半導體材料設計范文
前言：我們精心挑選了數篇優質半導體材料設計文章，供您閱讀參考。期待這些文章能為您帶來啟發，助您在寫作的道路上更上一層樓。
第1篇
關鍵詞：半導體，超晶格，集成電路，電子器件
1.半導體材料的概念與特性
當今，以半導體材料為芯片的各種產品普遍進入人們的生活，如電視機，電子計算機，電子表，半導體收音機等都已經成為我們日常所不可缺少的家用電器。半導體材料為什么在今天擁有如此巨大的作用，這需要我們從了解半導體材料的概念和特性開始。
半導體是導電能力介于導體和絕緣體之間的一類物質，在某些情形下具有導體的性質。半導體材料廣泛的應用源于它們獨特的性質。首先，一般的半導體材料的電導率隨溫度的升高迅速增大，各種熱敏電阻的開發就是利用了這個特性；其次，雜質參入對半導體的性質起著決定性的作用，它們可使半導體的特性多樣化，使得PN結形成，進而制作出各種二極管和三極管；再次，半導體的電學性質會因光照引起變化，光敏電阻隨之誕生；一些半導體具有較強的溫差效應，可以利用它制作半導體制冷器等；半導體基片可以實現元器件集中制作在一個芯片上，于是產生了各種規模的集成電路。這種種特性使得半導體獲得各種各樣的用途，在科技的發展和人們的生活中都起到十分重要的作用。
2.半導體材料的發展歷程
半導體材料從發現到發展，從使用到創新，也擁有著一段長久的歷史。在20世紀初期，就曾出現過點接觸礦石檢波器。1930年，氧化亞銅整流器制造成功并得到廣泛應用，使半導體材料開始受到重視。1947年鍺點接觸三極管制成，成為半導體的研究得到重大突破。50年代末，薄膜生長技術的開發和集成電路的發明，使得微電子技術得到進一步發展。60年代，砷化鎵材料制成半導體激光器，固溶體半導體材料在紅外線方面的研究發展，半導體材料的應用得到擴展。1969年超晶格概念的提出和超晶格量子阱的研究成功，使得半導體器件的設計與制造從“雜志工程”發展到“能帶工程”，將半導體材料的研究和應用推向了一個新的領域。90年代以來隨著移動通信技術的飛速發展，砷化鎵和磷化銦等半導體材料得成為焦點，用于制作高速、高頻、大功率及發光電子器件等；近些年，新型半導體材料的研究得到突破，以氮化鎵為代表的先進半導體材料開始體現出其超強優越性，被稱為IT產業新的發動機。
3.各類半導體材料的介紹與應用
半導體材料多種多樣，要對其進一步的學習，我們需要從不同的類別來認識和探究。通常半導體材料分為：元素半導體、化合物半導體、固溶體半導體、非晶半導體、有機半導體、超晶格半導體材料。不同的半導體材料擁有著獨自的特點，在它們適用的領域都起到重要的作用。
3.1元素半導體材料
元素半導體材料是指由單一元素構成的具有半導體性質的材料，分布于元素周期表三至五族元素之中，以硅和鍺為典型。硅在在地殼中的含量較為豐富，約占25%，僅次于氧氣。硅在當前的應用相當廣泛，它不僅是半導體集成電路、半導體器件和硅太陽能電池的基礎材料，而且用半導體制作的電子器件和產品已經大范圍的進入到人們的生活，人們的家用電器中所用到的電子器件80%以上元件都離不開硅材料。鍺是稀有元素，地殼中的含量較少，由于鍺的特有性質，使得它的應用主要集中于制作各種二極管，三極管等。而以鍺制作的其他器件如探測器，也具備著許多的優點，廣泛的應用于多個領域。
3.2化合物半導體材料
