香山科学会议聚焦宽禁带半导体彩世界彩票注册
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为此,与会专家认为,突破高质量同质单晶衬底制备和p型掺杂技术,是带动宽禁带半导体紫外发光与激光器件进一步发展的关键。同时,宽禁带半导体的单体点缺陷表征和调控也是亟需解决的关键科学和技术难题。因此,我国应加大在宽禁带半导体发光领域的投入,解决该领域的核心科学和技术难题,争取拥有更多自主知识产权,推动应用市场的发展。

“宽禁带半导体就像一个小孩,还没长好就被拉到市场上去应用。”在11月8日至9日召开的香山科学会议上,中科院院士、中科院半导体所研究员夏建白打的比方引起不少与会专家的共鸣。

宽禁带半导体在深紫外发光与激光方面优势明显,其中,III族氮化物成为其在深紫外光源领域研究的主要代表,尤其是氮化镓基蓝光发光二极管的发明,引起人类照明光源的革新。日本科学家赤崎勇、天野浩和美籍日裔科学家中村修二也因此获得2014年诺贝尔物理学奖,这掀起了宽禁带半导体在深紫外发光与激光研发的热潮,并带来了巨大的经济和社会效益。

刘可为告诉记者,仅就蓝光LED而言,目前国内产业规模巨大,核心专利和技术集中在日本和美国。但整体而言,国内外对第三代半导体的基础研究都相对薄弱。

申德振指出,我国在氮化镓基短波LED领域整体水平与美日等发达国家差距明显,主要体现在高质量的氮化镓和氮化铝同质单晶衬底和低缺陷密度铝镓氮的外延生长与高铝组分铝镓氮掺杂工艺等难题。此外,另一种宽禁带半导体材料氧化锌具有高的激子束缚能和优异的光学特性,是实现深紫外激光器件的理想材料,将成为铝镓氮在深紫外光电领域应用的重要补充,但其目前发展严重受限于P型掺杂技术。

北京大学物理学院教授沈波说,氮化镓基蓝光LED的发明就像“上帝的礼物”降临人间,然而随着相关应用快速推向市场,人们逐渐发现,这个礼物里藏着很多难题。

香山科学会议聚焦宽禁带半导体
或将掀起新一轮信息和能源技术革命

其用武之地不胜枚举:在节能电力电子领域,有半导体照明、智能电网、高速列车等;在信息工程领域,有可见光通讯、海量光存储、高速计算等;在国防建设领域,有紫外探测器、微波器件等。

如今,半导体发展已经历了三代的变革,极大地影响了社会发展进程。以硅为代表的第一代半导体的发展带来了微型计算机、集成电路的出现和整个信息产业的飞跃。第二代半导体砷化镓和磷化铟等的出现促成了信息高速公路的崛起和社会的信息化。第三代半导体材料是指氮化镓、碳化硅、氧化锌等宽禁带半导体材料。

如果你依然对第三代半导体材料感到陌生,可以抬头看看家中无处不在的LED灯。

本报讯“随着第三代半导体材料、器件及应用技术不断取得突破,甚至可能在21世纪上半叶,导致一场新的信息和能源技术革命。”在11月8日召开的以“宽禁带半导体发光的发展战略”为主题的第641次香山科学会议上,与会专家指出,宽禁带半导体核心技术一旦解决,必将引起应用格局的巨大改变。

上帝的礼物还是难题?

本次会议执行主席,中科院长春光机所研究员申德振和中科院半导体所研究员、中国科学院院士夏建白先后做了主题评述报告。报告指出,与前两代半导体材料相比,第三代半导体材料由于禁带宽度大,所以具有击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等优越性能,因此在短波发光/激光、探测等光电子器件和高温、高压、高频大功率的电子电力器件领域有广阔的应用前景,其不仅能在更高的温度下稳定运行,而且在高电压、高频率状态下更为耐用和可靠。

现在的问题是,快速发展的第三代半导体相关产业,特别是深紫外发光和激光领域被基础研究绊住了脚。

“第三代半导体材料除具有优异的光电特性外,还具有击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强、介电常数低等优越性能。”中科院长春光学精密机械与物理研究所研究员申德振介绍,因此它们在短波发光、激光、探测等光电子器件和高温、高压、高频大功率的电子电力器件领域有广阔应用前景。

夏建白所说的宽禁带半导体又被称为第三代半导体,氮化镓、碳化硅、氧化锌、金刚石等材料是其主要代表。

氮化镓基蓝光LED仅仅是一个开端,第三代半导体的确有潜力做出更大、更美味的蛋糕。

可以说,市场应用在倒逼基础研究加快进度。

“市场发展非常快,基础研究却跟不上了。”夏建白说,这是目前第三代半导体发展面临的困境。

市场倒逼基础研究加速

如果说以硅为代表的第一代半导体是集成电路的基石,第二代半导体如砷化镓促成了信息高速公路的崛起的话,那么第三代半导体材料技术正在成为抢占下一代信息技术、节能减排及国防安全制高点的最佳途径之一,是战略性新兴产业的重要组成内容。

氮化镓基蓝光LED的发明使高效白光LED照明得以实现,引起了人类照明光源的又一次革命。日本科学家赤崎勇、天野浩和美籍日裔科学家中村修二也因该工作获得了2014年诺贝尔物理学奖。

“但在蓝光之后,想将第三代半导体往波长更短的紫外、深紫外发光和激光方向应用时,却发现还有很多重大的科学问题尚待解决。”刘可为说,这些重大的科学问题包括第三代半导体的P型掺杂、第三代半导体的点缺陷问题以及大尺寸、高精度的衬底制备技术等。

中科院长春光学精密机械与物理研究所研究员刘可为把氮化镓基蓝光LED的发明比作做蛋糕。蛋糕做出来了,它的美味得到市场认可,但其中很多原理却不太清楚,因此当市场需要更美味的蛋糕时,遇到了麻烦。

以发光和激光领域为例,申德振介绍,第三代半导体在高性能的紫外、深紫外发光和激光在生化探测、杀菌消毒、精密光刻、高精密激光加工等领域有重大应用价值。

难题何来?

“我国应加大在第三代半导体紫外、深紫外发光和激光等领域的投入,解决该领域的核心科学和技术难题,争取拥有更多具有自主知识产权的核心技术。”申德振说。

夏建白告诉记者,第一代半导体硅经过几十年的发展,产业发展和基础研究齐头并进,基础扎实。相比之下,日本人开始研究第三代半导体时,很多人认为氮化镓材料的缺陷太多,难以做成高效光电器件。没想到日本竟然把蓝光LED做出来了,紧跟着就是市场的快速爆发。

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