半导体光电信息功能材料的研究进展

半导体光电信息功能材料的研究进展,第1张

光电信息技术是由光学、光电子、微电子等技术结合而成的多学科综合技术,涉及光信息的辐射、传输、探测以及光电信息的转换、存储、处理与显示等众多的内容。光电信息技术广泛应用于国民经济和国防建设的各行各业。近年来,随着光电信息技术产业的迅速发展,对从业人员和人才的需求逐年增多,因而对光电信息技术基本知识的需求量也在增加。

摘要 :21世纪是高速发展的信息时代,在这个飞速发展的时代中,光电信息功能得到了前所未有的发展,它在信息的产生,信息的存储以及信息的传输方面扮演着越来越不可或缺的角色。本文就半导体光电 信息功能的研究进展做出了简要分析,希望能对半导体光电信息功能材料的普及发挥作用。

关键词 :半导体研究与创新光电信息功能材料

前言

从远古到现代,从石器时代到如今的信息时代,历史的发展表明信息科学技术发展的先导和基础是半导体信息功能材料的进步,伴随着时代发展的特征,我们可以很容易的分析出,光电信息功能材料在方方面面深刻的影响着人类的生产和生活方式。现如今,随着光电信息功能材料的不断普及以及各行各业的的综合应用,其技术得到了光速的更新,例如其信息的存储已不再受低级别的限制,其存储量已被提高到KT级别,当然为了使之更好地适应社会,发挥出更大的作用,生产商与使用者对光电信息功能材料的研究与创新从未停止。光电信息功能材料的发展,同样也与国家生产力的发展有着密切的联系,它是国家经济发展的根本保障之一。对于目前正处在快速发展中的我国来说,大力发展半导体光电信息功能材料十分必要。

   一、半导体光电信息材料简述

科学技术之所以得到不断发展的原因之一,便是有着信息研究材料的支持,人类对不同材料的研究与创新,是科学技术飞速发展,科学规律不断修正完善的基础。20世纪60~70年代,光导纤维材料和以砷化镓为基础的半导体激光器的发明,是人们进入了光纤通信,高速、宽带信息网络的时代。半导体光电材料――半导体是一种介于绝缘体导体之间的材料,半导体光电材料可以将光能转化为电能,同样也可以将电能转化为光能,并且可以处理加工和扩大光电信号。在当今社会,其应用正在逐步得到普及。半导体信息光电材料,对于我们来说并不陌生,其存在于我们的日常生活中,并且无时无刻的不在影响着我们,所以我们应正确的认识半导体信息光电材料,并且可以为半导体光电信息材料的发展贡献出自己的力量。

   二、半导体光电信息材料研究的必要性

2.1 电子材料研究的意义

量子论为人们研究电子在原子中的运动规律提供了重要依据,其主要作用是揭示了原子最外层电子的运动规律方面,正是由于此方面研究取得了初步的进展,从而极大地促进了有色合金,不锈钢等金属材料的发现于研究。此外,半导体材料的开发,是得电子信息技术得大了极大地发展,并且逐步兴盛起来,于是出现了我们现在正在普遍应用的采用电子学器件小型化及电子回路集成化等科学技术制造而成的电器,极大地方便了我们的生活。

2.2 光学材料研究的意义

70年代光纤技术的发展,又引起了一轮新的技术浪潮,光学材料的研究正是在此时得到了大力发展,光学材料的研究极大地促进了光纤技术的进步,进而光纤技术的迅速发展,又带动了信息技术的革新,这使得研究材料的范围逐步的被扩大。于是,多媒体电能与光纤通信技术二者逐渐的结合起来,综合应用,从而极大地提高了网络技术的发展速度,大容量的存储,大范围的交流与传输通道,在很大程度上减少了时间与空间对多媒体信息交流的限制。

2.3 技术兴国的意义

在当前信息高能时代,发展对半导体光电信息的研究,在大的方面,能在很大的程度上,帮助我国提高科技水平,进而提高国际地位,争取在国际科技方面的话语权,在小的具体方面,它能帮助政府改善人民生活水平,提高人民生活质量,因此不管于大于小,发展对半导体光电信息功能材料的研究十分必要。

