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半导体材料在经济社会等领域中的地位和作用 许文贞 vincent.xu.chn@ 作为一种直到20世纪30年代才被科学界所认可的材料－半导体，其实它的定 义也很简单。众所周知，物质存在的形式多种多样，固体、液体、气体、等离子 体等，而且这些物质中又有导电性和导热性差或不好的材料，称为绝缘体，同样 又有导电性和导热性好的称为导体。因此，可以简单的把导电性和导热性介于导 体和绝缘体之间的材料称为半导体。半导体材料得到人们的认知及其应用知道20 世纪的30年代开始，主要得益于当时对材料的提纯技术的改进。但是一经学术界 对半导体材料感兴趣并且对其性质的研究和材料研发以及半导体材料在工业上 的生产，它对我们人类社会、经济甚至人类文明发挥起巨大的影响，而且这种影 响是一发不可收拾的。例如，据媒体介绍，在信息技术的各个领域中，以半导体 材料为基础制作的各种器件，在人们活中几乎无所不及，不断改变着人们的生活 方式、思维方式，提高了人们的生活质量，促进了人类社会的文明的进步。它们 广泛用于信息的传输、存储、控制、探测，以及激光与光学显示等。半导体材料 已然是现代信息社会的核心和基础，在国民经济建设、社会可持续发展以及国家 安全中处于重要的战略地位和作用。 本人的专业方向主要是利用正电子技术来对材料的相关性质进行物理分析， 其中用正电子技术来研究比较广泛的材料之一就是半导体材料，因此半导体材料 也是本人今后研究工作中的一个重要方向。本文主要还是着重对半导体材料在经 济社会领域中的地位和作用进行阐述分析，主要涉及的领域有信息处理、语言及 数据通讯、能源、医药、运输、空间技术和国防等。另外本文主要切入点还是通 过对已有三代半导体材料的发展及应用对整个人类的影响的介绍，以及最后对半 导体材料的未来进行简单的展望。 1. 第一代半导体材料—元素半导体 1990 年前，作为第一代半导体材料，主要是以硅(包括锗)材料为主的元素半 导体占统治地位。虽然因为其较早被学术界所研究并且应用于实践中，但并非会 因为新一代的半导体材料的出现而使以硅材料为主的元素半导体而被淘汰，反而 正因为科技的日新月异，第一代半导体材料得到了更大的发展。例如，在微电子 工业中，尽管有各种新型的半导体材料不断出现, 但以上的大规模集成电路、超 大规模集成电路、甚大规模集成电路都是制作在高纯优质的硅抛光片和外延片上 的。可以说从过去至今, 硅材料终究是工业最基础和最重要的功能材料。电子工 业的发展历史表明, 没有半导体硅材料的发展, 就不可能有集成电路、电子工业 和信息技术的发展。 半导体硅材料以丰富的资源、优质的特性、日臻完善的工艺以及广泛的用途 等综合优势而成为了当代电子工业中应用最多的半导体材料，它还是目前可获得 的纯度最高的材料之一，其实验室纯度可达个12 个“9” 的本征级，工业化大生产 也能达到个7～11 个“9” 的高纯度。由于它的性能优良，使其在射线探测器、整 流器、集成电路（IC ）、硅光电池、传感器等各类电子元件中占有极为重要的地 位。同时，由于它具有识别、存储、放大、开关和处理电讯号及能量转换的功能， 1 而使“半导体硅”实际上成了“微电子”和“现代化电子” 的代名词。这些应用硅材料 的半导体器件广泛应用于各个领域，极大的促进了整个社会的发展。半导体硅材 料自从年代被广泛应用于各类电子元器件以来, 其用量平均大约以每年 12％～ 16％的速度增长。目前全世界每年消耗约 18000～25000 吨半导体级多晶硅, 消 耗6000～7000 吨单晶硅, 硅片销售金额约60～80 亿美元。现在硅产品的生产已 然成为一个国家经济增长的一个亮点，例如日本在 1999 年，国内生产6～12 英 寸的硅单晶总量为7000 吨，相当于8000 亿日元。而且 18 英寸重达414 公斤的 硅单晶和18 英寸的硅园片也已研制成功，这必然会给他们带来更大的经济效益。 目前，我国的信息产业也已快速超过传统产业而成为国民经济中的第一大产业和 对外出口创汇的支柱产业。从2003 年开始我国的电子信息产业规模已超过日本 而跃居世界第二位，仅排在美国之后。到2006 年，我国电子信息产业销售总值 达4.75 万亿元，同比增长24 ％，并占全国总出口值的36 ％。 总之，硅材料、硅器件和硅集成电路的发展与应用水平早