回顧那些年我們追過(guò)的半導(dǎo)體熱門技術(shù)之材料篇

　　作為一個(gè)單身狗，我沒(méi)有值得回顧我追過(guò)的女孩。但作為一個(gè)半導(dǎo)體人，我們卻有著值得回味的那些年追過(guò)的半導(dǎo)體熱門技術(shù)，今天我們先看看有哪些熱門材料。

　　材料篇

　　量子點(diǎn)LED

　　量子點(diǎn)（QuantumDot，QD），一種全新概念的納米級(jí)半導(dǎo)體發(fā)光粒子，1981年被發(fā)現(xiàn)。其組成元素不僅局限于Ⅱ-Ⅵ族（BaS、CdTe等）、Ⅲ-Ⅴ族（GaAs、InGaAs）、Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族（AgInS2等）的幾種元素，未來(lái)還將有更多體系組成將被開發(fā)出來(lái)。

　　量子點(diǎn)是量子點(diǎn)LED（QLED）發(fā)光的基本材料。發(fā)光形式有兩種：一是采用在GaN基LED中作為光轉(zhuǎn)換層，有效吸收藍(lán)光發(fā)射出波長(zhǎng)在可見(jiàn)光范圍內(nèi)精確可調(diào)的各色光；二是采用其電致發(fā)光形式，將其涂敷于薄膜電極之間而發(fā)光，實(shí)現(xiàn)QLED發(fā)光。

　　作為照明用的量子點(diǎn)LED（QLED）優(yōu)點(diǎn)有三處：

　　1.能發(fā)射出全光譜，即涵蓋整個(gè)可見(jiàn)光和紅外光區(qū)；

　　2.它們能局限量子發(fā)光性質(zhì)，并釋放出較小頻寬的色光，發(fā)射出的波長(zhǎng)半寬度在20nm以下，因而呈現(xiàn)出更加飽和的光色；

　　3.量子效率可達(dá)90%，以后還將會(huì)有更高的提升空間。

　　隨著量子點(diǎn)制備技術(shù)的提高，尤其是量子點(diǎn)技術(shù)的光譜隨尺寸可調(diào)、斯托克斯位移大、發(fā)光效率高、發(fā)光穩(wěn)定性好等一系列獨(dú)特的光學(xué)性能，使其更成為近年來(lái)研究的焦點(diǎn)，并取得了重大進(jìn)展。

　　石墨烯

　　石墨烯是一種二維晶體，人們常見(jiàn)的石墨是由一層層以蜂窩狀有序排列的平面碳原子堆疊而形成的，石墨的層間作用力較弱，很容易互相剝離，形成薄薄的石墨片。當(dāng)把石墨片剝成單層之后，這種只有一個(gè)碳原子厚度的單層就是石墨烯。

　　自從石墨烯在2003年被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，研究者發(fā)現(xiàn)它具有優(yōu)異的強(qiáng)度、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性。最后一種性質(zhì)使得這種材料非常適合用來(lái)制作電路中的微小接觸點(diǎn)，但最理想是用石墨烯自己制成電子元件——特別是晶體管。

　　它不僅是世界上最硬的材料，而且柔韌性也最強(qiáng)，具有很好的彈性，可以被無(wú)限拉伸，拉伸幅度能達(dá)到自身尺寸的20%，可抵抗很大的壓力，而且具有非同尋常的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，被稱之為“奇跡材料”。

　　SiC

　　SiC是在熱、化學(xué)、機(jī)械方面都非常穩(wěn)定的化合物半導(dǎo)體，對(duì)于功率元器件來(lái)說(shuō)的重要參數(shù)都非常優(yōu)異。作為元件，具有優(yōu)于Si半導(dǎo)體的低阻值，可以高速工作，高溫工作，能夠大幅度削減從電力傳輸?shù)綄?shí)際設(shè)備的各種功率轉(zhuǎn)換過(guò)程中的能量損耗。

　　GaN

　　鎵是地球上存在的一種貴金屬材料，大約排名第十左右，中國(guó)儲(chǔ)量全球第一。作為三代半導(dǎo)體材料當(dāng)家花旦的氮化鎵,近二十年來(lái)，由于LED照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展推動(dòng)，已成為三代半導(dǎo)體材料中的核心材料，在光電子方向LED從無(wú)到有，快速發(fā)展，直至現(xiàn)在發(fā)展到千億美元的規(guī)模，是一個(gè)新材料開發(fā)推動(dòng)社會(huì)變革的典范。

　　氮化鎵GaN和碳化硅同屬于第三代半導(dǎo)體材料。為了區(qū)別于氮化鎵已經(jīng)形成的LED產(chǎn)業(yè)，在產(chǎn)業(yè)中有人用第三代半導(dǎo)體指代除LED之外的第三代半導(dǎo)體材料應(yīng)用。除了，氮化鎵和碳化硅，第三代半導(dǎo)體材料還包含ZnO，GaO氧化鎵等。

　　GaN具備出色的擊穿能力、更高的電子密度及速度，和更高的工作溫度。GaN提供高電子遷移率，這意味著開關(guān)過(guò)程的反向恢復(fù)時(shí)間可忽略不計(jì)，因而表現(xiàn)出低損耗并提供高開關(guān)頻率，而低損耗加上寬帶寬器件的高結(jié)溫特性，可降低散熱量，高開關(guān)頻率可減少濾波器和無(wú)源器件如變壓器、電容、電感等的使用，最終減小系統(tǒng)尺寸和重量，提升功率密度，有助于設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)緊湊的高能效電源方案。同為寬帶寬器件，GaN比SiC的成本更低，更易于商業(yè)化和具備廣泛采用的潛力。

　　納米碳復(fù)合材料

　　隨著世界范圍內(nèi)汽車數(shù)量的快速增加，汽車行業(yè)的碳排放對(duì)環(huán)境的影響已經(jīng)引起人們的擔(dān)憂，而提高交通系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)效率有望減少汽車對(duì)環(huán)境的影響。利用納米碳纖維技術(shù)生產(chǎn)的新型復(fù)合材料正在汽車制造領(lǐng)域顯示出潛力，有望將汽車重量降低10%甚至更多。輕量化汽車需要的燃料更少，輸送人員和商品的效率更高，并能減少溫室氣體排放。

　　但是，效率僅是一方面的問(wèn)題。另一個(gè)同樣重要的問(wèn)題是如何改善乘客安全。為了增強(qiáng)新型復(fù)合材料的強(qiáng)度與韌性，業(yè)界正在碳纖維和周圍的聚合物基之間構(gòu)建納米界面，比如會(huì)使用碳納米管，以改善錨固性能。在發(fā)生意外事故時(shí)，這些材料能夠在不發(fā)生撕裂的情形下吸收并分散沖擊力，從而更好地保護(hù)車內(nèi)駕乘人員。

　　第三個(gè)挑戰(zhàn)是碳纖維復(fù)合材料的可循環(huán)利用性。這個(gè)問(wèn)題曾阻礙了該項(xiàng)技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，但目前已快要找到解決方案。相應(yīng)的技術(shù)方案包括將可分解的“釋放點(diǎn)”置入聚合物和纖維之間的界面材料，從而以可控的方式拆解各連接材料，復(fù)合材料各成分也可以單獨(dú)回收并實(shí)現(xiàn)循環(huán)再利用。上述三方面如果全部實(shí)現(xiàn)，則有望大規(guī)模生產(chǎn)輕量化、超級(jí)安全和復(fù)合材料可再利用的汽車，從而對(duì)行業(yè)和環(huán)境產(chǎn)生重大的影響。

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