半導體行業之半導體材料特性（六）

鍺和硅

鍺和硅是兩種基本的半導體。世界上第一個晶體管是由鍺材料制成的，作為固態電路時代的最初的一個標志。然而，鍺材料在加工的過程中以及器件的特性上存在著很大的問題，還不能滿足人們對固態電路的去不需求。在進行材料加工的過程中，需要非常高的溫度。鍺材料高達937°C的熔點最終決定了它的加工溫度比硅低得多。更為重要的是，它缺乏天然存在的氧化物，使得鍺基工藝制作而成的芯片容易漏電。

硅/二氧化硅平面加工技術的發展解決了集成電路制作過程中的泄漏問題，使電路的表面輪廓變的更加的平整，這些變革的提升主要是由于其熔點為1415°C的這個特性帶來的，因此可以進行更高溫度的加工。因此，在后續實際用到的過程中，在全球范圍內，硅晶片占所有加工晶片的90%以上。

半導體化合物

有許多半導體化合物是由幾種元素混合而成的。這些結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。在這些化合物中，在商用半導體器件當中，使用最多的是砷化鎵(GaAs)，砷化磷化鎵(GaAsP)、磷化銦(InP)、鎵鋁砷(GaAlAs)和磷化銦鎵(InGaP)。這些化合物具有非常特殊的屬性。例如，當被電流激活時，由GaAs和GaAsP制成的二極管會發出可見光和激光。他們這些常見的材料和其他材料一起組合被用來制造發光二極管(led)。led器件由于其發光特性，而且不像傳統的鎢絲燈泡要發出大量的熱能，由此帶來能量損耗，因此隨著時間的推移，有越來越多的市場。并且在附加其他的一些化合物之后，還可以釋放一系列其他顏色的彩色光。具體可以在下圖中看到。

砷化鎵的一個重要特性是其非常高的載流子遷移率。這一特性允許砷化鎵器件可以通過反應產生高頻微波，并在通信中有效地將它們轉換成電流，這一特點比在硅器件中更快地完成，效率更高。

同樣的性質，載流子遷移率，這對于鎵材料用于制作砷化鎵晶體管和集成電路有重要意義。砷化鎵器件的運行速度是傳統硅器件的兩到三倍，并在超高速計算機和真正的時間控制電路具有非常大的應用前景，如飛機控制系統中，極為要求極短的反應時間。

砷化鎵對輻射引起的泄漏具有天然的抵抗力。比如在太空中非常常見的各種粒子輻射，能在半導體材料中形成空穴和電子，從而會產生不必要的電流，可能導致設備或電路故障或損壞，以至于停止運轉?？梢栽谳椛洵h境中工作的設備是必須要抵擋輻射效應的影響。砷化鎵具有天然的抗輻射特性。

砷化鎵也是半絕緣的。在集成電路中，這一特性可以最小化相鄰設備之間的泄漏，進而可以帶來更高的封裝密度。由于空穴和電子的存在，更高的封裝密度反過來又導致了電路具有更快的速度。在硅電路中，必須建立特殊的隔離結構來控制表面泄漏。這些結構占用了寶貴的位置，并且降低了電路的集成度。

審核編輯：劉清