三、半导体光电信息材料研究研究进展

虽然当代国际信息技术水平在不断的发展,各国的科技水平都在提高,但是相对于国际水平或者其他发达国家来说,我国在半导体光电信息材料的研究方面还是相对落后的。我国在其功能材料的研究方面的问题主要有以下几个方面

3.1 科技水平低技术发展受到阻碍

我国科技水平相对于国际科技水平来说相对落后。我国科技发展方面存在的主要问题是发展滞缓,与国际脱节,更新换代慢。然而,科技水平的高低对于半导体光电信息材料的研究起着决定性的.作用,所以要想更好地促进半导体光电信息材料的发展,我国首先需要做的便是努力提高科技发展水平,紧跟国际科技发展的步伐。提高自身的科技水平,为半导体光电信息功能材料的研究提供强大的科技后盾。

3.2 技术型人才需予以增加

受我国应试教育的影响,我国高校培养出的人才过于依赖理论,缺少创新意识。然而,半导体光电信息功能材料的研究需要的不仅仅是拥有渊博理论知识的人,其更需要的是拥有灵活大脑,创新意识的人才。因此,我国应改进相关的教育政策制度,鼓励高校培养出更多拥有创新精神、灵活头脑的人。同时,我国在进行技术型人才培养方面要注重其专业性的提高,注重专业素质的培养。从而让更多的具有专业型的人才满足社会需要,满足半导体光电信息材料研究的需要。

3.3 政策缺失

现阶段,处于发展中状态的我国在半导体光电信息材料研究中,各方面政策制度还不够完善,比如在半导体光电信息材料的研究方面,国家并没有明确地提出相应的鼓励措施促进此方面技术的发展。因此,现在国家需要作出努力的便是组织相关部门,制定相关奖励政策,来促进半导体光电信息材料的研究。政策的制定需要立足于我国的现实和实际,相关部门要对半导体光电信息材料进行仔细研究,通过政策的制定很好的指导其发展和拓新。

   四、结语

从上文中可以我们可以看出,在当代信息技术高速发展的时期,半导体光电信息功能资料的研究,对一国的生产力发展,经济进步,起着重要的决定性作用,半导体光电信息功能材料普遍存在于一国人民的日常生活当中,每一个人都应当成为半导体光电信息材料研究的推动者,只有全民努力,其材料研究才能得到长足发展。

参考文献:

[1]赵涵斐.几种光电信息功能材料的研究进展[J].计算机光盘软件与应用,2014(06):150+152.

[2]爱孟斯坦.光电信息功能材料与量子物理研究[J].信息与电脑(理论版),2014(02):40-41.

事实上,碳基半导体晶体管最先是由美国与荷兰科学家在1998年制造出来的,截止到2006年之前,我国在碳纳米管晶体管上并没有明显的建树。可以说,我国对碳纳米管晶体管的研究开始于2000年,7年之后才制备出了性能超越硅晶体管的N型碳纳米管晶体管。由此可知,国外的碳纳米管晶体管的研究要比我们早的多,但是到了今天我们与国外的差距远没有硅晶体管那么大,甚至有超越国外的趋势。

总体而言,国外对碳纳米管晶体管的研究,还是比我们要领先的。在2013年,MIT研究团队发表了由178个晶体管组成的只能执行简单指令的碳纳米管计算机。在2019年,MIT团队已能制造完整的由14000个碳纳米管晶体管组成的处理器了。而国内于2017年制造了基于2500个碳纳米管晶体管的处理器,整体性能相当于因特尔4004的水平。至于在2019年国内是否研发出了集成更多碳纳米管晶体管的处理器,目前尚未有报道。

