下一代半导体:一路向宽,一路向窄

随着以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体步入产业化阶段,对新一代半导体材料的探讨已经进入大众视野。走向产业化的锑化物,以及国内外高度关注的氧化镓、金刚石、氮化铝镓等,都被视为新一代半导体材料的重要方向。从带隙宽度来看,锑化物属于窄带半导体,而氧化镓、金刚石、氮化铝属于超宽禁带半导体。新一代半导体材料,将一路向宽,还是一路向窄?

超宽禁带半导体:

“上天入海”,适用范围广泛

禁带的宽度决定了电子跃迁的难度,是半导体的导电性的决定因素之一。禁带越宽,半导体材料越接近绝缘体,器件稳定性越强,因而超宽禁带半导体能应用于高温、高功率、高频率以及较耐辐照等特殊环境。

“硅器件工作温度范围相对有限,而超宽禁带半导体可谓‘上天下海’,适应范围非常宽广。”中国科学院半导体研究所研究员闫建昌向《中国电子报》记者表示。

在光电子领域,超宽禁带半导体在紫外发光、紫外探测有着广阔的应用空间。基于氮化铝镓等超宽禁带半导体的紫外发光二极管和紫外激光二极管应用于杀菌消毒等医疗卫生领域,特定波长的紫外线能帮助人体补钙。在工业上,超宽禁带可用于制造大功率的紫外光源。

在超宽禁带半导体中,氮化铝镓(氮化铝和氮化镓的合金材料)、氧化镓、金刚石是较有代表性的几个方向。

与氧化镓、金刚石等禁带宽度相对固定的材料不同,氮化铝镓的禁带宽度可以在一定范围内调节,是一种灵活的半导体材料。

“通过调节铝的组份,氮化铝镓可以实现不同的禁带宽度,范围在氮化镓的3.4 eV到氮化铝的6 eV之间。通过合适的比例,可以获得特定的禁带宽度,发射相应波长的紫外线,这是一个有趣也有用的属性。”闫建昌表示。

在制备技术方面,氮化铝镓已经具备了一定的积累。

“氮化镓和氮化铝外延制备的主流方法是MOCVD(金属有机物化学气相沉积),在工艺、设备等产业环节已经有了二三十年的积累。氮化铝镓作为氮化镓、氮化铝的合金材料,在外延制备上与两者有很多相通之处,产业化已经开始起步,预计在接下来的3—5年,会具备规模化量产的水准。”闫建昌向记者指出。

氧化镓相比宽禁带半导体具有更高的能量转换效率。目前,氧化镓材料制备水平进展较快,但是外延、器件方面还有很多工作要做。

“氧化镓的禁带宽度比氮化镓、碳化硅等更宽,功率可以做得更高,也更加省电。氧化镓的制备条件比较苛刻,目前外延材料以2-3寸的小尺寸为主,量产和应用还有一段路要走。” 西安电子科技大学郭辉副教授向《中国电子报》记者表示。

闫建昌指出,散热能力不足是氧化镓的弊端,如何绕开这个弊端的话,去充分发挥它在功率器件的优势,是值得关注的发展方向。

金刚石被视为“终极半导体”材料,具有超宽禁带、高导热系数、高硬度的特点。但也由于硬度最高,实现半导体级别的高纯净度也最为困难,与产品化、产业化还有相当的距离。

“金刚石难以实现半导体级别的制备和掺杂,但我们可以利用类金刚石或者金刚石颗粒去改善半导体器件的散热,把金刚石自身的优势和长处先发挥出来。”闫建昌说。

窄禁带半导体:

继续拓展光谱范围,集中应用在红外光

与超宽禁带半导体相反,锑化物等窄禁带半导体具有高迁移率、导电性强的特点,应用领域也集中在红外线,与超宽禁带应用的紫外线正好分布在光谱两端。可以说,超宽禁带和窄禁带半导体拓展了人类对光谱的利用范围。

在光电子领域,锑化物材料体系有希望成为未来红外成像系统的主要材料体系。据中科院半导体研究所教授牛智川介绍,传统红外光电材料由于均匀性不足、基片面积小、良率极低等瓶颈,难以实现大阵列、双色、多色焦平面以及甚远红外焦平面的制造。

“锑化物在具有高性能的前提下,带隙调控适用范围更广、成本更低、制造规模更大,锑化镓基半导体外延材料技术已经成长为红外光电器件制造的主流。”牛智川向《中国电子报》记者表示。

