壹、半導體材料的主要類型
半導體材料可以按照化學成分進行分類，然後將具有特殊結構和性質的非晶和液態半導體單獨歸為壹類。根據這種分類方法，半導體材料可以分為元素半導體、無機化合物半導體、有機化合物半導體以及非晶和液態半導體。
1.元素半導體:有11種半導體材料分布在元素周期表的ⅲA到ⅶ A族。下表中的黑框就是這11種元素半導體，其中C代表鉆石。碳、磷、硒有絕緣體和半導體兩種形態。b、Si、Ge、Te是半導電的；錫、砷、銻有半導體和金屬兩種形態。P的熔點和沸點太低，I的蒸汽壓太高，容易分解，實用價值不大。砷、銻、錫的穩定態是金屬，半導體不穩定。由於制備過程中的困難和性能上的限制，b、C和Te還沒有被利用。所以11元素半導體中，只有Ge，Si，Se？使用了三個要素。鍺和矽仍然是應用最廣泛的兩種半導體材料。
(半導體材料)
2.無機化合物半導體:分為二元系、三元系和四元系。？二元系包括:①ⅳ-ⅳ族:SiC和Ge-Si合金具有閃鋅礦結構。② ⅲ-ⅴ:由周期表中的ⅲ元素Al、Ga、In和V元素P、As、Sb組成，以GaAs為典型代表。它們都具有閃鋅礦結構，在應用上僅次於Ge和Si，具有很大的發展前景。③ⅱ-ⅵ族:ⅱ元素鋅、鎘、汞與ⅵ元素硫、硒、碲形成的化合物，是壹些重要的光電材料。ZnS、CdTe和HgTe具有閃鋅礦結構。④ⅰ-ⅶ族:ⅰ元素銅、銀、金和？由第VII族元素Cl、Br和I形成的化合物，其中CuBr和CuI具有閃鋅礦結構。⑤-ⅵ: ⅵ族元素As、Sb、Bi、ⅵ族元素？由硫、硒和碲形成的化合物，如Bi2Te3、Bi2Se3、Bi2S3和As2Te3，是重要的熱電材料。⑥B族和過渡族元素Cu，？鋅、鈧、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷和鎳的氧化物是主要的熱敏電阻材料。⑦壹些稀土元素？由Sc、Y、Sm、Eu、Yb、Tm和V族元素N、As或VI族元素S、Se、Te形成的化合物。？除了這些二元化合物，還有元素間或元素間的固溶體半導體，如Si-AlP、Ge-GaAs、InAs-InSb、AlSb-GaSb、InAs-InP、GaAs-GaP等。研究這些固溶體，對於改善單壹材料的某些性能或開拓新的應用領域，可以起到很大的作用。
(半導體材料的元素結構圖)
半導體材料
三元系包括:族:這是由壹個II族和壹個IV族原子代替III-V族中的兩個III族原子組成，如ZnSiP2，ZnGeP2，ZnGeAs2，CdGeAs2，CdSnSe2等。基團:由壹個I族和壹個III族原子組成，而不是II-VI族中的兩個II族原子。比如？CuGaSe2、AgInTe2、AgTlTe2、CuInSe2、CuAlS2等。這是由壹個I族原子和壹個V族原子代替族中的兩個III族原子組成，如Cu3AsSe4、Ag3AsTe4、Cu 3 BSB 4、ag 3 BSB 4等。此外，還有結構基本為閃鋅礦的四元系(如Cu2FeSnS4)和更復雜的無機化合物。
3.有機化合物半導體:已知的有機半導體有幾十種，如萘、蒽、聚丙烯腈、酞菁和壹些芳香族化合物，還沒有作為半導體應用。
4.非晶和液態半導體:這些半導體和晶體半導體最大的區別是它們沒有嚴格的周期性晶體結構。
二、半導體材料的實際應用
不同半導體器件的制備對半導體材料有不同的形貌要求，包括單晶的切片、研磨、拋光、薄膜等。不同形式的半導體材料需要不同的加工技術。常用的半導體材料制備工藝包括提純、單晶制備和薄膜外延生長。
半導體材料所有的半導體材料都需要對原料進行提純，要求純度大於6“9s”，最高大於11“9s”。純化的方法分為兩類。壹種是不改變材料化學成分的提純，稱為物理提純。另壹種是將元素轉化為化合物進行提純，然後將提純後的化合物還原為元素，這種方法稱為化學提純。物理提純方法包括真空蒸發、區域提純、拉晶提純等。，而區域精煉是應用最廣泛的壹種。化學提純的主要方法有電解、絡合、萃取、精餾等。，而整流是應用最廣泛的。由於每種方法都有壹定的局限性，所以往往采用幾種提純方法相結合的方法來獲得合格的材料。
(半導體材料)