由于碳纳米管较容易聚合在一起,所以MIT团队利用了一种剥落工艺防止碳纳米管聚合在一起,以防晶体管无法正常工作。要知道MIT团队制造的CPU主频只有1Mhz,早期的80386处理器的频率还有16Mhz,也不是说2019年碳纳米管制造的计算机性能,仅相当于1985年制造的硅晶体管处理器的性能,这差距就太大了。离实用化,还有较长的一段路要走。因为碳纳米管晶体管之间的沟道和碳纳米管晶体管的体积过大,导致碳纳米管晶体管可以容纳的电流较小,容纳得电荷较少。MIT制造的由14000个碳纳米管晶体管组成的处理器中的沟道宽度为1.5微米,与现在纳米级相距较远。也只有缩小碳纳米管晶体管的体积和减小沟道的距离,才可以提升整体性能。

但是国内于2017年,就研制出了栅长为5纳米的碳纳米管晶体管,近日又研发出了栅长3纳米的碳纳米管晶体管。可以说,国内在碳纳米管晶体管的小型化上走的比较远。在2007年左右,国内以碳纳米管晶体管制造的处理器主频就高达5Ghz,要比国外2019年制造等我处理器主频高的多。从国外的相关产品来看,其碳纳米管栅长究竟达到了何种地步,也说不准。只不过,由此可知,在碳纳米管的研发上,国内技术最起码不会差国外技术太多,很有可能是同步发展的。

【碳基半导体芯片真的能够助力我国芯片突破西方禁锢?从此不依赖ASML吗?】

我们应该看到了近期的新闻,2020年5月26日,北京元芯碳基集成电路研究院宣布,解决了长期困扰碳基半导体材料制备的瓶颈! 该消息一出,瞬间引起了我们的关注,于是我们扎堆的认为, 碳基半导体芯片一定能够助力我国芯片的突破,打破西方禁锢?从此不依赖ASML。

了解现状——西方国家垄断的是硅基材料,而这些硅基材料在我国,我们的优势非常的低;一些关键性的材料还是倍国家技术给垄断的。而此时,我们想要打破束缚,就必须要寻找新的思路,于是出现了我们期待的:碳基半导体能否替代未来的硅基材料呢?

其实,有专家表示,北由于碳分子结构稳定,很难像硅材料一样通过掺杂其他物质改变性能。因此,碳纳米管要实现产业化,尚有很长一段路要走。不过,如今,北京元芯碳基集成电路研究院的突破确实给了我们很大的希望。

碳基半导体具有成本更低、功耗更小、效率更高。如果能够打破硅基半导体材料的束缚,走出一条全新的碳基半导体路,我们的芯片发展可能更有意义。

其实,以碳纤维(织物)或碳化硅等陶瓷纤维(织物)为增强体,实际上,我们熟知的石墨烯,生物碳以及碳纳米管等等都属于碳基材料。因此,想要碳基材料真正的运用与我们的实际,确实还是有一段路走,可是我们也已经进了一步了。

在芯片处理中, 碳基技术芯片 速度提升,功耗降低,未来更能够运用于多种领域,比如国防,气象,以及我们现在急需要解决的手机芯片,计算机芯片问题。这里我们得知道,相比国外技术, 我国对于碳基技术研究时间早,目前的技术是基于二十年前彭练矛院士提出的无掺杂碳基CMOS技术发展而来。

因此,我们不担心倍国外的技术给限制,因为我们的技术具有前瞻性,确实我们的芯片技术目前还是受限制,特别是ASML的光刻机,因为缺乏技术,在工艺制程方面受到制约。

因此,我们猜测的是,碳基材料未来很有可能打破ASML光刻机的束缚,打破欧美国家芯片的束缚,打造属于我们的芯片技术。

谢谢您的问题。碳基芯片在全球范围内还在朝量产迈进。

碳基芯片目前处于实验室阶段。 IBM和英特尔已经碳基在理论进行了多年的 探索 ,英特尔无果而放弃。IBM与英特尔退而求其次,用的是“掺杂”工艺制备碳纳米管晶体管。在国内,彭练矛和张志勇教授团队在半导体碳碳基半导体材料制备方面取得了研究重大进展,已经领先于全球,但也只是朝产业化进一步迈进。

