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摘要：本文主要介绍半导体材料的分类、特征、制备工艺、应用、半导体的特性参数、发展现状战略地位等。半导体的发展与器件紧密相关。1941年用多晶硅材料制成检波器，是半导体材料应用的开始，1948~1950年用切克劳斯基法成功的拉出了锗单晶，并用它制成了世界上第一个具有放大性能的锗晶体三极管。1951年用四氯化硅锌还原法制出了多硅晶，1952年用直拉法成功拉出世界上第一根硅单晶，同年制出了硅结型晶体管，从而大大推进了半导体材料的广泛应用和半导体器件的飞速发展。
关键词：半导体材料 导电能力 单晶片 电阻率 电子
一、半导体材料的分类；
半导体材料是导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。半导体材料是一类具有半导体性能、可用来制作半导体器件和集成电的电子材料，其电导率在10（U-3）～10（U-9）Ω/cm范围内。
半导体材料可按化学组成来分，再将结构与性能比较特殊的非晶态与液态半导体单独列为一类。按照这样分类方法可将半导体材料分为元素半导体、化合物半导体、有机半导体、固溶体半导体和非晶态与液态半导体。元素半导体大约有十几种，处于ⅢA族—ⅦA族的金属元素与非金属元素交界处，如Ge，Si，Se，Te等；化合物半导体分为二元化合物半导体和多元化合物半导体；有机半导体分为有机分子晶体、有机分子络合物、和高分子聚合物，一般指具有半导体性质的碳-碳双键有机化合物，电导率为10-10~102Ω·cm。固溶体半导体是由两个或多个晶格结构类似的元素化合物相融合而成，有二元系和三元系之分，如ⅣA-ⅣA组成的Ge-Si固溶体，ⅤA-ⅤA组成的Bi-Sb固溶体。原子排列短程有序、长程无序的半导体成为非晶态半导体，主要有非晶硅、非晶锗等。
二、半导体材料的制备工艺；
不同的半导体器件对半导体材料有不同的形态要求，包括单晶的切片、磨片、抛光片、薄膜等。半导体材料的不同形态要求对应不同的加工工艺。常用的半导体材料制备工艺有提纯、单晶的制备和薄膜外延生长。
所有的半导体材料都需要对原料进行提纯，要求的纯度在6个“9”以上，最高达11个“9”以上。提纯的方法分两大类，一类是不改变材料的化学组成进行提纯，称为物理提纯；另一类是把元素先变成化合物进行提纯，再将提纯后的化合物还原成元素，称为化学提纯。物理提纯的方法有真空蒸发、区域精制、拉晶提纯等，使用最多的是区域精制。化学提纯的主要方法有电解、络合、萃取、精馏等，使用最多的是精馏。由于每一种方法都有一定的局限性，因此常使用几种提纯方法相结合的工艺流程以获得合格的材料。
绝大多数半导体器件是在单晶片或以单晶片为衬底的外延片上作出的。成批量的半导体单晶都是用熔体生长法制成的。直拉法应用最广，80%的硅单晶、大部分锗单晶和锑化铟单晶是用此法生产的，其中硅单晶的最大直径已达300毫米。在熔体中通入磁场的直拉法称为磁控拉晶法，用此法已生产出高均匀性硅单晶。在坩埚熔体表面加入液体覆盖剂称液封直拉法，用此法拉制砷化镓、磷化镓、磷化铟等分解压较大的单晶。悬浮区熔法的熔体不与容器接触，用此法生长高纯硅单晶。水平区熔法用以生产锗单晶。水平定向结晶法主要用于制备砷化镓单晶，而垂直定向结晶法用于制备碲化镉、砷化镓。用各种方法生产的体单晶再经过晶体定向、滚磨、作参考面、切片、磨片、倒角、抛光、腐蚀、清洗、检测、封装等全部或部分工序以提供相应的晶片。
在单晶衬底上生长单晶薄膜称为外延。外延的方法有气相、液相、固相、分子束外延等。工业生产使用的主要是化学气相外延，其次是液相外延。金属有机化合物气相外延和分子束外延则用于制备量子阱及超晶格等微结构。非晶、微晶、多晶薄膜多在玻璃、陶瓷、金属等衬底上用不同类型的化学气相沉积、磁控溅射等方法制成。
三、半导体材料的特性参数；
半导体材料的特性参数对半导体的应用甚为重要，因为不用的性质决定着不同的用途。下面介绍晶体管、光电器件和温差电器件对半导体材料特性的要求。
