用于制作发光二极管的半导体材料,常用的有哪些？

在可预见的将来，单晶硅仍是电子工业的首选材料，但砷化镓这位半导体家族新秀已迅速成长为仅次于硅的重要半导体电子材料。砷化镓在当代光电子产业中发挥着重要的作用，其产品的50%应用在军事、航天方面，30%用于通信方面，其余的用于计算机和测试仪器。砷化镓材料的特殊结构使其具备吸引人的优良特性。根据量子力学原理，电子的有效质量越小，它的运动速度就越快，而砷化镓中电子的有效质量是自由电子质量的1/15，只有硅电子的1/3。用砷化镓制成的晶体管的开关速度，比硅晶体管快1～4倍，用这样的晶体管可以制造出速度更快、功能更强的计算机。因为砷化镓的电子运动速度很高，用它可以制备工作频率高达1010赫兹的微波器件，在卫星数据传输、通信、军用电子等方面具有关键性作用。实际上，以砷化镓为代表的Ⅲ—Ⅳ族半导体，其最大特点是其光电特性，即在光照或外加电场的情况下，电子激发释放出光能。它的光发射效率比其他半导体材料高，用它不仅可以制作发光二极管、光探测器，还能制作半导体激光器，广泛应用于光通信、光计算机和空间技术，开发前景令人鼓舞。与任何半导体材料一样，砷化镓材料对于杂质元素十分敏感，必须精细纯化。和硅、锗等元素半导体不同的是它还要确保准确的化学配比，否则将影响材料的电学性质。基于以上原因，砷化镓单晶的制备工艺复杂，成本高昂。我国曾在人造卫星上利用微重力条件进行砷化镓单晶的生长，取得了成功。此外，薄膜外延生长技术，可以精确控制单晶薄膜的厚度和电阻率，在制备半导体材料和器件中越来越受到重视。

半导体材料有：

一、元素半导体：

在元素周期表的ⅢA族至IVA族分布着11种具有半导性的元素，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。

P的熔点与沸点太低，Ⅰ的蒸汽压太高、容易分解，所以它们的实用价值不大。As、Sb、Sn的稳定态是金属，半导体是不稳定的形态。B、C、Te也因制备工艺上的困难和性能方面的局限性而尚未被利用。

因此这11种元素半导体中只有Ge、Si、Se 3种元素已得到利用。Ge、Si仍是所有半导体材料中应用最广的两种材料。

二、无机化合物半导体：

分二元系、三元系、四元系等。二元系包括：

1、Ⅳ－Ⅳ族：SiC和Ge-Si合金都具有闪锌矿的结构。

2、Ⅲ－Ⅴ族：由周期表中Ⅲ族元素Al、Ga、In和V族元素P、As、Sb组成，典型的代表为GaAs。它们都具有闪锌矿结构，它们在应用方面仅次于Ge、Si，有很大的发展前途。

3、Ⅱ－Ⅵ族：Ⅱ族元素Zn、Cd、Hg和Ⅵ族元素S、Se、Te形成的化合物，是一些重要的光电材料。ZnS、CdTe、HgTe具有闪锌矿结构。

4、Ⅰ－Ⅶ族：Ⅰ族元素Cu、Ag、Au和Ⅶ族元素Cl、Br、I形成的化合物，其中CuBr、CuI具有闪锌矿结构。

5、Ⅴ－Ⅵ族：Ⅴ族元素As、Sb、Bi和Ⅵ族元素S、Se、Te形成的化合物具有的形式，如Bi2Te3、Bi2Se3、Bi2S3、As2Te3等是重要的温差电材料。

6、第四周期中的B族和过渡族元素Cu、Zn、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni的氧化物，为主要的热敏电阻材料。

7、某些稀土族元素Sc、Y、Sm、Eu、Yb、Tm与Ⅴ族元素N、As或Ⅵ族元素S、Se、Te形成的化合物。

三、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。

四、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。

半导体材料的特点及优势：

半导体材料是一类具有半导体性能，用来制作半导体器件的电子材料。常用的重要半导体的导电机理是通过电子和空穴这两种载流子来实现的，因此相应的有N型和P型之分。

半导体材料通常具有一定的禁带宽度，其电特性易受外界条件(如光照、温度等)的影响。

不同导电类型的材料是通过掺入特定杂质来制备的。杂质(特别是重金属快扩散杂质和深能级杂质)对材料性能的影响尤大。

因此，半导体材料应具有很高的纯度，这就不仅要求用来生产半导体材料的原材料应具有相当高的纯度，而且还要求超净的生产环境，以期将生产过程的杂质污染减至最小。

半导体材料大部分都是晶体，半导体器件对于材料的晶体完整性有较高的要求。此外，对于材料的各种电学参数的均匀性也有严格的要求。

近日，南大光电发布公告称，其承担的国家02专项ArF光刻胶项目取得重大进展，并且通过了专家组验收。目前已建成年产25吨的ArF光刻胶产业基地，可用于90nm-14nm，甚至7nm技术节点的集成电路制造工艺。

众所周知，光刻胶是芯片制造不可或缺的重要原料，是光刻机进行硅膜片曝光、设计图案印章的核心材料。ArF 光刻胶材料主要应用于高端芯片制造，目前我国在ArF、KrF光刻胶领域中的市场占比较少，全球大多数的光刻胶市场都被美国、日本垄断。

对于国产半导体行业来说，南大光电7纳米光刻胶的交付，具有十分重要的意义，一方面能够缓解我们在半导体领域中，特别是芯片代工领域中，被芯片原料卡脖子的难题；另一方面有助于加快我们在芯片代工领域中实现自给化目标的脚步。

需要注意的是，有关 7 纳米 ArF 光刻胶的应用，南大光电目前只是小规模投产，与之相关的生产线正在构建当中。在公告中，南大光电也表示，ArF 光刻胶的复杂性决定了其在稳定量产阶段仍然存在工艺上的诸多风险，不仅需要技术攻关，还需要在应用中进行工艺的改进、完善。

但不管怎么说，这次南大光电完成7纳米光刻胶的验证，对于自身，对于国产半导体行业来说是一件好事情。至少可以保证我们不会在光刻胶领域中被国外彻底卡住，相信只要坚持下去，假以时日，一切难题都会迎刃而解。

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