实验室的成果离现实还很远 。全球碳基芯片真正要实现落地、商品化,除了雄厚的资金,必须要有现有的芯片兼容,直接借用现有半导体产业流程工艺,就可以大大加快碳基芯片产业化进程。

碳基技术需要企业参与 。北京碳基集成电路研究院以前在碳基技术上走在了前列,未来10年发展至少需要20亿元研发投入,这需要企业产研对接,需要企业认识其中的价值。阿里巴巴、腾讯都计划投入数千亿元用于新基建,参与到云服务和芯片全线布局,希望这样的 科技 龙头企业参与“碳基”集成电路,有助于缩短国内碳基技术的商用时间,站在全球视角, 科技 企业及早介入非常重要。

欢迎关注,批评指正。

首先,国外的研究并没有啥进展,因为没有企业投钱,高通的芯片利润这么高,谁会把大把的钱投到一个还不知道成不成功的项目上?

处于 探索 期,技术还远不成熟,距成熟产品路还很远。

挖掘于板块个股机会于潜龙勿用时,历经见龙在田的试盘和或跃在渊的启动,直到飞龙在天的明牌启动,以及亢龙有悔之前的离场,这是我们的追求,也是一直趋于接近的。很难,但这并不是放弃的理由!

投资名言:顺应趋势,花全部的时间研究市场的正确趋势,如果保持一致,利润就会滚滚而来!--[美]江恩

什么是半导体?

半导体( semiconductor),指常温下 导电性 能介于 导体 (conductor)与 绝缘体 (insulator)之间的 材料 。半导体在 收音机 、 电视机 以及测温上有着广泛的应用。如二极管就是采用半导体制作的器件。 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。今日大部分的电子产品,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连。常见的半导体材料有 硅 、 锗 、 砷化镓 等,而硅更是各种半导体材料中,在商业应用上最具有影响力的一种。

昨天板块指数放量大涨,逼近前期 历史 高位,板块全线爆发,今日虽然板块会有个分化,但随着行业的景气度提升,接下来机构配置的仓位势必会提高,所以接下来需要特别重视中线级别的布局机会。

第三代半导体概念股:

300708 聚灿光电: 公司目前产品涉及氮化镓的研发和生产,外延片的技术就是研发氮化镓材料的生长技术,芯片的技术就是研发氮化镓芯片的制作技术,目前已经2个涨停,人气龙头位置显现。

300046台基股份: 公司积极布局 IGBT、固态脉冲开关及第三代半导体等前沿领域 昨日下午引爆板块的中军人气股。

688396 华润微: 第三代半导体方面,公司根据研发进程有序推进碳化硅(SiC)中试生产线建设,目前已按计划完成第一阶段建设目标,利用此建立的基础条件完成了1200V、650VSiCJBS产品开发和考核 领涨科创板人气股

300373扬杰 科技 : 公司主要从事碳化硅芯片器件及封装环节,不涉及材料领域。目前可批量供应650V、1200V 碳化硅SBD、JBS器件。放量上攻,挑战 历史 高点

300456赛微电子: 公司全资子公司微芯 科技 投资设立控股子公司海创微芯,主要从事氮化镓(GaN)器件的设计、开发,目的在于积极布局并把握第三代半导体产业的发展机遇,聚焦相关器件在5G通信、物联网、航空电子等领域的应用,与公司控股子公司聚能创芯优势互补并全面协作,提高综合竞争实力。概念万金油,接下来最强势的概念都有涉及。

300131 英唐智控: 英唐微技术生产线改造完成后还将兼备以 SIC-SBD 为主的第三代半导体功率器件的生产,并在持续升级设备和工艺后,逐渐拓展至其他的第三代半导体产品。 一阳盘出底部震荡区间。

688200华峰测控: 在宽禁带半导体测试方面,公司量产测试技术取得了重大进展,实现了晶圆级多工位并行测试,解决了多个GaN晶圆级测试的业界难题,并已成功量产。 向 历史 新高进军

