隨著硅這種半導(dǎo)體材料的廣泛應(yīng)用,，人們開始關(guān)注更多的材料,，以便制成性價比更高的電子產(chǎn)品，搶占市場,。第一代半導(dǎo)體材料主要是硅和鍺等半導(dǎo)體材料,，目前仍是整個電子材料市場的主力。隨著技術(shù)的進步,，第二代半導(dǎo)體材料應(yīng)運而生,，這一類材料是主要是砷化鎵、Ge－Si以及玻璃半導(dǎo)體等組成,，目前也有一些實用的產(chǎn)品,。當前和未來最被看好的半導(dǎo)體材料是第三代半導(dǎo)體材料，也叫寬禁帶半導(dǎo)體材料,，這類材料的性質(zhì)非常優(yōu)越,，可以說集第一第二代材料優(yōu)點，是集大成者的材料,，尤其適合光電顯示,、軍工和新能源汽車、衛(wèi)星研究等,，是前景最廣闊的一類材料,。隨著市場對半導(dǎo)體器件微型化、導(dǎo)熱性的高要求,，這類材料的市場需求暴漲,，適用于制作抗輻射,、高頻,、大功率和高密度集成的電子器件。
碳化硅是最接近大規(guī)模商業(yè)化的第三代半導(dǎo)體材料
碳化硅又叫金剛砂,，是用石英砂,、石油焦、木屑等原料通過電阻爐高溫冶煉而成,。碳化硅在大自然也存在罕見的礦物莫桑石,，在當代C,、N、B等非氧化物高技術(shù)耐火原料中,，碳化硅為應(yīng)用最廣泛,、最經(jīng)濟的一種。
（碳化硅晶圓）
碳化硅是當前發(fā)展最成熟的寬禁帶半導(dǎo)體材料,，世界各國對碳化硅的研究很重視,，美歐日等不僅從國家層面上制定了相應(yīng)的研究規(guī)劃。碳化硅因具有很大的硬度而成為一種重要的磨料,，但其應(yīng)用范圍卻超過一般的磨料,。它所具有的耐高溫性、導(dǎo)熱性而成為隧道窯或梭式窯的首選窯具材料之一,，它所具有的導(dǎo)電性使其成為一種重要的電加熱元件等,。碳化硅材料還可應(yīng)用于功能陶瓷、耐火材料,、冶金原料等應(yīng)用領(lǐng)域,。碳化硅器件的發(fā)展難題不是設(shè)計難題，而是實現(xiàn)芯片結(jié)構(gòu)的制作工藝,，如碳化硅晶片的微管缺陷密度,、外延工藝效率低、摻雜工藝的特殊要求,、配套材料的耐溫等,。碳化硅生產(chǎn)的另一個問題是環(huán)保，由于碳化硅在冶煉過程中會產(chǎn)生一氧化碳,、二氧化硫等有害氣體,，同時粉塵顆粒如果處理不當，污染非常嚴重,。
氮化鎵在電子上的應(yīng)用與難點
氮化鎵是氮和鎵的化合物,，是一種直接能隙的半導(dǎo)體，該化合物結(jié)構(gòu)類似纖鋅礦,，硬度很高,。氮化鎵的能隙很寬，可以用在高功率,、高速的光電元件中,，如氮化鎵可以用在紫光的激光二極管，可以在不使用非線性半導(dǎo)體泵浦固體激光器的條件下,，產(chǎn)生紫光的激光,。氮化鎵是研制微電子器件、光電子器件的新型半導(dǎo)體材料，在光電子,、激光器,、高溫大功率器件和高頻微波器件應(yīng)用方面有著廣闊的前景。氮化鎵材料的發(fā)展難題有三個,，一是如何獲得高質(zhì)量,、大尺寸的氮化硅的籽晶，直接采用氨熱方法培育一個兩英寸的籽晶需要幾年時間,；二是對于氮化鎵材料,，長期以來由于襯底單晶沒有解決，異質(zhì)外延缺陷密度相當高,，因為氮化鎵極性太大,，難以通過高摻雜來獲得較好的金屬半導(dǎo)體歐姆接觸，工藝制造較復(fù)雜,；三是氮化鎵產(chǎn)業(yè)鏈尚未完全形成,。
（氮化鎵開關(guān)芯片）
由于天然含量甚少，碳化硅主要多為人造,，常見的方法是將石英砂與焦炭混合,，利用其中的二氧化硅和石油焦，加入食鹽和木屑,，置入電爐中,，加熱到2000°C左右高溫，經(jīng)過各種化學工藝流程后得到碳化硅微粉,。法國和瑞士科學家首次使用氮化鎵成功制造出了性能優(yōu)異的高電子遷徙率晶體管,。據(jù)OFweek電子工程網(wǎng)獲悉，珠海一家公司擁有8英寸硅基氮化鎵量產(chǎn)生產(chǎn)線,，這是中國首條實現(xiàn)量產(chǎn)的8英寸硅基氮化鎵生產(chǎn)線,。當前氮化鎵的工藝制造難題是薄膜冷卻時受熱錯配應(yīng)力的驅(qū)動下，容易發(fā)生破裂或翹曲,，成為硅基氮化鎵大英寸化的主要障礙,。
氧化鋅在電子上的應(yīng)用
