半導體發(fā)展經(jīng)歷三代變革 推動(dòng)社會(huì )發(fā)展

　　“寬禁帶半導體就像一個(gè)小孩，還沒(méi)長(cháng)好就被拉到市場(chǎng)上去應用?！痹?1月8日至9日召開(kāi)的香山科學(xué)會(huì )議上，中科院院士、中科院半導體所研究員夏建白打的比方引起不少與會(huì )專(zhuān)家的共鳴。

　　夏建白所說(shuō)的寬禁帶半導體又被稱(chēng)為第三代半導體，氮化鎵、碳化硅、氧化鋅、金剛石等材料是其主要代表。

　　如果說(shuō)以硅為代表的第一代半導體是集成電路的基石，第二代半導體如砷化鎵促成了信息高速公路的崛起的話(huà)，那么第三代半導體材料技術(shù)正在成為搶占下一代信息技術(shù)、節能減排及國防安全制高點(diǎn)的最佳途徑之一，是戰略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成內容。

　　現在的問(wèn)題是，快速發(fā)展的第三代半導體相關(guān)產(chǎn)業(yè)，特別是深紫外發(fā)光和激光領(lǐng)域被基礎研究絆住了腳。

　　上帝的禮物還是難題?

　　如果你依然對第三代半導體材料感到陌生，可以抬頭看看家中無(wú)處不在的LED(發(fā)光二極管)燈。

　　氮化鎵基藍光LED的發(fā)明使高效白光LED照明得以實(shí)現，引起了人類(lèi)照明光源的又一次革命。日本科學(xué)家赤崎勇、天野浩和美籍日裔科學(xué)家中村修二也因該工作獲得了2014年諾貝爾物理學(xué)獎。

　　北京大學(xué)物理學(xué)院教授沈波說(shuō)，氮化鎵基藍光LED的發(fā)明就像“上帝的禮物”降臨人間，然而隨著(zhù)相關(guān)應用快速推向市場(chǎng)，人們逐漸發(fā)現，這個(gè)禮物里藏著(zhù)很多難題。

　　難題何來(lái)?

　　夏建白告訴記者，第一代半導體硅經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)發(fā)展和基礎研究齊頭并進(jìn)，基礎扎實(shí)。相比之下，日本人開(kāi)始研究第三代半導體時(shí)，很多人認為氮化鎵材料的缺陷太多，難以做成高效光電器件。沒(méi)想到日本竟然把藍光LED做出來(lái)了，緊跟著(zhù)就是市場(chǎng)的快速爆發(fā)。

　　“市場(chǎng)發(fā)展非?？?，基礎研究卻跟不上了?！毕慕ò渍f(shuō)，這是目前第三代半導體發(fā)展面臨的困境。

　　中科院長(cháng)春光學(xué)精密機械與物理研究所研究員劉可為把氮化鎵基藍光LED的發(fā)明比作做蛋糕。蛋糕做出來(lái)了，它的美味得到市場(chǎng)認可，但其中很多原理卻不太清楚，因此當市場(chǎng)需要更美味的蛋糕時(shí)，遇到了麻煩。

　　市場(chǎng)倒逼基礎研究加速

　　氮化鎵基藍光LED僅僅是一個(gè)開(kāi)端，第三代半導體的確有潛力做出更大、更美味的蛋糕。

　　“第三代半導體材料除具有優(yōu)異的光電特性外，還具有擊穿電場(chǎng)高、熱導率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強、介電常數低等優(yōu)越性能?！敝锌圃洪L(cháng)春光學(xué)精密機械與物理研究所研究員申德振介紹，因此它們在短波發(fā)光、激光、探測等光電子器件和高溫、高壓、高頻大功率的電子電力器件領(lǐng)域有廣闊應用前景。

　　其用武之地不勝枚舉：在節能電力電子領(lǐng)域，有半導體照明、智能電網(wǎng)、高速列車(chē)等;在信息工程領(lǐng)域，有可見(jiàn)光通訊、海量光存儲、高速計算等;在國防建設領(lǐng)域，有紫外探測器、微波器件等。

　　以發(fā)光和激光領(lǐng)域為例，申德振介紹，第三代半導體在高性能的紫外、深紫外發(fā)光和激光在生化探測、殺菌消毒、精密光刻、高精密激光加工等領(lǐng)域有重大應用價(jià)值。

　　“但在藍光之后，想將第三代半導體往波長(cháng)更短的紫外、深紫外發(fā)光和激光方向應用時(shí)，卻發(fā)現還有很多重大的科學(xué)問(wèn)題尚待解決?！眲⒖蔀檎f(shuō)，這些重大的科學(xué)問(wèn)題包括第三代半導體的P型摻雜、第三代半導體的點(diǎn)缺陷問(wèn)題以及大尺寸、高精度的襯底制備技術(shù)等。

　　可以說(shuō)，市場(chǎng)應用在倒逼基礎研究加快進(jìn)度。

　　劉可為告訴記者，僅就藍光LED而言，目前國內產(chǎn)業(yè)規模巨大，核心專(zhuān)利和技術(shù)集中在日本和美國。但整體而言，國內外對第三代半導體的基礎研究都相對薄弱。

　　“我國應加大在第三代半導體紫外、深紫外發(fā)光和激光等領(lǐng)域的投入，解決該領(lǐng)域的核心科學(xué)和技術(shù)難題，爭取擁有更多具有自主知識產(chǎn)權的核心技術(shù)?！鄙甑抡裾f(shuō)。