300376 易事特: 易事特作为国家第三代半导体产业技术基地(南方基地)第二大股东及推动产业创新技术发展的核心成员单位,现主要负责碳化硅、氮化镓功率器件的应用技术研发工作。公司已经研发出基于碳化硅、氮化镓器件的高效DC/AC, 双向DC/DC新产品。 一阳盘出底部震荡

300102乾照光电: 公司与深圳第三代半导体研究院的合作是全方位多层次的深度合作,在该平台上研发的技术包括但不仅限于氮化镓和Micro-LED。 之前人气领涨股,连续异动2日,盘出震荡格局

600703三安光电:公司拟在长沙高新技术产业开发区管理委员会园区成立子公司投资建设包括但不限于碳化硅等化合物第三代半导体的研发及产业化项目,包括长晶—衬底制作—外延生长—芯片制备—封装产业链,投资总额 160 亿元。 涨停强势收复近期的调整,行业地位显著

002993奥海 科技 : 公司已自主研发出快充氮化镓产品。氮化镓充电器属于第三代半导体领域重要技术产品,公司深耕充电器行业十几载,具备平台优势。 超跌后止跌反d,2连板

002617 露笑 科技 :公司将与合肥市长丰县人民政府在合肥市长丰县共同投资建设第三代功率半导体(碳化硅)产业园,包括但不限于碳化硅等第三代半导体的研发及产业化项目,包括碳化硅晶体生长、衬底制作、外延生长等的研发生产,项目投资总规模预计 100 亿元。 主板最强的趋势票,创出 历史 新高

605111新洁能: 公司在第三代半导体方面,已获得 6 项专利授权,一项国际发明专利受理中。SiC 方面: 预计今年年底之前推出 SiC 二极管系列产品。新能源 汽车 是 SiC功率器件未来最大的应用领域之一, 也是公司未来市场重点布局的方向。 连续2日放量,冲击前期高点。

603290斯达半导: 公司拟在嘉兴斯达半导体股份有限公司现有厂区内,投资建设全碳化硅功率模组产业化项目,本项目计划总投资 22,947 万元, 投资建设年产 8 万颗车规级全碳化硅功率模组生产线和研发测试中心。 高价股,趋势开始形成,向 历史 高点蓄势!

002371北方华创:公司可以提供第三代半导体相关设备,其中碳化硅方面,可以提供长晶炉、外延炉、刻蚀、高温退火、氧化、PVD、清洗机等设备,氮化镓方面可以提供刻蚀、PECVD、清洗机等设备。 行业地位显著,创出 历史 新高。

600460士兰微: 公司已建成6英寸的硅基氮化镓集成电路芯片生产线,涵盖材料生长、器件研发、 GaN电路研发、封装、 系统应用的全技术链。 行业低位显著,创出 历史 新高。

002023海特高新: 海威华芯6吋第二代第三代半导体集成电路芯片生产线项目砷化镓、氮化镓半导体芯片生产线竣工环境保护自主验收工作已完成。 低位超跌首次异动,接下来有修复空间预期。

300623捷捷微电: 公司与中科院电子研究所、西安电子科大合作研发的是以Sic、GaN为代表第三代半导体材料的半导体器件,具有耐高压、耐高温、 高速和高效等优点,可大幅降低电能变换中的能量损失,大幅减小和减轻电力电子变换装置。 趋势形成,有冲击新高预期。

688138 清溢光电: 公司深圳工厂在现有产品结构的基础上积极布局半导体芯片用掩膜版产品,聚焦第三代半导体芯片用掩膜版。 超跌后企稳异动,接下来会有修复预期

600509天富能源: 公司已持有北京天科合达半导体股份有限公司 10.657%的股份,成为该公司第二大股东;该公司是从事第三代半导体材料-碳化硅晶片及相关产品研发、生产和销售的高新技术企业。 趋势形成,短期有继续调整前期新高预期。