1.晶体管对半导体材料特性的要求：根据晶体管的工作原理，要求材料有较大的非平衡载流子寿命和载流子迁移率。用载流子迁移率大的材料制成的晶体管可以工作于更高的频率（有较好的频率响应）。晶体缺陷会影响晶体管的特性甚至使其失效。晶体管的工作温度高温限决定于禁带宽度的大小。禁带宽度越大，晶体管正常工作的高温限也越高。
2.光电器件对材料特性的要求：利用半导体的光电导（光照后增加的电导）性能的辐射探测器所适用的辐射频率范围与材料的禁带宽度有关。材料的非平衡载流子寿命越大，则探测器的灵敏度越高，而从光作用于探测器到产生响应所需的时间(即探测器的弛豫时间)也越长。因此，高的灵敏度和短的弛豫时间二者难于兼顾。对于太阳电池来说，为了得到高的转换效率，要求材料有大的非平衡载流子寿命和适中的禁带宽度(禁带宽度于至电子伏之间最合适)。晶体缺陷会使半导体发光二极管、半导体激光二极管的发光效率大为降低。
3.温差电器件对材料特性的要求：为提高温差电器件的转换效率首先要使器件两端的温差大。当低温处的温度（一般为环境温度）固定时，温差决定于高温处的温度，即温差电器件的工作温度。为了适应足够高的工作温度就要求材料的禁带宽度不能太小，其次材料要有大的温差电动势率、小的电阻率和小的热导率。
四、半导体材料的应用举例；
1.元素半导体材料：硅在当前的应用相当广泛，他不仅是半导体集成电路、半导体器件和硅太阳能电池的基础材料，而且用半导体制作的器件和产品已经大范围进入我们的日常生活，人们的家用电器80%以上都离不开硅材料。锗是稀有元素，地壳中含量较少，由于锗有特殊的性质使得它的应用主要集中在制作各种二极管和三极管等。
2.有机半导体材料：有机物半导体具有热激活电导率，如聚丙烯和聚二乙烯苯以及碱金属和蒽的络合物，有机半导体材料可分为有机物，聚合物和给体受体络合物三类。有机半导体芯片等产品生产能力差，但是拥有加工处理方便，结实耐用，成本低廉等特性。
3.非晶半导体材料：非晶半导体按键的合力性质分为共价键非晶半导体和离子键非晶半导体两类，可以用液相快冷方法和真空蒸汽或溅射的方法制备。在工业上，非晶半导体材料主要用于制备像传感器，太阳能电池薄膜晶体管等非晶体半导体器件。
4.化合物半导体材料：化合物半导体材料的种类繁多，按元素在周期表族来分类，分为三五族、二六族、四四族等。如今化合物半导体材料已经在太阳能电池、光电器件、超高速器件、微波等领域占据有重要位置。
五、半导体材料中杂质和缺陷的控制；
杂质控制的方法大多数是在晶体生长过程中同时掺入一定类型一定数量的杂质原子。这些杂质原子最终在晶体中的分布，除了决定于生长方 法本身以外，还决定于生长条件的选择。例如用提拉法生长时杂质分布除了受杂质分凝规律的影响外，还受到熔体中不规则对流的影响而产生杂质分布的起伏。此外,无论采用哪种晶体生长方法,生长过程中容器、加热器、环境气氛甚至衬底等都会引入杂质，这种情况称自掺杂。晶体缺陷控制也是通过控制晶体生长条件（例如晶体周围热场对称性、温度起伏、环境压力、生长速率等）来实现的。随着器件尺寸的日益缩小，对晶体中杂质分布的微区不均匀和尺寸为原子数量级的微小缺陷也要有所限制。因此如何精心设计，严格控制生长条件以满足对半导体材料中杂质、缺陷的各种要求是半导体材料工艺中的一个中心问题。
六、半导体材料早期的应用；
半导体的第一个应用就是利用它的整流效应作为检波器，就是点接 触二极管（也俗称猫胡子检波器，即将一个金属探针接触在一块半导体上以检测电磁波）。除了检波器之外，在早期，半导体还用来做整流器、光伏电池、红外探测器等，半导体的四个效应都用到了从1907年到1927年，美国的物理学家研制成功晶体整流器、硒整流器和氧化亚铜整流器。1931年，兰治和伯格曼研制成功硒光伏电池。1932年，德国先后研制成功硫化铅、硒化铅和碲化铅等半导体红外探测器，在二战中用于侦探飞机和船舰。二战时盟军在半导体方面的研究也取得了很大成效，英国就利用红外探测器多次侦探到了德国的飞机。
七、半导体材料的发展现状；
相对于半导体设备市场，半导体材料市场长期处于配角的位置，但随着芯片出货量增长，材料市场将保持持续增长，并开始摆脱浮华的设备市场所带来的阴影。按销售收入计算，日本保持最大半导体材料市场的地位。然而台湾、ROW、韩国也开始崛起成为重要的市场，材料市场的崛起体现了器件制造业在这些地区的发展。晶圆制造材料市场和封装材料市场双双获得增长，未来增长将趋于缓和，但增长势头仍将保持。