氧化鋅的化學式是ZnO，學過化學的小伙伴知道,，這是一種白色粉末,，是兩性氧化物，難溶于水但可溶于酸,，氧化鋅的化學性質(zhì)活潑,，能與鎂粉、鋁粉,、等物質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng),，并有爆炸的可能。為什么氧化鋅被稱為第三代半導(dǎo)體材料,，因為它的化學性質(zhì),，讓它能應(yīng)用在半導(dǎo)體上。半導(dǎo)體材料需要更好的穩(wěn)定性,，如它的能帶隙和激子束縛能較大,，有優(yōu)異的常溫發(fā)光性能，在半導(dǎo)體領(lǐng)域的液晶顯示器,、發(fā)光二極管以及薄膜晶體管等產(chǎn)品中可以發(fā)揮大的作用,，這幾個領(lǐng)域都是很有前景的。
對于活性的氧化鋅,，它的特點是純度更高,，不純物的含量更低，表面積更大,，這有利于增加半導(dǎo)體的導(dǎo)電性和工作效率,，所以活性的氧化鋅也有很多應(yīng)用，如在具備常規(guī)塊體材料所不具備的特點,，具有抗紅外和紫外等特點,，例如采用納米氧化鋅制備的壓敏電阻，不僅具有較低的燒結(jié)溫度,，整個電阻性能全面提升,，電阻的非線性系數(shù)、通流能力超越一般電子材料的能力,。光電子將是氧化鋅未來突破的一個關(guān)鍵領(lǐng)域,，相對于碳化硅和氮化鎵，氧化鋅在光電顯示,、電磁產(chǎn)品,、熱敏感應(yīng)等方面有著獨一無二的能力。
金剛石的特性與應(yīng)用
從化學元素上來說,，金剛石和所謂的石墨和木炭并沒有區(qū)別,，差別是碳原子的排列。金剛石是無色正八面體晶體,，其成分為純碳元素,，由碳原子以四價鍵鏈接，這樣的結(jié)構(gòu)和化學排列讓金剛石成為目前自然界中最堅硬的物質(zhì)之一,。金剛石不僅硬度大,，熔點極高，而且不導(dǎo)電,，是一種獨特的半導(dǎo)體,。正是這樣的性質(zhì)讓它有很多用途,，人們所說的鉆石其實主要成分就是金剛石。金剛石以前最大的用途是工藝品和工業(yè)切割,，但是科學家發(fā)現(xiàn)金剛石作為一種材料,，在半導(dǎo)體領(lǐng)域的應(yīng)用同樣很多，也有很大的應(yīng)用前景,。
金剛石材料能有很好的應(yīng)用,，這是因為它的亮度、色散和光澤等性質(zhì)決定,。如金剛石有極高的反射率,，其反射臨界角較小反射光量大，能產(chǎn)生很高的亮度,。還有,，金剛石多樣的晶面象三棱鏡一樣，能把通過折射,、反射和全反射進入晶體內(nèi)部的白光分解成各種類型的光,，金剛光澤也是一個很好的優(yōu)勢等等，光電器件,、工業(yè)機器人和航空應(yīng)用等都將是金剛石材料的未來的主戰(zhàn)場,。金剛石材料在電子元器件封裝和電子薄膜等上有著非常好的應(yīng)用，受制于成本,，未能大面積普及,，但是隨著量和技術(shù)的進步，普及也是有可能的,。我國目前還未掌握最先進的金剛石生產(chǎn)方法,，這種材料的生產(chǎn)方法包括高溫高壓法技術(shù)，這個是最成熟的方法,，還有化學氣相沉積法,，這種方法不成熟，產(chǎn)業(yè)化難度還很大,，在研究之中,。
近年來，我國半導(dǎo)體材料市場發(fā)展迅速,，其中以碳化硅,、氮化鎵、氧化鋅,、金剛石等為主的材料備受關(guān)注,。它們這類材料都有這樣共同的特點，比如均有著好的前景,，材料特性優(yōu)于第一第二代半導(dǎo)體材料等,?；瘜W特性的不同造就了其不同的應(yīng)用領(lǐng)域，碳化硅在新能源汽車上優(yōu)勢明顯,，氮化鎵特別適用于晶體管和模擬電路等,，氧化鋅獨特的特點在光電顯示等優(yōu)勢明顯，金剛石薄膜在粒子探測器中的應(yīng)用,，金剛石在激光等上優(yōu)勢也很好等等。雖然前景好,，但產(chǎn)業(yè)化難題仍然擺在我們面前,，如我國材料的制造工藝和質(zhì)量并未達到世界頂級，材料制造設(shè)備依賴于進口嚴重,，碳化硅與氮化鎵材料和器件方面產(chǎn)業(yè)鏈尚未形成,，金剛石材料很貴，而氧化鋅產(chǎn)業(yè)鏈太缺失等,，這些問題需逐步解決,，方可讓國產(chǎn)半導(dǎo)體材料屹立于世界頂尖行列。隨著技術(shù)的進步,，未來四種半導(dǎo)體材料相輔相成,，組成中國強大的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。