半导体物理学半导体物理学教材教材n n半导体物理学 刘恩科 国防工业出版社n n 建议120学时，现有36学时本课程主要内容本课程主要内容n n1. 半导体的电子状态n n2. 半导体中的杂质和缺陷能级n n3. 半导体中载流子的统计分布n n4. 半导体的导电性n n5. 非平衡载流子n n6. p-n结n n7. 金属和半导体的接触n n10. 半导体的光学性质与光电现象半导体材料课程半导体材料课程n n广泛地介绍半导体材料的概念和基本性质n n半导体材料的分类：n n1. 按导电性分类n n2. 按能带论分类n n3. 从组成和元素分类n n4. 按功能和应用分类（1） 导电性导电性n n良导体：电阻率10-6 .cmn n绝缘体： 1012 1022 .cmn n半导体： 10-6 1012 .cm 通常： 10-3 109 .cm（2）化学组成和结构）化学组成和结构n n元素半导体：元素半导体：SiSi，GeGen n化合物半导体：化合物半导体：GaAsGaAs，ZnOZnOn n固溶体半导体：固溶体半导体：AlGaAsAlGaAs，SiGeSiGen n非晶半导体：非晶硅非晶半导体：非晶硅n n微结构半导体：多晶硅微结构半导体：多晶硅n n有机半导体等有机半导体等（3）使用功能）使用功能n n电子材料n n光电材料n n传感材料n n热电致冷材料等 （4）能带结构）能带结构n n直接带隙半导体直接带隙半导体n n间接带隙半导体间接带隙半导体n n宽带隙半导体宽带隙半导体n n窄带隙半导体窄带隙半导体1）首次报道半导体）首次报道半导体n n伏特伏特 A. Volta (17451827)A. Volta (17451827)，意大利物理学家，意大利物理学家n n国际单位制中国际单位制中, ,电压的单位伏即为纪念他而命名。电压的单位伏即为纪念他而命名。n n18001800年，他发明了世界上第一个伏特电池，这是年，他发明了世界上第一个伏特电池，这是最早的直流电源。从此，人类对电的研究从静电最早的直流电源。从此，人类对电的研究从静电发展到流动电，开拓了电学的研究领域。发展到流动电，开拓了电学的研究领域。n n他利用静电计对不同材料接地放电，区分了金属，他利用静电计对不同材料接地放电，区分了金属，绝缘体和导电性能介于它们之间的绝缘体和导电性能介于它们之间的“ “半导体半导体” ”。n n他在给伦敦皇家学会的一篇论文中首先使用了他在给伦敦皇家学会的一篇论文中首先使用了“Semiconductor”“Semiconductor”（半导体）一词。（半导体）一词。2）负电阻温度系数）负电阻温度系数n n法拉第法拉第 M. Faraday (17911867)M. Faraday (17911867)，英国英国物理，英国英国物理学家、化学家，现代电工科学的奠基者之一。学家、化学家，现代电工科学的奠基者之一。n n电容的单位法（拉）即为纪念他而命名。电容的单位法（拉）即为纪念他而命名。n n法拉第发明了第一台电动机，另外法拉第的电法拉第发明了第一台电动机，另外法拉第的电磁感应定律是他的一项最伟大的贡献磁感应定律是他的一项最伟大的贡献 。n n18331833年，法拉第就开始研究年，法拉第就开始研究AgAg2 2S S半导体材料，半导体材料，发现了负的电阻温度系数，即随着温度的升高，发现了负的电阻温度系数，即随着温度的升高，电阻值下将。电阻值下将。n n负电阻温度系数是半导体材料的特有性质之一负电阻温度系数是半导体材料的特有性质之一正、负电阻温度系数正、负电阻温度系数 负电阻温度系数负电阻温度系数 正电阻温度系数正电阻温度系数RRTT3）光电导效应）光电导效应n n18731873年，英国史密斯年，英国史密斯W.R. SmithW.R. Smith用光照在用光照在硒的表面，发现了硒的光电导效应，它开硒的表面，发现了硒的光电导效应，它开创了半导体研究和开发的先河。创了半导体研究和开发的先河。n n所谓光电导效应，是指由辐射引起被照射所谓光电导效应，是指由辐射引起被照射材料电导率改变的一种物理现象。材料电导率改变的一种物理现象。n n光电导探测器在军事和国民经济的各个领光电导探测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。