下一代半导体：一路向宽，一路向窄( 二 ) 随着以氮化镓、碳化硅为代表

窄禁带半导体：继续拓展光谱范围，集中应用在红外光
与超宽禁带半导体相反，锑化物等窄禁带半导体具有高迁移率、导电性强的特点，应用领域也集中在红外线，与超宽禁带应用的紫外线正好分布在光谱两端。可以说，超宽禁带和窄禁带半导体拓展了人类对光谱的利用范围。
在光电子领域，锑化物材料体系有希望成为未来红外成像系统的主要材料体系。据中科院半导体研究所教授牛智川介绍，传统红外光电材料由于均匀性不足、基片面积小、良率极低等瓶颈，难以实现大阵列、双色、多色焦平面以及甚远红外焦平面的制造。
“锑化物在具有高性能的前提下，带隙调控适用范围更广、成本更低、制造规模更大，锑化镓基半导体外延材料技术已经成长为红外光电器件制造的主流。”牛智川向《中国电子报》采访人员表示。
在微电子领域，锑化物半导体具有超过前三代半导体体系的超高速迁移率，在发展超低功耗超高速微电子集成电路器件方面潜力重大。
在热电器件领域，含锑元素的各类晶体材料具有优良的热电和制冷效应，是长期以来热电制冷器件领域的重要技术方向，具有广阔的应用前景。
在制备方面，锑化物窄带隙半导体与砷化镓、磷化铟等III-V族体系的结构特性、制备工艺类似或兼容，因此不存在量产技术的障碍，其制备成本主要受单晶衬底晶圆面积、外延材料量产容量、工艺集成技术良率的制约。
“随着功能器件需求放大，基于锑化物的激光器和探测器制造已经在量产方面获得了充分的验证，在光电子功能的各类应用领域制造规模逐步扩大，已经具备量产条件。”牛智川指出。
下一代半导体：越走越“宽”还是越“窄”？
新一代半导体材料是产业变革的基石。从以硅为代表的第一代半导体材料，以砷化镓、磷化铟为代表的第二代半导体材料，以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体材料，半导体器件的工作范围和适用场景不断拓展，为信息社会的发展提供有力支撑。
半导体代表性材料进阶图

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那么，真正具有技术前景的新一代半导体材料，应该具备哪些要素？
牛智川表示，评估半导体材料的发展前景时，应注重两个指标。
一是能否发展出高可控性的量产制备技术，这是判断新体系材料是否具有长期发展前景的必要前提。在面向实际应用发展的初期阶段，必须评估规模化生产平台的可行性，包括大型制造设备等，并通过小试和中试工程化考验，检验产品良率和器件性能的稳定性。
其次是技术迭代链条是否完善，这是市场化成败的必要考量。半导体技术迭代链条包括所有技术环节所需的相关支撑条件是否具备可靠来源，市场周期的波动率，用户对产品需求性价比，以及对比竞品材料的优劣等。
在具备产业化前景的基础上，该如何发挥材料自身的性质，使之转化为产业发展的动力并释放市场价值？
闫建昌表示，每一种材料都有自身的优势和局限性，要充分发挥或者挖掘其有利因素，以扬长避短。曾经业界认为氮化镓材料缺陷密度太高，不可能用来发光，但氮化镓的一些特殊机制能够绕开缺陷密度的问题，并基于自身的硬度和化学稳定性等优势弥补纯净度的不足，赢得了发展空间。
“无论氮化铝镓、氧化镓还是金刚石，在器件和产业发展上还有很大的空间。发展的基础取决于材料本身和材料制备水平，要实现更低的缺陷密度，把材料的优势和潜力充分发掘出来，这是未来超宽禁带技术和产业发展的基础。”闫建昌说。