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回顾那些年我们追过的半导体热门技术之材料篇

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发表时间:2017-06-16 14:31来源:半导体行业观察

  作为一个单身狗,我没有值得回顾我追过的女孩。但作为一个半导体人,我们却有着值得回味的那些年追过的半导体热门技术,今天我们先看看有哪些热门材料。


  材料篇


量子点


  量子点LED


  量子点(QuantumDot,QD),一种全新概念的纳米级半导体发光粒子,1981年被发现。其组成元素不仅局限于Ⅱ-Ⅵ族(BaS、CdTe等)、Ⅲ-Ⅴ族(GaAs、InGaAs)、Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族(AgInS2等)的几种元素,未来还将有更多体系组成将被开发出来。


  量子点是量子点LED(QLED)发光的基本材料。发光形式有两种:一是采用在GaN基LED中作为光转换层,有效吸收蓝光发射出波长在可见光范围内精确可调的各色光;二是采用其电致发光形式,将其涂敷于薄膜电极之间而发光,实现QLED发光。


  作为照明用的量子点LED(QLED)优点有三处:


  1.能发射出全光谱,即涵盖整个可见光和红外光区;


  2.它们能局限量子发光性质,并释放出较小频宽的色光,发射出的波长半宽度在20nm以下,因而呈现出更加饱和的光色;


  3.量子效率可达90%,以后还将会有更高的提升空间。


  随着量子点制备技术的提高,尤其是量子点技术的光谱随尺寸可调、斯托克斯位移大、发光效率高、发光稳定性好等一系列独特的光学性能,使其更成为近年来研究的焦点,并取得了重大进展。


  石墨烯


石墨烯


  石墨烯是一种二维晶体,人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的,石墨的层间作用力较弱,很容易互相剥离,形成薄薄的石墨片。当把石墨片剥成单层之后,这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯。


  自从石墨烯在2003年被发现以来,研究者发现它具有优异的强度、导热性和导电性。最后一种性质使得这种材料非常适合用来制作电路中的微小接触点,但最理想是用石墨烯自己制成电子元件——特别是晶体管。


  它不仅是世界上最硬的材料,而且柔韧性也最强,具有很好的弹性,可以被无限拉伸,拉伸幅度能达到自身尺寸的20%,可抵抗很大的压力,而且具有非同寻常的导热性和导电性,被称之为“奇迹材料”。


  SiC


  SiC是在热、化学、机械方面都非常稳定的化合物半导体,对于功率元器件来说的重要参数都非常优异。作为元件,具有优于Si半导体的低阻值,可以高速工作,高温工作,能够大幅度削减从电力传输到实际设备的各种功率转换过程中的能量损耗。


  GaN


  镓是地球上存在的一种贵金属材料,大约排名第十左右,中国储量全球第一。作为三代半导体材料当家花旦的氮化镓,近二十年来,由于LED照明产业的发展推动,已成为三代半导体材料中的核心材料,在光电子方向LED从无到有,快速发展,直至现在发展到千亿美元的规模,是一个新材料开发推动社会变革的典范。


  氮化镓GaN和碳化硅同属于第三代半导体材料。为了区别于氮化镓已经形成的LED产业,在产业中有人用第三代半导体指代除LED之外的第三代半导体材料应用。除了,氮化镓和碳化硅,第三代半导体材料还包含ZnO,GaO氧化镓等。


  GaN具备出色的击穿能力、更高的电子密度及速度,和更高的工作温度。GaN提供高电子迁移率,这意味着开关过程的反向恢复时间可忽略不计,因而表现出低损耗并提供高开关频率,而低损耗加上宽带宽器件的高结温特性,可降低散热量,高开关频率可减少滤波器和无源器件如变压器、电容、电感等的使用,最终减小系统尺寸和重量,提升功率密度,有助于设计人员实现紧凑的高能效电源方案。同为宽带宽器件,GaN比SiC的成本更低,更易于商业化和具备广泛采用的潜力。


  纳米碳复合材料


纳米碳复合材料


  随着世界范围内汽车数量的快速增加,汽车行业的碳排放对环境的影响已经引起人们的担忧,而提高交通系统的运营效率有望减少汽车对环境的影响。利用纳米碳纤维技术生产的新型复合材料正在汽车制造领域显示出潜力,有望将汽车重量降低10%甚至更多。轻量化汽车需要的燃料更少,输送人员和商品的效率更高,并能减少温室气体排放。


  但是,效率仅是一方面的问题。另一个同样重要的问题是如何改善乘客安全。为了增强新型复合材料的强度与韧性,业界正在碳纤维和周围的聚合物基之间构建纳米界面,比如会使用碳纳米管,以改善锚固性能。在发生意外事故时,这些材料能够在不发生撕裂的情形下吸收并分散冲击力,从而更好地保护车内驾乘人员。


  第三个挑战是碳纤维复合材料的可循环利用性。这个问题曾阻碍了该项技术的大规模应用,但目前已快要找到解决方案。相应的技术方案包括将可分解的“释放点”置入聚合物和纤维之间的界面材料,从而以可控的方式拆解各连接材料,复合材料各成分也可以单独回收并实现循环再利用。上述三方面如果全部实现,则有望大规模生产轻量化、超级安全和复合材料可再利用的汽车,从而对行业和环境产生重大的影响。


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