隨著以氮化鎵、碳化硅為代表的第三代半導體步入產業(yè)化階段，對新一代半導體材料的探討已經進入大眾視野。走向產業(yè)化的銻化物，以及國內外高度關注的氧化鎵、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，將一路向寬，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。

在光電子領域，超寬禁帶半導體在紫外發(fā)光、紫外探測領域有著廣闊的應用空間。基于氮化鋁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用于殺菌消毒等醫(yī)療衛(wèi)生領域，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調節(jié)，是一種靈活的半導體材料。

在制備技術方面，氮化鋁鎵已經具備了一定的積累。

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，是值得關注的發(fā)展方向。

“金剛石難以實現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，應用領域也集中在紅外線，與超寬禁帶應用的紫外線正好分布在光譜兩端?？梢哉f，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已經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，是長期以來熱電制冷器件領域的重要技術方向，具有廣闊的應用前景。

“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在量產方面獲得了充分的驗證，在光電子功能的各類應用領域制造規(guī)模逐步擴大，已經具備量產條件。”牛智川指出。

新一代半導體材料是產業(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，應注重兩個指標。

二是技術迭代鏈條是否完善，這是市場化成敗的必要考量。半導體技術迭代鏈條包括所有技術環(huán)節(jié)所需的相關支撐條件是否具備可靠來源，市場周期的波動率，用戶對產品需求性價比，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開發(fā)研究基礎上，深入理解材料物性優(yōu)化的基本技術方法、路徑，全方位建立基礎物理化學性質數據，形成從設計到器件功能實現的最佳迭代模式。在此基礎上，建設中試平臺，集中考驗實現高良率工程化制造的技術流程、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制造技術、提高迭代效率，與市場深度融合。（記者 張心怡）