在微电子领域,锑化物半导体具有超过前三代半导体体系的超高速迁移率,在发展超低功耗超高速微电子集成电路器件方面潜力重大。

在热电器件领域,含锑元素的各类晶体材料具有优良的热电和制冷效应,是长期以来热电制冷器件领域的重要技术方向,具有广阔的应用前景。

在制备方面,锑化物窄带隙半导体与砷化镓、磷化铟等III-V族体系的结构特性、制备工艺类似或兼容,因此不存在量产技术的障碍,其制备成本主要受单晶衬底晶圆面积、外延材料量产容量、工艺集成技术良率的制约。

“随着功能器件需求放大,基于锑化物的激光器和探测器制造已经在量产方面获得了充分的验证,在光电子功能的各类应用领域制造规模逐步扩大,已经具备量产条件。”牛智川指出。

下一代半导体:

越走越“宽”还是越“窄”?

新一代半导体材料是产业变革的基石。从以硅为代表的第一代半导体材料,以砷化镓、磷化铟为代表的第二代半导体材料,以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体材料,半导体器件的工作范围和适用场景不断拓展,为信息社会的发展提供有力支撑。

半导体代表性材料进阶图 下图

那么,真正具有技术前景的新一代半导体材料,应该具备哪些要素?

牛智川表示,评估半导体材料的发展前景时,应注重两个指标。

一是能否发展出高可控性的量产制备技术,这是判断新体系材料是否具有长期发展前景的必要前提。在面向实际应用发展的初期阶段,必须评估规模化生产平台的可行性,包括大型制造设备等,并通过小试和中试工程化考验,检验产品良率和器件性能的稳定性。

其次是技术迭代链条是否完善,这是市场化成败的必要考量。半导体技术迭代链条包括所有技术环节所需的相关支撑条件是否具备可靠来源,市场周期的波动率,用户对产品需求性价比,以及对比竞品材料的优劣等。

在具备产业化前景的基础上,该如何发挥材料自身的性质,使之转化为产业发展的动力并释放市场价值?

闫建昌表示,每一种材料都有自身的优势和局限性,要充分发挥或者挖掘其有利因素,以扬长避短。曾经业界认为氮化镓材料缺陷密度太高,不可能用来发光,但氮化镓的一些特殊机制能够绕开缺陷密度的问题,并基于自身的硬度和化学稳定性等优势弥补纯净度的不足,赢得了发展空间。

“无论氮化铝镓、氧化镓还是金刚石,在器件和产业发展上还有很大的空间。发展的基础取决于材料本身和材料制备水平,要实现更低的缺陷密度,把材料的优势和潜力充分发掘出来,这是未来超宽禁带技术和产业发展的基础。”闫建昌说。

郭辉表示,新材料的上量有一个过程,要考虑综合效益,找寻市场地位。

“在微电子领域,超宽禁带半导体主要用于功率半导体,既要考虑材料本身的制备成本和功率器件本身的成本,也要考虑器件用在系统内的成本。通过综合效益寻找市场空间,形成市场竞争力。”郭辉说。

牛智川表示,要在扎实做好实验室技术开发研究基础上,深入理解材料物性优化的基本技术方法、路径,全方位建立基础物理化学性质数据,形成从设计到器件功能实现的最佳迭代模式。在此基础上,建设中试平台,集中考验实现高良率工程化制造的技术流程、方案和规范。后续增加用户定制要求,逐步完善器件的特定功能的量产制造技术、提高迭代效率,与市场深度融合。#财经##微博股票##今日看盘##财经头条##投资##财经头条文章#

晋太元中,武陵人捕鱼为业。缘溪行,忘路之远近。忽逢桃花林,夹岸数百步,中无杂树,芳草鲜美,落英缤纷。渔人甚异之,复前行,欲穷其林。

林尽水源,便得一山,山有小口,仿佛若有光。便舍船,从口入。初极狭,才通人。复行数十步,豁然开朗。土地平旷,屋舍俨然,有良田、美池、桑竹之属。阡陌交通,鸡犬相闻。其中往来种作,男女衣着,悉如外人。黄发垂髫,并怡然自乐。

见渔人,乃大惊,问所从来。具答之。便要还家,设酒杀鸡作食。村中闻有此人,咸来问讯。自云先世避秦时乱,率妻子邑人来此绝境,不复出焉,遂与外人间隔。问今是何世,乃
不知有汉,无论魏晋。此人一一为具言所闻,皆叹惋。余人各复延至其家,皆出酒食。停数日,辞去。此中人语云:“不足为外人道也。”