大多數半導體器件是在單個晶片或以單個晶片為襯底的外延晶片上制造的。成批的半導體單晶都是用熔體生長法制造的。直拉法是應用最廣泛的方法。80%的矽單晶、大部分鍺單晶和銻化銦單晶都是用這種方法生產的，矽單晶的最大直徑已經達到300 mm。將磁場引入熔體的直拉法被稱為磁控拉晶法，用這種方法已經生產出具有高均勻性的矽單晶。在坩堝熔體表面加入液體覆蓋劑，稱為液封提拉法，用這種方法生產砷化鎵、磷化鎵、磷化銦。懸浮區熔法的熔體不與容器接觸，用這種方法生長高純度矽單晶。采用水平區熔法生產鍺單晶。水平定向結晶法主要用於制備砷化鎵單晶，垂直定向結晶法用於制備碲化鎘和砷化鎵。通過各種方法生產的塊狀單晶經過全部或部分過程，例如晶體取向、翻滾、基準面、切片、研磨、倒角、拋光、蝕刻、清洗、測試和封裝，以提供相應的晶片。
在單晶襯底上生長單晶薄膜稱為外延生長。外延的方法包括氣相、液相、固相和分子束外延。化學氣相外延主要用於工業生產，其次是液相外延。金屬有機化合物氣相外延和分子束外延用於制備量子阱和超晶格。非晶、微晶和多晶薄膜主要通過不同的方法如化學氣相沈積和磁控濺射在玻璃、陶瓷、金屬和其他基底上制備。
三、半導體材料的發展現狀
與半導體設備市場相比，半導體材料市場長期處於配角地位，但隨著芯片出貨量的增加，材料市場將繼續增長，開始擺脫華而不實的設備市場帶來的陰影。根據銷售收入、
半導體材料日本保持最大半導體材料市場的地位。然而，臺灣省、ROW和韓國也正在成為重要的市場，材料市場的崛起反映了這些地區器件制造的發展。晶圓制造材料市場和封裝材料市場均實現增長，未來增長將趨於溫和，但仍將保持增長勢頭。
(半導體材料)
美國半導體工業協會(SIA)預測，2008年半導體市場收入將接近2670億美元，這是連續第五年的增長。無獨有偶，半導體材料市場也同時不斷改寫銷售收入和出貨量的記錄。晶圓制造材料和封裝材料均有增長，今年這兩部分的市場收入預計分別為268億美元和6543.8+09.9億美元。
日本繼續保持半導體材料市場的領先地位，占總市場的22%。2004年，臺灣省超越北美成為第二大半導體材料市場。北美排在ROW(RestofWorld)和韓國之後，位列第五。ROW包括新加坡、馬來西亞、泰國等東南亞國家和地區。很多新的晶圓廠都在這些地區投資，每個地區都有比北美更堅實的封裝基礎。
芯片制造材料占半導體材料市場的60%，其中大部分來自矽片。矽片和光掩模之和占晶圓制造材料的62%。2007年，除了濕化學試劑、光掩膜和濺射靶以外的所有晶圓制造材料都實現了強勁增長，使得晶圓制造材料市場增長65，438+06%。2008年，晶圓制造材料市場增長相對平緩，增長率為7%。預計2009年和2010年，增速分別為9%和6%。
半導體材料市場最顯著的變化之壹是封裝材料市場的興起。封裝材料市場占1998半導體材料市場的33%，預計2008年這壹份額將增加到43%。這種變化是由於在球柵陣列、芯片級封裝和倒裝芯片封裝中越來越多地使用軋制基板和高級聚合材料。隨著產品的便攜性和功能性對包裝提出了更高的要求，預計這些材料將在未來幾年獲得更強勁的增長。此外，金價的大幅上漲使得引線鍵合部分在2007年上漲了36%。
與晶圓制造材料類似，未來三年半導體封裝材料增速也將放緩，2009年和2010年增長5%，分別達到209億美元和220億美元。剔除金價因素，且軋制基板未納入統計，實際增速為2%至3%。
第四，半導體材料的戰略地位
20世紀中期，單晶矽和半導體晶體管的發明以及矽集成電路的研制成功，引發了電子工業的革命。20世紀70年代初石英光纖材料和GaAs激光器的發明，推動了光纖通信技術的飛速發展，並逐漸形成了高技術產業，將人類帶入了信息時代。超晶格的概念以及半導體超晶格和量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設計思想，使半導體器件的設計和制造從“雜質工程”發展到“能帶工程”。納米科技的發展和應用，將使人類能夠在原子、分子或納米尺度上控制、操縱和制造強大的新型器件和電路，深刻影響世界政治經濟格局和軍事對抗形式，徹底改變人們的生活方式。
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