通常所說的化合物半導體多指晶態無機化合物半導體，即是指由兩種或兩種以上元素確定的原子配比形成的化合物，并具有確定的禁帶寬度和能帶結構的半導體性質。化合物半導體材料種類繁多，按元素在元素周期表族來分類，分為三五族（如砷化鎵、磷化銦等），二六族（如硒化鋅），四四族（如碳化硅）等。如今化合物半導體材料已經在太陽能電池、光電器件、超高速器件、微波等領域占據重要的位置，且不同種類具有不同的性質，也得到不同的應用。。
3.3固溶體半導體材料
固溶體半導體材料是某些元素半導體或者化合物半導體相互溶解而形成的一種具有半導體性質的固態溶液材料，又稱為混晶體半導體或者合金半導體。隨著每種成分在固溶體中所占百分比（X值）在一定范圍內連續地改變，固溶體半導體材料的各種性質（尤其是禁帶寬度）將會連續地改變，但這種變化不會引起原來半導體材料的晶格發生變化.利用固溶體半導體這種特性可以得到多種性能的材料。
3.4非晶半導體材料
非晶半導體材料是具有半導體特性的非晶體組成的材料，如α-硅、α-鍺、α-砷化鎵、α-硫化砷、α-硒等。。這類材料，原子排列短程有序，長程無序，又稱無定形半導體，部分稱作玻璃半導體。非晶半導體按鍵合力的性質分為共價鍵非晶半導體和離子鍵非晶半導體兩類，可用液相快冷方法和真空蒸發或濺射的方法制備。在工業上，非晶半導體材料主要用于制備像傳感器、太陽能電池薄膜晶體管等非晶半導體器件。
3.5有機半導體材料
有機半導體是導電能力介于金屬和絕緣體之間，具有熱激活電導率且電導率在10-10～100S·cm的負一次方范圍內的有機物，如萘蒽、聚丙烯和聚二乙烯苯以及堿金屬和蒽的絡合物等.其中聚丙烯腈等有機高分子半導體又稱塑料半導體。有機半導體可分為有機物、聚合物和給體-受體絡合物三類。相比于硅電子產品，有機半導體芯片等產品的生產能力較差，但是擁有加工處理更方便、結實耐用、成本低廉的獨特優點。目前，有機半導體材料及器件已廣泛應用于手機，筆記本電腦，數碼相機，有機太陽能電池等方面。
3.6超晶格微結構半導體材料
超晶格微結構半導體材料是指按所需特性設計的能帶結構，用分子束外延或金屬有機化學氣相沉積等超薄層生產技術制造出來的具有各種特異性能的超薄膜多層結構材料。由于載流子在超晶格微結構半導體中的特殊運動，使得其出現許多新的物理特性并以此開發了新一代半導體技術。。當前，對超晶格微結構半導體材料的研究和應用依然在研究之中，它的發展將不斷推動許多領域的提高和進步。
4.半導體材料的發展方向
隨著信息技術的快速發展和各種電子器件、產品等要求不斷的提高，半導體材料在未來的發展中依然起著重要的作用。在經過以Si、GaAs為代表的第一代、第二代半導體材料發展歷程后，第三代半導體材料的成為了當前的研究熱點。我們應當在兼顧第一代和第二代半導體發展的同時，加速發展第三代半導體材料。目前的半導體材料整體朝著高完整性、高均勻性、大尺寸、薄膜化、集成化、多功能化方向邁進。隨著微電子時代向光電子時代逐漸過渡，我們需要進一步提高半導體技術和產業的研究，開創出半導體材料的新領域。相信不久的將來，通過各種半導體材料的不斷探究和應用，我們的科技、產品、生活等方面定能得到巨大的提高和發展！
參考文獻
[1]沈能玨,孫同年,余聲明,張臣.現代電子材料技術.信息裝備的基石[M].北京：國防工業出版社,2002.
[2]靳曉宇.半導體材料的應用與發展研究[J].大眾商務,2009,(102).
[3]彭杰.淺析幾種半導體材料的應用與發展[J].硅谷, 2008,(10).
[4]半導體技術天地.2ic.cn/html/bbs.html.