美国半导体产业协会(SIA)预测，2008年半导体市场收入将接近2670亿美元，连续第五年实现增长。无独有偶，半导体材料市场也在相同时间内连续改写销售收入和出货量的记录。晶圆制造材料和封装材料均获得了增长，预计今年这两部分市场收入分别为268亿美元和199亿美元。
日本继续保持在半导体材料市场中的领先地位，消耗量占总市场的22%。2004年台湾地区超过了北美地区成为第二大半导体材料市场。北美地区落后于ROW(RestofWorld)和韩国排名第五。ROW包括新加坡、马来西亚、泰国等东南亚国家和地区。许多新的晶圆厂在这些地区投资建设，而且每个地区都具有比北美更坚实的封装基础。
芯片制造材料占半导体材料市场的60%，其中大部分来自硅晶圆。硅晶圆和光掩膜总和占晶圆制造材料的62%。2007年所有晶圆制造材料，除了湿化学试剂、光掩模和溅射靶，都获得了强劲增长，使晶圆制造材料市场总体增长16%。2008年晶圆制造材料市场增长相对平缓，增幅为7%。预计2009年和2010年，增幅分别为9%和6%。
半导体材料市场发生的最重大的变化之一是封装材料市场的崛起。1998年封装材料市场占半导体材料市场的33%，而2008年该份额预计可增至43%。这种变化是由于球栅阵列、芯片级封装和倒装芯片封装中越来越多地使用碾压基底和先进聚合材料。随着产品便携性和功能性对封装提出了更高的要求，预计这些材料将在未来几年内获得更为强劲的增长。此外，金价大幅上涨使引线键合部分在2007年获得36%的增长。与晶圆制造材料相似，半导体封装材料在未来三年增速也将放缓，2009年和2010年增幅均为5%，分别达到209亿美元和220亿美元。除去金价因素，且碾压衬底不计入统计，实际增长率为2%至3%。
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论文最好能建立在平日比较注意探索的问题的基础上，写论文主要是反映学生对问题的思考， 详细内容请看下文本科司法论文格式。
毕业论文包括以下内容：
封面、内容提要与关键词、目录、正文、注释、附录、参考文献。其中附录视具体情况安排，其余为必备项目。如果需要，可以在正文前加引言，在参考文献后加后记。
各项目含义
(1)封面
(2)内容提要与关键词
内容提要是论文内容的概括性描述，应忠实于原文，字数控制在300字以内。关键词是从论文标题、内容提要或正文中提取的、能表现论文主题的、具有实质意义的'词语，通常不超过7个。
(3)目录
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毕业设计(论文)是培养学员综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学员实际工作能力的系统训练和考察过程，毕业论文格式。毕业论文是学员在教员指导下，对所从事工作和取得成果的完整表述。为加强全校毕业设计(论文）工作的管理，提高质量，制定本规范。
一、论文的结构要求
论文包括标题、内容摘要、索引关键词、目录、正文、后记、参考文献和附录等部分。
1．论文标题。论文标题应当简短、明确，有概括性，符合毕业设计任务的要求。论文标题应能体现报告的核心内容、专业特点和学科范畴。论文标题不超过25个字，不设置副标题，不使用标点符号，可以分二行书写。论文标题用词必须规范，不得使用缩略语。
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4．目录。目录应独立成页，包括论文中全部章、节的标题和所在页码。
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6．后记。主要是对整个毕业设计工作进行简单的回顾总结，对导师和对为毕业设计工作、论文撰写等提供帮助的组织或个人表示感谢。内容尽量简洁明了。
7．参考文献。参考文献是论文不可或缺的组成部分。它反映了毕业设计工作中取材的广博程度。参考文献应以近期发表或出版的与本专业密切相关的学术著作和学术期刊文献为主。产品说明、技术标准、未公开出版或发表的研究报告等不列为参考文献，又确需说明的可以在后记中予以说明。网上参考文献应注明准确的网页地址。
