中国战略性新兴产业 新材料 第三代半导体材料PDF电子书下载

第1章 概论 1

1.1 第三代半导体材料的概念和发展历程 1

1.1.1 第三代半导体材料的概念 1

1.1.2 第三代半导体材料的发展历程 2

1.2 第三代半导体材料的结构性质及应用 5

1.2.1 Ⅲ族氮化物半导体材料的结构性质及应用 5

1.2.2 SiC半导体材料的结构性质及应用 6

1.2.3 宽禁带氧化物半导体材料的结构性质及应用 6

1.2.4 半导体金刚石材料的结构性质及应用 7

1.3 第三代半导体材料的应用前景展望 8

1.3.1 Ⅲ族氮化物半导体材料的应用前景 8

1.3.2 SiC半导体材料的应用前景 9

1.3.3 宽禁带氧化物半导体材料的应用前景 9

1.3.4 半导体金刚石材料的应用前景 10

参考文献 11

第2章 Ⅲ族氮化物半导体材料 12

2.1 Ⅲ族氮化物半导体材料的基本性质 13

2.1.1 Ⅲ族氮化物半导体材料的晶体结构 13

2.1.2 Ⅲ族氮化物半导体材料的能带结构 14

2.1.3 Ⅲ族氮化物半导体材料的基本物理性质 14

2.1.4 Ⅲ族氮化物半导体材料的极化特性 16

2.2 Ⅲ族氮化物半导体材料的制备技术 18

2.2.1 蓝宝石异质衬底技术 18

2.2.2 Ⅲ族氮化物同质衬底制备技术 21

2.2.3 氮化镓（GaN）和氮化铝（AlN）衬底材料 32

2.2.4 金属有机化学气相沉积（MOCVD）外延生长方法 46

2.2.5 分子束外延（MBE）生长方法 51

2.2.6 氮化铟（InN）和铟镓氮（InGaN）外延生长 54

2.2.7 氮化铝（AlN）和铝镓氮（AlGaN）外延生长 62

2.2.8 硅（Si）衬底上GaN的外延生长 65

2.3 Ⅲ族氮化物光电子器件及应用 70

2.3.1 蓝光、白光发光二极管（LED）及其半导体照明应用 70

2.3.2 蓝绿光激光器（LD）及其应用 76

2.3.3 紫外光LED及其应用 83

2.3.4 紫外光激光器及其应用 87

2.3.5 紫外光电探测器及其应用 92

2.4 Ⅲ族氮化物电子器件及应用 96

2.4.1 GaN基异质结构中二维电子气的电学性质 96

2.4.2 微波功率电子器件及其应用 98

2.4.3 电力电子器件及其应用 101

2.5 国内外Ⅲ族氮化物材料产业发展现状及趋势 104

2.5.1 GaN基LED照明材料产业 104

2.5.2 GaN基微波半导体材料与器件产业 107

2.5.3 GaN基电力电子器件及材料产业 109

参考文献 111

第3章 SiC半导体材料 118

3.1 SiC半导体材料的基本性质 118

3.1.1 SiC的晶体结构 118

3.1.2 SiC半导体材料的基本性质 120

3.1.3 SiC单晶材料的研究进展 121

3.2 SiC半导体材料的制备技术 125

3.2.1 SiC单晶生长技术 125

3.2.2 SiC单晶衬底加工技术 137

3.2.3 SiC化学气相沉积法（CVD）外延生长技术 140

3.3 SiC半导体器件及相关应用 154

3.3.1 功率半导体器件及其应用 154

3.3.2 SiC紫外光电探测器及其应用 159

3.3.3 SiC高温传感器及其应用 162

3.4 国内外SiC半导体材料产业发展现状及趋势 165

3.4.1 SiC半导体材料产业的市场 165

3.4.2 SiC衬底的产业现状和发展趋势 167

3.4.3 SiC分立器件的产业现状和发展趋势 169

3.4.4 SiC功率模块的产业现状和发展趋势 170

参考文献 171

第4章 宽禁带氧化物半导体材料 176

4.1 引言 176

4.1.1 氧化物半导体材料的基本概况 176

4.1.2 氧化物半导体材料的基本问题 176

4.1.3 氧化物半导体材料的整体发展状况 177

4.2 氧化锌（ZnO）半导体材料及器件 181

4.2.1 ZnO的晶体结构与基本性质 181

4.2.2 ZnO材料制备 194

4.2.3 ZnO半导体器件应用及研究进展 200

