什么是宽带隙半导体材料

器件的工作温度可以很高，比如说碳化硅可以工作到600摄氏度；金刚石如果做成半导体，温度可以更高，器件可用在石油钻探头上收集相关需要的信息。它们还在航空、航天等恶劣环境中有重要应用。广播电台、电视台，唯一的大功率发射管还是电子管，没有被半导体器件代替。这种电子管的寿命只有两三千小时，体积大，且非常耗电；如果用碳化硅的高功率发射器件，体积至少可以减少几十到上百倍，寿命也会大大增加，所以高温宽带隙半导体材料是非常重要的新型半导体材料。

现在的问题是这种材料非常难生长，硅上长硅，砷化镓上长GaAs，它可以长得很好。但是这种材料大多都没有块体材料，只得用其它材料做衬底去长。比如说氮化镓在蓝宝石衬底上生长，蓝宝石跟氮化镓的热膨胀系数和晶格常数相差很大，长出来的外延层的缺陷很多，这是最大的问题和难关。另外这种材料的加工、刻蚀也都比较困难。目前科学家正在着手解决这个问题。

实验室从20世纪90年代开始宽禁带半导体科学研究和人才培养，已成为国内外宽禁带半导体材料和器件的科学研究、人才培养、学术交流、成果转化方面的重要基地，2008年实验室成为中国国防科技创新团队。

实验室重视研究成果与应用的结合，多项研究成果已经用于国家和国防重点工程。高质量的GaN和SiC材料外延片可批量提供企业和研究所使用；微波功率器件已经开始用于国家重点工程；GaN的LED成果已经成为陕西省半导体照明的核心技术，产生着辐射和带动作用；自主的MOCVD设备和核心技术开始实现产业化；微纳米器件可靠性技术对推动我国高可靠集成电路发展发挥了重要作用。 以氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）和氧化锌（ZnO）为代表的宽禁带半导体是继硅和砷化镓（GaAs）之后的第三代半导体材料，具有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率等特点，可实现高压、高温、高频、大功率、抗辐射微波毫米波器件和短波长光电半导体器件。宽禁带半导体是新一代雷达、通信、电子对抗系统最关键的半导体器件，也是新一代半导体照明关键的器件。

实验室主要研究方向包括：GaN和SiC宽禁带半导体微波毫米波器件；GaN半导体光电子器件与半导体照明技术；宽禁带半导体材料生长核心设备研究；宽禁带半导体材料和器件新机理、新结构与新技术；微纳米半导体器件可靠性与SoC设计。 “极大规模集成电路制造装备与成套工艺”重大科技专项

国家（国防）重大基础研究（973）项目

国家自然科学基金重点和面上项目

国家863计划高技术项目

国防科技预先研究项目

军用电子元器件型谱项目

中俄航天领域科技合作项目

国家电子发展基金和陕西省电子发展基金

    硅(Si)是研究较早的半导体材料，是第一代半导体的代表。半个多世纪以来，硅半导体技术的长足发展极大地促进了电力和电子技术的进步。尤其到了20世纪70年代，集成电路制造技术的成熟，奠定了硅在整个半导体行业中的领军地位。目前，除了极少数微波加热电源还使用真空电子管之外，几乎所有的电力和电子器件都使用Si材料来制造。尤其在集成电路中，99％以上用的都是Si半导体材料。然而随着科学的进步和半导体技术的发展，Si由于材料本身的特点在某些应用领域的局限性逐渐表现出来。例如，其带隙较窄(～1．12eV)、载流子迁移率和击穿电场较低等，限制了其在光电子领域以及高频、高功率器件方面的应用L1。       第三代半导体也称为宽带隙半导体(禁带宽度超过2．0eV)，如金刚石、碳化硅(SiC)、Ⅲ一V族氮化物、Ⅱ一Ⅵ族Zn基化合物及其固溶体等。其中以金刚石、SiC、氮化镓(GaN)和氧化锌(ZnO)为第三代半导体的代表材料。宽带隙使第三代半导体具有许多共同的性能特点，包括高熔点、高临界击穿电场、高热导率、小的介电常数、大的激子束缚能、大的压电系数以及较强的极化效应等。  SiC电学性能  SiC具有较高的临界击穿电场、高热导率和饱和电子迁移率等特点，适合于制造大功率、高温、高频和抗辐射的半导体器件。SiC热导率是si的3倍，SiC材料优良的散热性有助于提高器件的功率密度和集成度。SiC材料形态决定其禁带宽度的大小，但均大于si和GaAs的禁带宽度，降低SiC器件的泄漏电流，加上SiC的耐高温特性，使得SiC器件在高温电子工作领域优势明显。因其具有高硬度和高化学稳定性等特点，使得SiC材料能胜任恶劣的工作环境。一维SiC纳米材料具有较高的禁带宽度，可由间接带隙半导体转变为直接带隙半导体，高强高韧等特点；适用于制造在恶劣环境下使用的电子器件。

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