第2篇
【關鍵詞】半導體材料；發展；現狀
半導體材料這一概念第一次被提出是在二十世紀，被維斯和他的伙伴考尼白格首次提及并使用，半導體材料從那時起便不斷的進步發展，伴隨著現代化的生活方式對一些數字產品的應用需求，社會對半導體材料推出了更高的要求，這使得半導體材料得到了飛躍性的發展【1】。本篇論文就半導體材料的概念性理解，半導體材料的歷史性發展，新一代半導體材料的舉例以及發展應用現狀等方面展開了基本論述，談論我國在半導體材料這一領域的應用與發展的實際情形。
1.對半導體材料的概念性理解
對半導體材料的理解不能脫離當今二十一世紀這個有著高需求和高速度特點的時代，這個時代同時也是崇尚環保觀念，倡導能源節約的時代，因此新的信息時代下半導體的發展要脫離以往傳統的發展模式，向新的目標邁進。
首先，我們要了解什么是半導體材料，這將為接下來的論述打下概念性的基礎。眾所周知，氣體，液體，固體等狀態都可稱之為物質的存在狀態，還有一些絕緣體，絕緣體是指導熱性或者導電性較差的物質，比如陶瓷和琥珀，通常把F，銀，金，銅等導熱性和導電性較好的一類物質成為導體，所以顧名思義，半導體既不屬于絕緣體，也不屬于導體，它是介于導體和絕緣體性質之間的一種物質【2】。半導體沒有導體和絕緣體發現的時間早，大約在二十世紀三十年代左右才被發現，這也是由于技術原因，因為鑒定物質的導熱性和導電性的技術到了一定的時期才得到發展，而且對半導體材料的鑒定需要利用到提純技術，因此，當對物質材料的提純技術得到升級到一定水平之后，半導體的存在才真正意義上在學術界和社會上被認可。
2.半導體材料的歷史發展及早期應用
對半導體材料的現代化研究離不開對這一材料領域的歷史性探究，只有知道半導體材料是怎樣，如何從什么樣的情形下發展至今的，才能對當今現代半導體材料形成完整的認識體系。對半導體材料的接觸雛形是先認識到了半導體材料的四個特性。論文接下來將會具體介紹，并對半導體材料早期應用做出詳細解釋。
2.1半導體材料發現之初的特性
半導體材料第一個被發現的特性，在一般的情況之下，金屬材料的電阻都是隨著溫度的升高而增加的，但是巴拉迪，這位英國的科學研究學者發現硫化銀這一物質的電阻隨著溫度的升高出現了降低的情況，這就是對半導體材料特性的首次探索，也是第一個特性。
半導體材料的第二個特性是由貝克萊爾，一位偉大的法國科學技術研究者發現的，他發現電解質和半導體接觸之后形成的結會在施加光照條件之下產生一個電壓，這是后來人們熟知的光生伏特效應的前身，也是半導體材料最初被發現的第二個特性。
半導體材料的第三個特性是由德國的科學研究學者布勞恩發現的，他發現一些硫化物的電導和所加電場的方向有著緊密的聯系，也就是說某些硫化物的導電是有方向性的，如果在兩端同時施加正向的電壓，就能夠互相導通，如果極性倒置就不能實現這一過程，這也就是我們現在知道的整流效應，也是半導體材料的第三個特性。
半導體材料的第四個特性是由英國的史密斯提出的，硒晶體材料在光照環境下電導會增加，這被稱作光電導效應，也是半導體材料在早期被發現的第四個特性【3】。
2.2半導體材料在早期的應用情況
半導體材料在早期被應用在一些檢測性質的設備上，比如由于半導體材料的整流效應，半導體材料被應用在檢波器領域。除此之外，大家熟知的光伏電池也應用了早期的半導體材料，還有一些紅外探測儀器，總之，早期被發現的半導體材料的四個重要的特性都被應用在了社會中的各個領域，半導體材料得到初步的發展。
