、硫化锌等)、Ⅳ-Ⅵ族(如硫化铅、硒化铅等)、Ⅳ-Ⅳ族(如碳化硅)化合物。三元系和多元系化合物半导体主要为三元和多元固溶体，如镓铝砷固溶体、镓锗砷磷固溶体等。有机化合物半导体有萘、蒽、聚丙烯腈等，还处于研究阶段。

此外，还有非晶态和液态半导体材料，这类半导体与晶态半导体的最大区别是不具有严格周期性排列的晶体结构。制备不同的半导体器件对半导体材料有不同的形态要求，包括单晶的切片、磨片、抛光片、薄膜等。半导体材料的不同形态要求对应不同的加工工艺。常用的半导体材料制备工艺有提纯、单晶的制备和薄膜外延生长。

　　二、半导体材料主要种类

半导体材料可按化学组成来分，再将结构与性能比较特殊的非晶态与液态半导体单独列为一类。按照这样分类方法可将半导体材料分为元素半导体、无机化合物半导体、有机化合物半导体和非晶态与液态半导体。

1、元素半导体：在元素周期表的ⅢA族至ⅦA族分布着11种具有半导性半导体材料的元素，下表的黑框中即这11种元素半导体,其中C表示金刚石。C、P、Se具有绝缘体与半导体两种形态B、Si、Ge、Te具有半导性Sn、As、Sb具有半导体与金属两种形态。

2、无机化合物半导体：分二元系、三元系、四元系等。 二元系包括：①Ⅳ-Ⅳ族:SiC和Ge-Si合金都具有闪锌矿的结构。

　　3、有机化合物半导体：已知的有机半导体有几十种，熟知的有萘、蒽、聚丙烯腈、酞菁和一些芳香族化合物等，它们作为半导体尚未得到应用。

　　4、非晶态与液态半导体：这类半导体与晶态半导体的最大区别是不具有严格周期性排列的晶体结构。

　　三、半导体材料实际运用

制备不同的半导体器件对半导体材料有不同的形态要求，包括单晶的切片、磨片、抛光片、薄膜等。半导体材料的不同形态要求对应不同的加工工艺。常用的半导体材料制备工艺有提纯、单晶的制备和薄膜外延生长。

半导体材料所有的半导体材料都需要对原料进行提纯，要求的纯度在6个“9”以上，最高达11个“9”以上。提纯的方法分两大类，一类是不改变材料的化学组成进行提纯，称为物理提纯另一类是把元素先变成化合物进行提纯，再将提纯后的化合物还原成元素，称为化学提纯。物理提纯的方法有真空蒸发、区域精制、拉晶提纯等，使用最多的是区域精制。化学提纯的主要方法有电解、络合、萃取、精馏等，使用最多的是精馏。由于每一种方法都有一定的局限性，因此常使用几种提纯方法相结合的工艺流程以获得合格的材料。

绝大多数半导体器件是在单晶片或以单晶片为衬底的外延片上作出的。成批量的半导体单晶都是用熔体生长法制成的。直拉法应用最广，80%的硅单晶、大部分锗单晶和锑化铟单晶是用此法生产的，其中硅单晶的最大直径已达300毫米。在熔体中通入磁场的直拉法称为磁控拉晶法，用此法已生产出高均匀性硅单晶。在坩埚熔体表面加入液体覆盖剂称液封直拉法，用此法拉制砷化镓、磷化镓、磷化铟等分解压较大的单晶。悬浮区熔法的熔体不与容器接触，用此法生长高纯硅单晶。水平区熔法用以生产锗单晶。水平定向结晶法主要用于制备砷化镓单晶，而垂直定向结晶法用于制备碲化镉、砷化镓。用各种方法生产的体单晶再经过晶体定向、滚磨、作参考面、切片、磨片、倒角、抛光、腐蚀、清洗、检测、封装等全部或部分工序以提供相应的晶片。

以上就是小编今天给大家分享的半导体材料的有关信息，主要分析了半导体材料的种类和应用等问题，希望大家看后会有帮助!想要了解更多相关信息的话，大家就请继续关注土巴兔学装修吧!

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