既出,得其船,便扶向路,处处志之。及郡下,诣太守,说如此。太守即遣人随其往,寻向所志,遂迷,不复得路。

南阳刘子骥,高尚士也,闻之,欣然规往。未果,寻病终,后遂无问津者。----陶渊明《桃花源记》

上学的时候,还背过这片古文言文[笑cry],原来.....刘子骥在这呢~~

#两公布一提示 【五台山公安分局交通管理大队

2021年“国庆节”两公布一提示】

“国庆节”假期即将来临,为确保五台山风景名胜区道路交通安全有序畅通,五台山公安分局交通管理大队结合景区实际,对“国庆节”小长假期间五台山景区道路安全形势进行分析研判,发布道路交通安全“两公布一提示”,请广大交通参与者合理选择出行方式,安全出行。
一、五台山景区易堵路段公布:

五台山景区高速入口

五台山景区游客中心(游客需要在此购票、检票)

五台山景区红绿灯路段

五台山景区普华寺路段

五台山景区殊像寺路段

五台山景区月亮湾路段

五台山景区金界寺路口

五台山景区垚子村路段
二、危险路段公布

1、五台山景区台顶道路为无等级道路,坡陡路滑,禁止一切车辆驶入。

2、五台山景区西线(台豆线)、北线(砂石线)为盘山公路,坡陡弯急,驾车时要减速慢行,急转弯时要鸣笛示警。
3、五台山景区中心区正在开展改造工作,过往车辆在路过施工场所时,请减速慢行,注意避让,切勿在没有规划停车位的施工场所周边停放车辆,以免发生危险。
三、国庆节小长假期间天气预报
预计国庆假日期间,五台山景区降雨过程较多,降水日数偏多(5~6天),雨量显著偏多(累计雨量50~90毫米,局部将超过120 毫米)。假日前期(9月30日~10月2日) 以多云间晴天气为主,局部时段可能有零星小雨。假日中后期(10月3日~7日)将出现持续阴雨天气,部分时段有暴雨(4~5日)。
逐日天气预报
9月30日:多云转晴,白天局部地区有小雨,偏西风2~3级。
10月1日:多云间晴,西南风2~3级。
10月2日:多云转阴,偏北风2~3级。
10月3日:阴天,有小雨,偏东风2~3级。
10月4日:阴天,有中到大雨,局部地区有暴雨,东北风3~4级。
10月5日:阴天,有小到中雨,局部地区有大雨,东北风2~3级。
10月6日:阴天,有小到中雨,北风2~3级。
10月7日:多云间阴,白天部分地区有小雨,北风2~3级。
四、交通安全提示
1、“国庆节”期间,五台山风景名胜区将迎来客流高峰期,五台山公安交警通过比对2019与2021年间同期入山车流量,预计今年“国庆节”期间,五台山景区入山车流量将达到2019年同期的1.5倍,小长假前4天为游客来山高峰期,单天入山车流辆预计会达到2万辆以上,造成景区交通缓行。计划“国庆节”期间来山的游客一定要合理规划行程,错峰出行,尽量避开拥堵时段。
2、“国庆节”期间,五台山景区车流量将会大幅度增加,为避免因找不到停车位引发交通拥堵,请来山游客将车辆停放在酒店、宾馆停车场内,步行或乘坐公共交通工具前往景点。
3、五爷庙、殊像寺寺庙群是来山游客的首选“打卡地”,五爷庙、殊像寺周边有大小停车场4处,预计可停放车辆800余辆,其中殊像寺停车场可停放车辆约250余辆,大文殊寺停车场可停放车辆约350余辆,两处通道小停车场可停放车辆约200余辆。游客对于停车位的需求量远远高于五爷庙周边停车场的实际最大承载量。请计划前往五爷庙、殊像寺寺庙群的游客将车辆停放在酒店、宾馆或周边停车场内,步行或乘坐公共交通工具前往景点。
4、五台山景区中心区虽然施画的是单向2车道,但是车道较窄,遇到车身较宽的车辆便无法满足单向车道2车同时通行的需求。在遇到五台山景区车流量大的情况时,为保证景区道路畅通,五台山公安交警将对中心景区内的云峰宾馆路口、银海桥路口、景区政府路口、消防队路口、农行路口、友谊路口、普化寺路口、台怀镇政府路口、殊像寺路口、五爷庙路口、月亮湾路口、营坊路口、金界寺路口、广化寺路口、普寿寺路口等处于景区主干道路上的所有路口进行临时交通管控,所有车辆将都不允许在景区主干道路(该路段全程约4.5公里)调头。请游客朋友们在自驾前往五台山景区前一定要对景区中心区有所了解,建议将车辆停放在就近停车场、酒店、宾馆内,步行或乘坐公共交通工具出行。
5、进入景区后如若遇到交通缓行或者拥堵的情况,请广大游客遵守交通法规,依次排队等候,切勿出现违法逆行、抢道超车的行为,给自己与他人的生命财产安全带来危险隐患。
6、五台山景区道路两旁风景优美,在停车欣赏美景时,请驾驶员朋友们莫要忘记交通安全,一定要将车辆停放在安全的、不妨碍他人正常通行的地方后,再去欣赏美景。
7、五台山景区气候多变,温差较大,景区西线、北线有道路易发雨雪冰雾等现象,驾车行经盘山公路时应谨慎驾驶,保持安全车距。
8、在驾驶的过程中不要分心驾驶,不要随意变道,通过后视镜注意后车跟车距离,用轻点刹车的方法,提醒后车控制距离,过红绿灯时不要跟车太近,一旦前方有突发情况急刹车,这时易发生追尾事故。
9、雨雾天气驾车出行时,应提前检查轮胎、制动、灯光、雨刮器等装置。
10、雨雾天驾车出行应低速行驶,在能见度不足50米的道路上或冰雪道路上行驶时,时速不得超过30公里,同时还应注意与前车保持足够的安全距离。
11、长途自驾前一天要保证充足的睡眠,避免饮酒。驾车途中要及时休息,连续驾驶不超过4小时,停车休息不少于20分钟。若感觉困倦、状态不佳,请选择安全地点停车休息。
五、五台山临时停车场分布及换乘点分布
1、大巴车临时停车场分布
“国庆节”小长假期间,为避免因大巴车突发故障或调头引发景区大规模交通拥堵,五台山公安交警将根据景区实际情况对大巴车、中巴车进行临时交通管控,所有大巴车,中巴车禁止驶入、停放在中心景区(南起山咀红绿灯路口,北至北线收费站)。
大巴车、中巴车临时管控点为白云寺临时管控点(预计停放大巴30辆)、明月池临时管控点(预计停放大巴20辆),镇海寺临时管控点(预计停放大巴40辆)、滩子村大巴车临时管控点(预计停放大巴20余辆)、大车沟停车场(预计停放大巴150余辆)、北线晋旅公司停车场(预计停放大巴150余辆)。以上停车场饱和后,五台山公安交警将启动应急预案,在景区南线游客中心对入山大巴、中巴车辆进行临时交通管控,延缓大巴车、中巴车进入景区。