4.3 铟镓锌氧（IGZO）透明氧化物材料及器件 205

4.3.1 IGZO薄膜材料的结构与性质 205

4.3.2 IGZO薄膜的制备技术 206

4.3.3 IGZO薄膜晶体管（TFT）器件制备及其性质 208

4.3.4 IGZO TFT器件的电学稳定性 209

4.3.5 IGZO TFT器件的显示技术应用 211

4.4 氧化镓（β-Ga2O3）材料及器件 212

4.4.1 β-Ga2O3晶体的结构和基本性质 212

4.4.2 β-Ga2O3晶体的主要生长方法 213

4.4.3 β-Ga2O3晶体在透明导电氧化物薄膜方面的应用 214

4.4.4 β-Ga2O3晶体在日盲紫外探测器及气体传感器方面的应用 215

4.4.5 β-Ga2O3晶体在功率电子器件方面的应用 216

4.5 钙钛矿材料及器件 217

4.5.1 钙钛矿材料晶体结构 217

4.5.2 钙钛矿材料及其发光特性 219

4.5.3 钙钛矿型太阳能电池及其发展动态 224

4.5.4 钙钛矿材料电学特性和器件应用 231

4.6 宽禁带氧化物半导体材料的应用展望 232

4.6.1 宽禁带氧化物半导体的近期应用 233

4.6.2 宽禁带氧化物半导体的预期应用 234

4.6.3 宽禁带氧化物半导体的潜在应用 236

参考文献 237

第5章 半导体金刚石材料 247

5.1 半导体金刚石材料的基本性质 247

5.1.1 金刚石晶体概述 248

5.1.2 金刚石的基本性质 253

5.2 半导体金刚石材料的制备技术 259

5.2.1 高压高温法（HPHT） 259

5.2.2 CVD法 260

5.2.3 微波等离子体法 261

5.2.4 单晶金刚石衬底的制备 264

5.2.5 单晶金刚石薄膜同质外延 267

5.2.6 单晶金刚石薄膜异质外延 267

5.2.7 多晶金刚石薄膜的生长 271

5.2.8 金刚石的掺杂与接触 273

5.3 半导体金刚石器件及相关应用 277

5.3.1 金刚石基电子器件 277

5.3.2 金刚石基发光器件 282

5.3.3 金刚石基探测器和传感器 285

5.4 半导体金刚石材料的产业现状与发展趋势 290

5.4.1 半导体金刚石材料的产业现状 290

5.4.2 半导体金刚石材料的产业发展趋势 290

参考文献 292

第6章 第三代半导体材料光电应用——半导体照明 298

6.1 半导体照明概述 298

6.1.1 产业链环节及产品 299

6.1.2 产业链关键技术 300

6.2 半导体照明产业发展现状与趋势 301

6.2.1 国际发展态势 301

6.2.2 中国发展态势 305

6.2.3 半导体照明未来发展趋势 311

6.2.4 新型行业组织发展模式探索 312

6.3 中国半导体照明产业竞争格局及面临形势 317

6.3.1 半导体照明产业发展竞争格局重塑 317

6.3.2 中国半导体照明产业发展面临的形势 319

6.4 中国半导体照明产业发展对策建议 319

6.4.1 围绕应用需求进行系统布局，加大对技术创新的研发投入 319

6.4.2 探索协同、开放的体制机制，构建以企业为主体的创新体系 320

6.4.3 支持发展“众创空间”，为创业创新搭建新平台 320

6.4.4 积极参与“一带一路”，加强国际产业合作 320

6.4.5 加强市场监管，优化产业生态环境 320

参考文献 321

第7章 我国第三代半导体材料产业的战略意义及发展战略 322

7.1 我国第三代半导体材料产业的战略意义 322

7.1.1 抢占技术制高点，掌握国际竞争主导权 322

7.1.2 支撑节能减排，转变经济发展方式 323

7.1.3 引领信息器件产业变革，构建高性能信息网络 325

7.1.4 保卫国家信息安全，提升国防建设水平 326

7.2 我国第三代半导体材料产业的发展战略 327

7.2.1 组织关键技术的攻关 327

7.2.2 推动需求导向的创新应用 329

7.2.3 促进公共研发及服务平台建设 330

7.2.4 产业生态环境与可持续发展能力建设 331