回顧那些年我們追過的半導(dǎo)體熱門技術(shù)之材料篇

　　作為一個單身狗，我沒有值得回顧我追過的女孩。但作為一個半導(dǎo)體人，我們卻有著值得回味的那些年追過的半導(dǎo)體熱門技術(shù)，今天我們先看看有哪些熱門材料。

　　材料篇

　　量子點LED

　　量子點（QuantumDot，QD），一種全新概念的納米級半導(dǎo)體發(fā)光粒子，1981年被發(fā)現(xiàn)。其組成元素不僅局限于Ⅱ-Ⅵ族（BaS、CdTe等）、Ⅲ-Ⅴ族（GaAs、InGaAs）、Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族（AgInS2等）的幾種元素，未來還將有更多體系組成將被開發(fā)出來。

　　量子點是量子點LED（QLED）發(fā)光的基本材料。發(fā)光形式有兩種：一是采用在GaN基LED中作為光轉(zhuǎn)換層，有效吸收藍(lán)光發(fā)射出波長在可見光范圍內(nèi)精確可調(diào)的各色光；二是采用其電致發(fā)光形式，將其涂敷于薄膜電極之間而發(fā)光，實現(xiàn)QLED發(fā)光。

　　作為照明用的量子點LED（QLED）優(yōu)點有三處：

　　1.能發(fā)射出全光譜，即涵蓋整個可見光和紅外光區(qū)；

　　2.它們能局限量子發(fā)光性質(zhì)，并釋放出較小頻寬的色光，發(fā)射出的波長半寬度在20nm以下，因而呈現(xiàn)出更加飽和的光色；

　　3.量子效率可達(dá)90%，以后還將會有更高的提升空間。

　　隨著量子點制備技術(shù)的提高，尤其是量子點技術(shù)的光譜隨尺寸可調(diào)、斯托克斯位移大、發(fā)光效率高、發(fā)光穩(wěn)定性好等一系列獨(dú)特的光學(xué)性能，使其更成為近年來研究的焦點，并取得了重大進(jìn)展。

　　石墨烯

　　石墨烯是一種二維晶體，人們常見的石墨是由一層層以蜂窩狀有序排列的平面碳原子堆疊而形成的，石墨的層間作用力較弱，很容易互相剝離，形成薄薄的石墨片。當(dāng)把石墨片剝成單層之后，這種只有一個碳原子厚度的單層就是石墨烯。

　　自從石墨烯在2003年被發(fā)現(xiàn)以來，研究者發(fā)現(xiàn)它具有優(yōu)異的強(qiáng)度、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性。最后一種性質(zhì)使得這種材料非常適合用來制作電路中的微小接觸點，但最理想是用石墨烯自己制成電子元件——特別是晶體管。

　　它不僅是世界上最硬的材料，而且柔韌性也最強(qiáng)，具有很好的彈性，可以被無限拉伸，拉伸幅度能達(dá)到自身尺寸的20%，可抵抗很大的壓力，而且具有非同尋常的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，被稱之為“奇跡材料”。

　　SiC

　　SiC是在熱、化學(xué)、機(jī)械方面都非常穩(wěn)定的化合物半導(dǎo)體，對于功率元器件來說的重要參數(shù)都非常優(yōu)異。作為元件，具有優(yōu)于Si半導(dǎo)體的低阻值，可以高速工作，高溫工作，能夠大幅度削減從電力傳輸?shù)綄嶋H設(shè)備的各種功率轉(zhuǎn)換過程中的能量損耗。

　　GaN

　　鎵是地球上存在的一種貴金屬材料，大約排名第十左右，中國儲量全球第一。作為三代半導(dǎo)體材料當(dāng)家花旦的氮化鎵,近二十年來，由于LED照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展推動，已成為三代半導(dǎo)體材料中的核心材料，在光電子方向LED從無到有，快速發(fā)展，直至現(xiàn)在發(fā)展到千億美元的規(guī)模，是一個新材料開發(fā)推動社會變革的典范。

　　氮化鎵GaN和碳化硅同屬于第三代半導(dǎo)體材料。為了區(qū)別于氮化鎵已經(jīng)形成的LED產(chǎn)業(yè)，在產(chǎn)業(yè)中有人用第三代半導(dǎo)體指代除LED之外的第三代半導(dǎo)體材料應(yīng)用。除了，氮化鎵和碳化硅，第三代半導(dǎo)體材料還包含ZnO，GaO氧化鎵等。

　　GaN具備出色的擊穿能力、更高的電子密度及速度，和更高的工作溫度。GaN提供高電子遷移率，這意味著開關(guān)過程的反向恢復(fù)時間可忽略不計，因而表現(xiàn)出低損耗并提供高開關(guān)頻率，而低損耗加上寬帶寬器件的高結(jié)溫特性，可降低散熱量，高開關(guān)頻率可減少濾波器和無源器件如變壓器、電容、電感等的使用，最終減小系統(tǒng)尺寸和重量，提升功率密度，有助于設(shè)計人員實現(xiàn)緊湊的高能效電源方案。同為寬帶寬器件，GaN比SiC的成本更低，更易于商業(yè)化和具備廣泛采用的潛力。

　　納米碳復(fù)合材料

　　隨著世界范圍內(nèi)汽車數(shù)量的快速增加，汽車行業(yè)的碳排放對環(huán)境的影響已經(jīng)引起人們的擔(dān)憂，而提高交通系統(tǒng)的運(yùn)營效率有望減少汽車對環(huán)境的影響。利用納米碳纖維技術(shù)生產(chǎn)的新型復(fù)合材料正在汽車制造領(lǐng)域顯示出潛力，有望將汽車重量降低10%甚至更多。輕量化汽車需要的燃料更少，輸送人員和商品的效率更高，并能減少溫室氣體排放。

　　但是，效率僅是一方面的問題。另一個同樣重要的問題是如何改善乘客安全。為了增強(qiáng)新型復(fù)合材料的強(qiáng)度與韌性，業(yè)界正在碳纖維和周圍的聚合物基之間構(gòu)建納米界面，比如會使用碳納米管，以改善錨固性能。在發(fā)生意外事故時，這些材料能夠在不發(fā)生撕裂的情形下吸收并分散沖擊力，從而更好地保護(hù)車內(nèi)駕乘人員。

　　第三個挑戰(zhàn)是碳纖維復(fù)合材料的可循環(huán)利用性。這個問題曾阻礙了該項技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，但目前已快要找到解決方案。相應(yīng)的技術(shù)方案包括將可分解的“釋放點”置入聚合物和纖維之間的界面材料，從而以可控的方式拆解各連接材料，復(fù)合材料各成分也可以單獨(dú)回收并實現(xiàn)循環(huán)再利用。上述三方面如果全部實現(xiàn)，則有望大規(guī)模生產(chǎn)輕量化、超級安全和復(fù)合材料可再利用的汽車，從而對行業(yè)和環(huán)境產(chǎn)生重大的影響。

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