半导体行业之半导体材料特性（六）

 

锗和硅

锗和硅是两种基本的半导体。世界上第一个晶体管是由锗材料制成的，作为固态电路时代的最初的一个标志。然而，锗材料在加工的过程中以及器件的特性上存在着很大的问题，还不能满足人们对固态电路的去不需求。在进行材料加工的过程中，需要非常高的温度。锗材料高达937°C的熔点最终决定了它的加工温度比硅低得多。更为重要的是，它缺乏天然存在的氧化物，使得锗基工艺制作而成的芯片容易漏电。

硅/二氧化硅平面加工技术的发展解决了集成电路制作过程中的泄漏问题，使电路的表面轮廓变的更加的平整，这些变革的提升主要是由于其熔点为1415°C的这个特性带来的，因此可以进行更高温度的加工。因此，在后续实际用到的过程中，在全球范围内，硅晶片占所有加工晶片的90%以上。

 

半导体化合物

有许多半导体化合物是由几种元素混合而成的。这些结合而成的元素位于元素周期表的第三和第五列，以及第二和第六列。在这些化合物中，在商用半导体器件当中，使用最多的是砷化镓(GaAs)，砷化磷化镓(GaAsP)、磷化铟(InP)、镓铝砷(GaAlAs)和磷化铟镓(InGaP)。这些化合物具有非常特殊的属性。例如，当被电流激活时，由GaAs和GaAsP制成的二极管会发出可见光和激光。他们这些常见的材料和其他材料一起组合被用来制造发光二极管(led)。led器件由于其发光特性，而且不像传统的钨丝灯泡要发出大量的热能，由此带来能量损耗，因此随着时间的推移，有越来越多的市场。并且在附加其他的一些化合物之后，还可以释放一系列其他颜色的彩色光。具体可以在下图中看到。

砷化镓的一个重要特性是其非常高的载流子迁移率。这一特性允许砷化镓器件可以通过反应产生高频微波，并在通信中有效地将它们转换成电流，这一特点比在硅器件中更快地完成，效率更高。

同样的性质，载流子迁移率，这对于镓材料用于制作砷化镓晶体管和集成电路有重要意义。砷化镓器件的运行速度是传统硅器件的两到三倍，并在超高速计算机和真正的时间控制电路具有非常大的应用前景，如飞机控制系统中，极为要求极短的反应时间。

砷化镓对辐射引起的泄漏具有天然的抵抗力。比如在太空中非常常见的各种粒子辐射，能在半导体材料中形成空穴和电子，从而会产生不必要的电流，可能导致设备或电路故障或损坏，以至于停止运转。可以在辐射环境中工作的设备是必须要抵挡辐射效应的影响。砷化镓具有天然的抗辐射特性。

砷化镓也是半绝缘的。在集成电路中，这一特性可以最小化相邻设备之间的泄漏，进而可以带来更高的封装密度。由于空穴和电子的存在，更高的封装密度反过来又导致了电路具有更快的速度。在硅电路中，必须建立特殊的隔离结构来控制表面泄漏。这些结构占用了宝贵的位置，并且降低了电路的集成度。

审核编辑：刘清