直到晶體管的發明，使得半導體材料在應用領域被提升到一個新的高度，不再僅僅是應用在簡單的檢測性質的設備中或者是電池上，晶體管的發明引起了電子工業革命，在當今來看，晶體管的發明并不僅僅只是帶來了這一電子革命，最大的貢獻在于它改變著我們的生活方式，細數我們現在使用的各種電器產品，都是有晶體管參與的。因此晶體管的發明在半導體材料的早期應用發展上有著舉足輕重的位置，同時也為今后半導體材料的深入發展做足了準備，具有里程碑式的意義與貢獻【4】。
3.現代半導體材料的發展情況
以上論文簡單的介紹了半導體材料以及其早期的發現與應用，接下來就要具體探討第三代半導體材料這一新時代背景下的產物。第三代半導體材料是在第一和第二代半導體材料的發展基礎之上衍生出的更加適應時代要求和社會需要的微電子技術產物。本篇論文接下來將介紹我國半導體材料領域的發展情況，并介紹一些新型的半導體材料的應用與發展情況。
3.1我國半導體材料領域的發展情形
半導體材料的發展屬于微電子行業，針對我國的國情和社會現狀，我國微電子行業的發展不能急于求成，這將會是一個很復雜的過程，也必定是一個長期性的工程。從現在半導體材料發展的情況來看，想要使半導體材料更加滿足受眾的需求，關鍵要在技術層面上尋求突破。我國大陸目前擁有的有關半導體材料的技術，比如IC技術還只能達到0.5微米，6英寸的程度，相較于國際上的先進水平還有較大的差距。
雖然我國目前在半導體材料領域的發展水平與國際先進水平存在著較大的差距，但是這也同時意味著我國在半導體材料領域有著更大的發展空間和更好的前景，而且當今不論是國內環境還是國際環境，又或者是政治環境影響下的我國的綜合性發展方面而言，對中國微電子行業半導體領域的發展還是十分有利的，相信我國在半導體材料這一領域一定會在未來有長足的發展。
3.2新型半導體材料的發展介紹
前文提到，第三代半導體材料如今已經成為半導體材料領域的主要發展潮流，論文接下來將會選取幾種關鍵的三代半導體材料展開論述。
第一種是碳化硅材料。它屬于一種硅基化合物半導體材料，這一類材料的優越性體現在其較其他種類半導體材料有著更強的熱導性能。因此被應用在廣泛的領域，比如軍工領域，，也會被應用在太陽能電池，衛星通信等領域。
第二種是氧化鋅材料。氧化鋅材料被廣泛的應用到了傳感器和光學材料領域中，這是因為它具備一些關鍵性的特性，集成度高，靈敏度高，響應速度快等，這些特征恰恰是傳感等應用范圍廣泛的領域中所看中的關鍵點，不僅如此，氧化鋅半導體材料不僅性能好，而且這類材料的原料豐富，所以價格低廉，還具有較好的環保性能【5】。
4.結語
近年來，半導體照明產業得到了飛躍式的發展，被越來越廣泛的應用到人們的日常生活中，而支撐這一產業的核心材料正是以碳化硅等半導體材料為主的某些微電子材料，半導體材料利用下的各項技術已經在全球范圍內占領者新的戰略高地。我國半導體材料領域雖然起步晚，發展水平較國際水平有差距，但是前景光明，尤其是第三代半導體材料的出現和應用，在人們的生活中有著更加廣泛和有建設性的應用，改變著人們的生活方式，不斷推動著半導體材料的發展。
參考文獻：
[1]甘倩.淺談LED路燈在城市道路照明中的應用[J].建筑工程技術與設計，2014，（12）：477-477.
[2]黃裕賢.淺談157nm激光微加工工藝及自動化編程[J].科學與財富，2015，（7）：560-560.
[3]胡鳳霞.淺談半導體材料的性能與應用前景[J].新教育時代電子雜志（教師版），2016，（13）：267.