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二、打印要求
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3. 索引关键词。索引关键词与内容摘要要同处一页，位于内容摘要之后，另起一行并以“索引关键词：”开头（黑体加粗），后跟3-5个关键词（字体不加粗），词间空1字，其他要求同正文。
4. 目录。目录列至论文正文的二级及以上标题所在页码，内容打印要求与正文相同。目录也不设页码。
5. 正文。正文必须从正面开始，并设置为第1页。页码在页末居中打印，如正文第5页格式为“-5-”。
论文标题为标准二号宋体字，居中，单倍行间距。论文
一级标题为标准三号黑体字，左起空两个字打印，行间距为固定值20磅；二级标题为标准四号楷体字。
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议论文的常用套路约有三十四个，可分为六类，限于篇幅，只能一类中选一式简要介绍。
1．议证类的比喻论证三层式。
〔套路特点〕
通篇比喻 三层分析
本式要求开篇使用日常生活现象来喻社会哲理，确立全文中心论点。然后使用正面实例来证明阐释比喻的喻体和本体各是什么意思。再针对社会现象分析，指出反面借鉴；进而联系实际，正面证明中心论点。最后总结全文的中心论点。
〔套路模式〕
立——用常见现象，喻社会哲理，确立中心。
释——列举实例，正面证明中心，阐释出本体与喻体的含义。
析——反面举例，分析弊端。
联——联系现实，正面阐发见解。
结——深化中心论点，点明本文主旨。
〔套路口诀〕
找准喻体才顺利，抓住“相似”好作比。一释二析三联系，深化做结见真谛。
2．阐释类的三元归一式。
〔套路特点〕
三元归一假设说理
“三元归一”是指文题是由三个概念构成，它们之间在某一点上又必然能统一起来。如《立志·工作·成功》三个概念间凭着互相作用这一点统一起来，形成文章的中心论点。
〔套路模式〕
总——分析概念，阐释关系，提出论点。
分——逐条证明前文阐释出的关系。
总——归结到一点上做结论。
解——解决问题，发出号召。
〔套路口诀〕
开篇分析抓总提，分条证明抓统一。
归一作结要严密，号召一定扣主题。
3．评析类的开篇见旨条分缕析式。
〔套路特点〕
开篇见义 条分缕析
本式要求开门见山，亮出观点。然后一条一条地加以论述分析，即“条分缕析”。
〔套路模式〕
述——简述评论对象，亮出观点。
评——恰当引用原句，逐条评析。
结——结尾引申，归纳出哲理。
4．批驳类的摆辩商榷式。
〔套路特点〕
对友商榷 互相切磋
本套路要求全文以“摆”、“辩”为主，语气要真切平和，虽自己所持观点鲜明，却带有商量探讨色彩。
〔套路模式〕
摆——摆出对方观点，作为全篇商榷的内容。
辩——进行驳论剖析。这是文章主体，又可分如下几层：
引——引名言格言作理论根据。
归——通过归纳推理提出与对方相异的观点即全文中心观点。
演——运用演绎推理，由一般到个别，把自己的观点发散开去。
结——经过反复论证作出结论，使对方论点站不住脚，从而达到说服对方的目的。
5．启感式。
启是指启示类，感是指感想类。共同特点是先叙材料，后发感想。
读后感类可以边读边感，而启示类就不同，它要先引事，后发议。如给材料作文四步式，是由“引”、“证”、“联”、“结”四步构成。
引用材料要简，如高中第一册列出了“橘生淮南则为桔，橘生淮北则为积”的故事，一傅众休的故事和“近朱者赤，近墨者黑”的古训。文章的观点必须从这三则材料中来。而引材料提观点这一大步就得用三小步走完：第一步是用三句话点明三个材料的含义，即最直接的道理，如“一傅众休”是说语言环境对学语言的重要；第二步是概括出三个材料的共同之理——都是说的外部环境的重要；第三步是进一步引申，提出全文的中心论点——在一定条件下外因起着重大作用，绝不可忽视外因。指导学生用三步引申法来提出论点，并限制文字，不得超过一百字，大约用一节课，大致可以攻下引用材料、提出论点这一关。
第二步是证明从材料中已提出的论点，这一步较容易，是议论文的共同课题。