688556 高测股份: 公司已针对第三代半导体研发了相应的切割设备和切割耗材,正在积极推广市场. 盘出底部,接下来有修复预期。

600745 闻泰 科技 : 公司将加大在第三代半导体领域投资,大力发展氮化镓和碳化硅技术。目前安世氮化镓功率器件已经通过车规级认证,开始向客户供货,碳化硅技术研发也进展顺利。 行业地位显著,盘出底部,有修复预期。

300484 蓝海华腾: 公司子公司新余华腾投资出资2,500万元参与比亚迪半导体的股权投资,有利于实现公司核心原材料如IGBT模块及晶圆、SiC模块及晶圆等关键技术领域的战略延伸,以及公司电动 汽车 电机控制器及相关产品的技术推动和产业布局。 盘出底部,有修复预期。

600360 华微电子: 公司积极布局以SiC和GaN为代表的第三代半导体器件技术,逐步具备向客户提供整体解决方案的能力。 底部异动2日,盘出底部,有修复预期。

300671富满电子: 在第三代半导体GaN(氮化镓)快充领域,公司目前有可搭配GaN的中高功率( 65W)主控芯片、PD协议芯片等产品。公司的相关芯片NF7307,具备更高集成度(集成启动电阻&X电容放电),更出色的性能(优良的Qr特性,更低待机功耗)及更高可靠性(全面的保护机制),已经上市。 最先启动的个股,底部起来已经三倍,并继续刷新新高。

300323 华灿光电: 在保持公司在LED领域的领先地位和竞争力的同时,公司持续加大产品研发投入和技术创新,积极布局第三代半导体材料与器件领域,发力GaN基电力电子器件领域 。 连续异动2日,盘出底部,有修复预期。

002079苏州固锝:公司目前已经有量产第三代半导体的产品。 震荡走高,有冲击前期高点预期。

603595 东尼电子: 新建年产12万片碳化硅半导体材料项目是本公司的项目。:新建年产12万片碳化硅半导体材料项目是本公司的项目。 震荡盘出底部,有修复预期。

002169智光电气: 公司认购的广州誉芯众诚股权投资合伙企业(有限合伙)份额,间接投资广州粤芯半导体技术有限公司。粤芯半导体有项目面向第三代半导体碳化硅芯片制造技术,开展“卡脖子”核心装备研制,重点解决高硬度材料的高平整度、低粗糙度高效加工技术等难题。 趋势形成,有望打开空间

002449 国星光电: 公司正布局第三代半导体器件与模组等新技术的开发与研究并已申请多项相关技术专利。 盘出底部,有修复预期。

300123 亚光 科技 : 都亚光子公司华光瑞芯主营产品为GaN/GaAs功率放大器芯片、GaN高功率功放管芯、低噪声放大器芯片、 幅相控制多功能芯片(Core-Chip)、数控移相器、数控衰减器、 混频器等射频微波芯片。 盘出底部,有修复预期。

002171 楚江新材: 公司子顶立 科技 积极参与相关的原材料制备技术研发,公司在碳化硅单晶方面主要从事SiC单晶中的高纯C粉的研制,目前已能实现小批量生产,且关键技术指标满足制备第三代半导体——碳化硅单晶的要求,掌握了将5N及以下的C粉提纯到6N及以上,各项关键指标满足高性能碳化硅单晶原料生产的需要,其设备与工艺技术处于国内领先水平。 盘出底部,有修复预期。

300870 欧陆通:氮化镓为第三代半导体主要材料之一,目前公司使用的氮化镓技术属于第三代半导体应用技术,主要应用于公司电源适配器产品中。 盘出底部,有修复预期

300316晶盛机电: 公司开发的碳化硅外延设备,有助于拓展在第三代半导体设备领域的市场布局。 行业地位显著,趋势形成, 有新高预期。

第三代半导体的风口已经形成,待震荡消化后,会走出独立的走势,行业地位显著的,会继续打开市场成长性,而超跌的个股则会在行业大蛋糕下迎来估值修复。

风已起,做好布局,持股待涨。


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