第3篇
關鍵詞：半導體材料；教學內容；教學方法；實踐教學
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）10-0085-02
材料是人類文明的里程碑，其中半導體材料更是現代高科技的基礎材料。近年來，半導體材料在國民經濟和前沿科學研究中扮演越來越重要的角色，引起了社會的廣泛關注。半導體材料作為材料科學與工程專業的核心專業課，主要是通過研究學習Si、Ge、砷化鎵等為代表的半導體材料的性質、功能，內容涉及晶體生長、化學提純、區熔提純等半導體材料的生長制備方法及半導體材料的結構、缺陷和性能的分析和控制原理。隨著現代科技的飛速發展，該學科也更新換代加快，形成了一些新的理論和概念。為了進一步提高對半導體材料課程的教學質量，我們借鑒國內外大學先進的教學理念，對該課程存在的問題進行了總結，并提出了新的教學改革。
一、課程存在的問題
在半導體材料課程的教學實踐過程中，存在諸多的問題，例如該課程教材包含的內容非常寬泛，理論強且概念多而抽象；部分內容與其他課程的重復性相對較高，使得學生缺乏學習興趣；更主要的是教材內容大多注重理論，而忽視了實踐的重要性，缺少對前沿科學知識的相關介紹。此外，目前傳統的課堂教學方法主要是簡單的教師講述或者板書課件的展示形式，學生被動地接受知識，部分學生只能通過死記硬背的方式來記住教師所傳授的基礎理論知識，長此以往，只會加重學生對該課程的厭學情緒。此等只會與因材施教背道而馳，扼殺學生的個性和學習的自主性，不利于培養創造新型科學性專業型人才。
二、課程改革的必要性
《半導體材料》課程以介紹半導體材料領域的基礎理論為目的，從常見半導體的性質，揭示不同半導體材料性能和制備工藝之間的關系，全面闡述各半導體材料的共性基礎知識與其各自適應用于的領域。在當今信息時代科技的飛速發展中，只有結合理論和實踐才能發揮半導體的最大效用，才能更有效地掌握其深度和廣度，這些對后續課程的實施也有著一定的影響。作為材料科學與工程專業的重要專業課程之一，除了讓學生學習理論知識，更重要的是培養學生的科學實踐能力和職業技能，以適應當今社會的發展。針對以上存在的問題，半導體材料的教學改革迫在眉睫。由此才可以改變學生的學習現狀，調動和提高學生的學習興趣，提高教學質量，使得我們所學知識真正為我們所用。
三、教學內容的改革
1.內容的改革。對傳統的半導體材料教學內容的改革，從根本上來看最重要的是引入前沿知識，實現內容的創新，并且使得理論聯系實際。下圖是目前我校的半導體材料的基本內容，如下：
目前我校的半導體材料課程內容主要由以上幾個部分組成，其中A、B兩部分的內容為重要部分，整個學期都在學習；而C部分相對來說比較次要，在學習過程中大概講述一至兩種半導體材料，剩下的部分屬于自學部分，也不在考試范圍內；至于專業課的實驗，也相對較少且沒有代表性。該課程是在大三上學期開設的，對于處于這個階段的學生來說，面臨這考研或就業的選擇與準備過程中。所以作為一門專業課，除了注重半導體材料的特性、制備和應用方面的知識外，更重要的是半導體材料的應用領域和研究現狀相結合，增加其實用性，不管對考研，還是就業的同學來說，都有一定的幫助。對于改革后的教學內容，除了增加對圖1中C部分的重視度，其次，應增加各模塊：目前半導體材料的熱點應用領域及研究現狀。還有圖1中的A、B部分可適當地減少，因為在其他的專業課程都有學習過，對于重復的知識鞏固即可，沒必要再重點重復學習。對于實驗課，相對于實驗室來說，能夠操作的實驗往往沒有多大的挑戰性，有條件的話能夠進入相關企業觀摩，身臨其境的感受有意義得多。
在實際的課程教學過程中，除了學習常見半導體材料的發展歷史和研究方法外，介紹一些新型的半導體材料及其應用領域，例如半導體納米材料、光電材料、熱電材料、石墨烯、太陽能電池材料等，使學生能夠區分不同半導體各自的優缺點；除了介紹晶體生長、晶體缺陷類型的判定及控制的理論知識外，介紹幾種生產和科研中常見的材料檢測方法，如X射線衍射、掃描電子顯微鏡、紅外光譜儀、熒光光譜等。此外，還可以介紹當前國內外的半導體行業的現狀和科技前沿知識，讓學生清楚半導體行業存在的一些問題需要他們去完成，以激發學生的使命感和責任感。在講授各種外延生長的設備和原理時，應介紹一些相關的科學研究工作，如真空鍍膜、磁控濺射等。另外，可以以專題的形式，介紹一些前沿內容，如半導體納米材料、石墨烯方面的研究進展和應用前景等，拓寬學生的知識面，以激發學生的研究興趣和培養創新意識。
