半导体光电信息功能材料研究进展.pdfVIP

Frontier 前沿 王占国 半导体材料及材料物理学家，中科学院院士，现任中国科学院 信息科学部副主任、中科院半导体所研究员、中国电子学会常务理事、半导 体和集成技术分会主任，北京市人民政府第八届专家顾问团顾问和国家 “973”计划材料领域咨询专家组组长以及多个国际会议顾问委员会委员等。 长期从事半导体材料和材料物理研究，其中，人造卫星用硅太阳电池辐照效 应和电子材料、器件和组件的静态、动态和核瞬态辐照实验结果为我国的两 弹一星事业发展做出了贡献。近年来，又在半导体低维结构（超晶格、量子 点、量子线等）材料生长、性质和量子器件研制方面获得进展。 半导体光电信息功能材料 的研究进展 ◇王占国 中国科学院半导体研究所半导体材料科学重点实验室 历史发展表明，半导体信息功能 纵和制造功能强大的人工结构材料和 晶的直径，解决硅片直径增大导致的 材料和器件是信息科学技术发展的先 量子器件，极有可能触发新的技术革 缺陷密度增加和均匀性变差等问题， 导和基础。20世纪40年代末50年代 命，并将深刻地影响人类的生产和生 仍是今后硅单晶发展的大趋势。预计 初，晶体管的发明、硅单晶材料和硅集 活方式。 由8英寸向12英寸过渡的硅ICs工艺将 成电路（ICs）的研制成功，导致了电子 在近年内完成，到2015年后，12英寸 工业大革命。20世纪60-70年代，光导 一、半导体光电信息功能材料 硅片将成为主流产品，2020年将会达 纤维材料和以砷化镓（G aAs）为基的 研究现状[1-2] 到高峰；随着硅极大规模集成电路向 半导体激光器的发明，超晶格、量子阱 1.硅微电子技术研究进展 更小线宽发展，是否需要研制更大直 微结构材料和高速器件的研制成功， （1）硅微电子技术遇到的挑战 径的硅单晶材料尚存争议，但更大直 使人类进入到光纤通信、移动通信和 硅（Si）是当前微电子技术的基础 径（如18和27英寸）的硅单晶研制也 高速、宽带信息网络的时代。纳米科学 材料，预计到21世纪中叶都不会改变。 在筹划中。 技术的发展和应用将使人们能从原 从提高硅集成电路（ICs）成品率，提高 从进一步缩小器件的特征尺寸、 子、分子或纳米尺度的水平上控制、操 性能和降低成本来看，增大直拉硅单 提高硅ICs的速度和集成度看，研制 65 Advanced Materials Industry Frontier 前沿 适合于深亚微米乃至纳米工艺所需的 高K栅介质、金属栅、双栅/多栅器件、 成功了单电子器件（单电子晶体管和 大直径硅外延片将会成为硅材料发展 应变沟道和高迁移率材料，铜互连技 单电子存储器），而且按照目前的技术 的另一个主要方向。绝缘体上半导体 术（扩散阻挡层）、低介电常数材料、 水平，制备室温工作的单电子晶体管 （SOI）材料，具有电路速度快、抗辐 多壁纳米碳管通孔和三维铜互连等； 器件（SET）已无不可克服的困难；但 射、低功耗和耐高温等特点，同时具有 另一方面，在电路