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第三代半導(dǎo)體相關(guān)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的難題是什么

半導(dǎo)體動(dòng)態(tài) ? 來源:網(wǎng)絡(luò)整理 ? 作者:工程師吳畏 ? 2018-11-12 14:40 ? 次閱讀
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“寬禁帶半導(dǎo)體就像一個(gè)小孩,還沒長(zhǎng)好就被拉到市場(chǎng)上去應(yīng)用?!敝锌圃涸菏?、中科院半導(dǎo)體所研究員夏建白打的比方引起不少與會(huì)專家的共鳴。

夏建白所說的寬禁帶半導(dǎo)體又被稱為第三代半導(dǎo)體,氮化鎵、碳化硅、氧化鋅、金剛石等材料是其主要代表。

如果說以硅為代表的第一代半導(dǎo)體是集成電路的基石,第二代半導(dǎo)體如砷化鎵促成了信息高速公路的崛起的話,那么第三代半導(dǎo)體材料技術(shù)正在成為搶占下一代信息技術(shù)、節(jié)能減排及國(guó)防安全制高點(diǎn)的最佳途徑之一,是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成內(nèi)容。

現(xiàn)在的問題是,快速發(fā)展的第三代半導(dǎo)體相關(guān)產(chǎn)業(yè),特別是深紫外發(fā)光和激光領(lǐng)域被基礎(chǔ)研究絆住了腳。

上帝的禮物還是難題?

如果你依然對(duì)第三代半導(dǎo)體材料感到陌生,可以抬頭看看家中無處不在的LED(發(fā)光二極管)燈。

氮化鎵基藍(lán)光LED的發(fā)明使高效白光LED照明得以實(shí)現(xiàn),引起了人類照明光源的又一次革命。日本科學(xué)家赤崎勇、天野浩和美籍日裔科學(xué)家中村修二也因該工作獲得了2014年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

北京大學(xué)物理學(xué)院教授沈波說,氮化鎵基藍(lán)光LED的發(fā)明就像“上帝的禮物”降臨人間,然而隨著相關(guān)應(yīng)用快速推向市場(chǎng),人們逐漸發(fā)現(xiàn),這個(gè)禮物里藏著很多難題。

難題何來?

夏建白告訴記者,第一代半導(dǎo)體硅經(jīng)過幾十年的發(fā)展,產(chǎn)業(yè)發(fā)展和基礎(chǔ)研究齊頭并進(jìn),基礎(chǔ)扎實(shí)。相比之下,日本人開始研究第三代半導(dǎo)體時(shí),很多人認(rèn)為氮化鎵材料的缺陷太多,難以做成高效光電器件。沒想到日本竟然把藍(lán)光LED做出來了,緊跟著就是市場(chǎng)的快速爆發(fā)。

“市場(chǎng)發(fā)展非常快,基礎(chǔ)研究卻跟不上了?!毕慕ò渍f,這是目前第三代半導(dǎo)體發(fā)展面臨的困境。

中科院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所研究員劉可為把氮化鎵基藍(lán)光LED的發(fā)明比作做蛋糕。蛋糕做出來了,它的美味得到市場(chǎng)認(rèn)可,但其中很多原理卻不太清楚,因此當(dāng)市場(chǎng)需要更美味的蛋糕時(shí),遇到了麻煩。

市場(chǎng)倒逼基礎(chǔ)研究加速

氮化鎵基藍(lán)光LED僅僅是一個(gè)開端,第三代半導(dǎo)體的確有潛力做出更大、更美味的蛋糕。

“第三代半導(dǎo)體材料除具有優(yōu)異的光電特性外,還具有擊穿電場(chǎng)高、熱導(dǎo)率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強(qiáng)、介電常數(shù)低等優(yōu)越性能?!敝锌圃洪L(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所研究員申德振介紹,因此它們?cè)诙滩òl(fā)光、激光、探測(cè)等光電子器件和高溫、高壓、高頻大功率的電子電力器件領(lǐng)域有廣闊應(yīng)用前景。

其用武之地不勝枚舉:在節(jié)能電力電子領(lǐng)域,有半導(dǎo)體照明、智能電網(wǎng)、高速列車等;在信息工程領(lǐng)域,有可見光通訊、海量光存儲(chǔ)、高速計(jì)算等;在國(guó)防建設(shè)領(lǐng)域,有紫外探測(cè)器、微波器件等。

以發(fā)光和激光領(lǐng)域?yàn)槔?,申德振介紹,第三代半導(dǎo)體在高性能的紫外、深紫外發(fā)光和激光在生化探測(cè)、殺菌消毒、精密光刻、高精密激光加工等領(lǐng)域有重大應(yīng)用價(jià)值。

“但在藍(lán)光之后,想將第三代半導(dǎo)體往波長(zhǎng)更短的紫外、深紫外發(fā)光和激光方向應(yīng)用時(shí),卻發(fā)現(xiàn)還有很多重大的科學(xué)問題尚待解決?!眲⒖蔀檎f,這些重大的科學(xué)問題包括第三代半導(dǎo)體的P型摻雜、第三代半導(dǎo)體的點(diǎn)缺陷問題以及大尺寸、高精度的襯底制備技術(shù)等。

可以說,市場(chǎng)應(yīng)用在倒逼基礎(chǔ)研究加快進(jìn)度。

劉可為告訴記者,僅就藍(lán)光LED而言,目前國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)規(guī)模巨大,核心專利和技術(shù)集中在日本和美國(guó)。但整體而言,國(guó)內(nèi)外對(duì)第三代半導(dǎo)體的基礎(chǔ)研究都相對(duì)薄弱。

“我國(guó)應(yīng)加大在第三代半導(dǎo)體紫外、深紫外發(fā)光和激光等領(lǐng)域的投入,解決該領(lǐng)域的核心科學(xué)和技術(shù)難題,爭(zhēng)取擁有更多具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)?!鄙甑抡裾f。

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