2.教材參考書的選擇。《半導體材料》課程內容較多，不同的教材的側重點不一樣，所以僅僅學習教材上的內容往往不夠，所以根據課程的改革要求和《半導體材料》課程自身的特點，需要與本課程密切相關的、配套齊全的參考教程，例如半導體器件物理（第二版）、微電子器件與IC設計基礎（第二版）、半導體器件原理等。
四、教學方法的改革
由于傳統的教學觀念的影響，半導體材料課程的仍是以板書課件為主的傳統的教學方法。這種單一枯燥的教學方式忽視了學生的學習興趣和學習的主觀能動性，極大地阻礙了對學生創新能力的培養。此外，該課程的考核方式單一，以期末考試為主，一定程度使學生養成了為考試而學的心態，對所學知識死記硬背，沒有做到真正的融會貫通、學以致用的目的。大部分學生以修學分為目的，期末考試后對所學知識所知無幾，學一門丟一門的心態，嚴重影響了教學效果，更重要的對學生今后的研究和工作沒有任何的幫助。可見，對這種灌輸知識的教學方式和考核機制的改革迫在眉睫。在教學過程中采用小組式討論，網絡教學平臺，專題式講解，實驗教學等多種教學方式，將有益于改善教學效果。
1.小組討論式教學。為了充分發揚學生的個性特點和體現教學的人性化，使得學生真正成為主體，必須提供新穎、易于討論的課程環境，從而培養學生自主創新的意識和能力。小組討論式教學模式就很好地體現了這一點，在小組討論中，可以使學生發表自己所思所想，相互學習，集思廣益，取長補短。教師在教學過程中應鼓勵學生質疑的精神，使其敢于突破傳統，思維獨到，鼓勵學生在錯誤中積累寶貴經驗；給予學生正能量，引起學生的學習熱情和興趣，營造輕松、積極的課堂環境。
2.網絡教學平臺。在多媒體盛行的時代，開放式、多媒體式教學方式備受關注，即建設一個融入教師教和學生學為一體的、便于師生互動的網絡教學平臺。在網絡教學平臺上可以提供各種學習輔助資料和學習支持服務。例如一對一的視頻輔導、課堂直播、網上答疑、學習論壇、名師講解等形式。學生可根據自身的學習愛好和學習習慣自主選擇學習時間。通過這種便利的人機交互學習，為學習者提供了一個針對性強、輔助有利、溝通及時、互動充分、獨立自主的學習環境，同時提供了豐富的學習資源。
3.專題式講解。半導體材料課程包含的內容很廣泛，有許多的分支；由于教學內容的增多，往往會給學生造成錯亂，理不清思緒。專題式講解是更系統的學習，使學習過程有條不紊。專題式講解既可以由教師主講，也可以由學生自己學習整理，再以PPT的形式將所學所思講給同學聽。既鍛煉了學生的自學能力，又鍛煉了學生的口語和實踐能力。
4.實驗教學。實驗是一種提高學生感性認識的有效手段，實驗教學將有助于學生深入理解所學理論知識，并在實驗中應用相關理論，為學生獲得新的理論知識打下良好的基礎。例如，可以通過實踐教學方法來傳授半導體材料的生長制備、結構表征、性能測試以及應用等方面的知識。合理安排實驗，通過在實驗設計過程中制定實驗方案、實驗操作、實驗報告或論文撰寫等環節，不僅提高了學生的動手能力，對學生創新能力的培養也起到極大的促進作用。對實驗過程中出現的實驗偏差、操作失誤、環境改變等對實驗結果的影響分析，為將來的科研工作打下堅實的基礎。此外，建立校企合作新機制，依托企業、行業、地方政府在當地建立多個學生教學實習基地，為加強實踐教學提供有力支撐，讓學生有實地模擬學習的機會，提高教學效果，增強學習興趣。
五、結論
《半導體材料》課程是材料科學與工程專業的重要專業課程。半導體材料課程的教學改革，對提高材料專業的人才培養質量具有一定的意義。依據科學技術的發展，及時更新教學內容改革教學方法，因材施教。同時在教學實踐中，我們將半導體材料的新理論、新應用和一些科學研究成果引入到教學內容當中，處理好基礎性和創新性、先進性、經典和現代的關系，加強理論聯系實際的教學環節建設，有利于提高教學質量，加強學生的學習效果，培養出具有扎實理論基礎、較強的實踐能力的應用技術型人才和一定科研能力的研究型人才。
參考文獻：