隨著以氮化鎵、碳化硅為代表的第三代半導體步入產(chǎn)業(yè)化階段，對新一代半導體材料的探討已經(jīng)進入大眾視野。走向產(chǎn)業(yè)化的銻化物，以及國內(nèi)外高度關(guān)注的氧化鎵、金剛石、氮化鋁鎵等，都被視為新一代半導體材料的重要方向。從帶隙寬度來看，銻化物屬于窄帶半導體，而氧化鎵、金剛石、氮化鋁屬于超寬禁帶半導體。新一代半導體材料，將一路向?qū)?，還是一路向窄？

禁帶的寬度決定了電子躍遷的難度，是半導體的導電性的決定因素之一。禁帶越寬，半導體材料越接近絕緣體，器件穩(wěn)定性越強，因而超寬禁帶半導體能應(yīng)用于高溫、高功率、高頻率以及較耐輻照等特殊環(huán)境。

在光電子領(lǐng)域，超寬禁帶半導體在紫外發(fā)光、紫外探測領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用空間?；诘X鎵等超寬禁帶半導體的紫外發(fā)光二極管和紫外激光二極管應(yīng)用于殺菌消毒等醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域，特定波長的紫外線能幫助人體補鈣。在工業(yè)上，超寬禁帶可用于制造大功率的紫外光源。

與氧化鎵、金剛石等禁帶寬度相對固定的材料不同，氮化鋁鎵的禁帶寬度可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，是一種靈活的半導體材料。

在制備技術(shù)方面，氮化鋁鎵已經(jīng)具備了一定的積累。

氧化鎵相比寬禁帶半導體具有更高的能量轉(zhuǎn)換效率。目前，氧化鎵材料制備水平進展較快，但是外延、器件方面還有很多工作要做。

閆建昌指出，散熱能力不足是氧化鎵的弊端，如何繞開這個弊端，去充分發(fā)揮它在功率器件的優(yōu)勢，是值得關(guān)注的發(fā)展方向。

“金剛石難以實現(xiàn)半導體級別的制備和摻雜，但我們可以利用類金剛石或者金剛石顆粒去改善半導體器件的散熱，把金剛石自身的優(yōu)勢和長處先發(fā)揮出來。”閆建昌說。

與超寬禁帶半導體相反，銻化物等窄禁帶半導體具有高遷移率、導電性強的特點，應(yīng)用領(lǐng)域也集中在紅外線，與超寬禁帶應(yīng)用的紫外線正好分布在光譜兩端。可以說，超寬禁帶和窄禁帶半導體拓展了人類對光譜的利用范圍。

“銻化物在具有高性能的前提下，帶隙調(diào)控適用范圍更廣、成本更低、制造規(guī)模更大，銻化鎵基半導體外延材料技術(shù)已經(jīng)成長為紅外光電器件制造的主流。”牛智川向《中國電子報》記者表示。

在熱電器件領(lǐng)域，含銻元素的各類晶體材料具有優(yōu)良的熱電和制冷效應(yīng)，是長期以來熱電制冷器件領(lǐng)域的重要技術(shù)方向，具有廣闊的應(yīng)用前景。

“隨著功能器件需求放大，基于銻化物的激光器和探測器制造已經(jīng)在量產(chǎn)方面獲得了充分的驗證，在光電子功能的各類應(yīng)用領(lǐng)域制造規(guī)模逐步擴大，已經(jīng)具備量產(chǎn)條件。”牛智川指出。

新一代半導體材料是產(chǎn)業(yè)變革的基石。從以硅為代表的第一代半導體材料，以砷化鎵、磷化銦為代表的第二代半導體材料，到以氮化鎵、碳化硅為代表的第三代半導體材料，半導體器件的工作范圍和適用場景不斷拓展，為信息社會的發(fā)展提供有力支撐。

牛智川表示，評估半導體材料的發(fā)展前景時，應(yīng)注重兩個指標。

二是技術(shù)迭代鏈條是否完善，這是市場化成敗的必要考量。半導體技術(shù)迭代鏈條包括所有技術(shù)環(huán)節(jié)所需的相關(guān)支撐條件是否具備可靠來源，市場周期的波動率，用戶對產(chǎn)品需求性價比，以及對比競品材料的優(yōu)劣等。

閆建昌表示，每一種材料都有自身的優(yōu)勢和局限性，要充分發(fā)揮或者挖掘其有利因素，以揚長避短。曾經(jīng)業(yè)界認為氮化鎵材料缺陷密度太高，不可能用來發(fā)光，但氮化鎵的一些特殊機制能夠繞開缺陷密度的問題，并基于自身的硬度和化學穩(wěn)定性等優(yōu)勢彌補純凈度的不足，贏得了發(fā)展空間。

郭輝表示，新材料的“上量”有一個過程，要考慮綜合效益，找尋市場地位。

牛智川表示，要在扎實做好實驗室技術(shù)開發(fā)研究基礎(chǔ)上，深入理解材料物性優(yōu)化的基本技術(shù)方法、路徑，全方位建立基礎(chǔ)物理化學性質(zhì)數(shù)據(jù)，形成從設(shè)計到器件功能實現(xiàn)的最佳迭代模式。在此基礎(chǔ)上，建設(shè)中試平臺，集中考驗實現(xiàn)高良率工程化制造的技術(shù)流程、方案和規(guī)范。后續(xù)增加用戶定制要求，逐步完善器件的特定功能的量產(chǎn)制造技術(shù)、提高迭代效率，與市場深度融合。（記者 張心怡）