2、普化寺公交车换乘点导图
由白云寺、明月池、镇海寺乘坐公交车进入中心景区的游客在普化寺公交车换乘点下车,步行前往各景点,返程时在此处乘坐公交车返回镇海寺、明月池、白云寺。

3、南坡、栖贤阁临时停车场
南坡、栖贤阁临时停车场地处五台山中心区杨柏峪路段,共规划小型车辆临时停车位1100余个,周边景点有南山寺、观音洞等。高德地图搜索五台山南坡村临时停车场了解详细位置。

当五台山景区内车辆承载量达到景区最大承载量时,五台山公安交警将在银海桥路段对所有入山车辆进行分流,分流后的车辆要按照规定停放在南坡、栖贤阁临时停车场,在栖贤阁东门前换乘景区公交车前往大文殊寺停车场,随后步行去往五爷庙、殊像寺等景点。

4、营坊村临时停车场
营坊村临时停车场地处五台山营坊村,共规划小型车辆临时停车位260余个,周边景点有广化寺、普化寺、大螺顶、菩萨顶、圆照寺、罗睺寺、显通寺等景点。此处距离五爷庙寺庙群约500米。高德地图搜索五台山营坊临时停车场了解详细位置。
此处属于热点停车区域,停车位预计将于每天的早晨7点左右达到饱和,所以游客在选择停车场时尽量去往金界寺临时停车场停车场。

“国庆节”期间,五台山公安交警将与景区相关部门进行协调,适时开放金界寺施工工地道路用于分流主干道路压力,金界寺施工工地内严禁车辆停放。
为了有效减轻景区交通压力,当车流量突破景区道路最大承载量时,五台山公安交警将启动应急预案,在游客中心、白云寺、镇海寺、银馨桥、普化寺路段实施临时“分段截停,点滴放行”的措施,减缓车辆进入景区的速度,以时间换空间,确保景区道路交通秩序不失控。当遇到临时交通管控时,请遵守交通法规,耐心等待,切勿急躁。
五台山公安交警提示:“国庆节”小长假期间出行一定要提前了解道路通行情况及天气情况,出行前一定要检查好车辆状态,准备好应急的食物、饮水及药物。尽量错峰出行,避免让交通拥堵耽误您的行程。


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