域有广泛用途。n n光电导效应光电导效应是半导体材料的特有性质之二是半导体材料的特有性质之二照片光电导示意图光电导示意图4）整流效应）整流效应n n布劳恩布劳恩 K.F. Braun (18501918)K.F. Braun (18501918)，德国物，德国物理学家。理学家。n n布劳恩与马可尼共同获得布劳恩与马可尼共同获得19091909年度诺贝年度诺贝尔奖金物理学奖。尔奖金物理学奖。n n18741874年，他观察到某些硫化物的电导与年，他观察到某些硫化物的电导与所加电场的方向有关，在它两端加一个所加电场的方向有关，在它两端加一个正向电压，它是导通的；如果把电压极正向电压，它是导通的；如果把电压极性反过来，它就不导通，这就是半导体性反过来，它就不导通，这就是半导体的整流效应。的整流效应。 n n整流效应是整流效应是半导体材料的特有性质之三半导体材料的特有性质之三照片伏安特性伏安特性I 电流V 电压0正向反向5） 光生伏特效应光生伏特效应n n18761876年，英国物理学家亚当斯年，英国物理学家亚当斯(W.G. (W.G. Adams)Adams)发现晶体硒和金属接触在光照发现晶体硒和金属接触在光照射下产生了电动势，这就是半导体光生射下产生了电动势，这就是半导体光生伏打效应。伏打效应。n n光生伏特效应最重要的应用就是把太阳光生伏特效应最重要的应用就是把太阳能直接转换成电能，称为太阳能电池。能直接转换成电能，称为太阳能电池。n n19541954年美国贝尔实验室制成了世界上第年美国贝尔实验室制成了世界上第一个实用的太阳能电池，效率为一个实用的太阳能电池，效率为4%4%。n n光生伏特效应光生伏特效应是半导体材料的特有性质是半导体材料的特有性质之四之四照片光生伏特效应光生伏特效应6）霍尔效应）霍尔效应n n18791879年，霍尔年，霍尔(E.H. Hall) (E.H. Hall) 在研究通有电流的导在研究通有电流的导体在磁场中受力，发现在垂直于磁场和电流的体在磁场中受力，发现在垂直于磁场和电流的方向上产生了电动势，这个电磁效应称为方向上产生了电动势，这个电磁效应称为“ “霍霍尔效应尔效应” ”。n n“ “霍尔效应霍尔效应” ”就是为纪念霍尔而命名的。就是为纪念霍尔而命名的。n n用用“ “霍尔效应霍尔效应” ”可以测量半导体材料的载流子浓可以测量半导体材料的载流子浓度、迁移率、电阻率、霍尔系数等重要参数。度、迁移率、电阻率、霍尔系数等重要参数。 n n霍尔效应霍尔效应是半导体材料的特有性质之五是半导体材料的特有性质之五照片霍尔效应示意图霍尔效应示意图BZIxvfBP型半导体薄片：长度为L，宽度为b，厚度为 d磁场方向 (z方向）与薄片垂直，电流方向为x方向LbdfExyz半导体的五大特性半导体的五大特性n n负电阻温度系数负电阻温度系数n n光电导效应光电导效应n n整流效应整流效应n n光生伏特效应光生伏特效应n n霍尔效应霍尔效应n n在在18801880年就发现了半导体材料的五大特性，年就发现了半导体材料的五大特性，现代微电子技现代微电子技现代微电子技现代微电子技术的发展也正是依据半导体材料的五大特性术的发展也正是依据半导体材料的五大特性术的发展也正是依据半导体材料的五大特性术的发展也正是依据半导体材料的五大特性n n但在但在1919世纪，半导体科学却没有取得迅猛的发展世纪，半导体科学却没有取得迅猛的发展受到限制的主要原因受到限制的主要原因n n1. 半导体材料的不纯n n半导体材料，先进薄膜沉积技术，半导体单晶制备技术n n2. 半导体物理理论的不完善n n半导体物理学1）半导体材料方面）半导体材料方面n n当时的一个重大任务：如何制备出高纯度的半导体当时的一个重大任务：如何制备出高纯度的半导体材料以实现可控的半导体导电类型和导电能力。材料以实现可控的半导体导电类型和导电能力。n n因而促使了半导体工艺技术的发展：因而促使了半导体工艺技术的发展： 半导体提纯技术，真空感应拉制单晶，区域熔半导体提纯技术，真空感应拉制单晶，区域熔 炼等炼等n n四十年代：制备出了纯度达四十年代：制备出了纯度达9 9个个9 9和和1010个个9 9的高纯的高纯度元素半导体锗、硅单晶。度元素半导体锗、硅单晶。n nP P型半导体、型半导体、N N型半导体的制备。型半导体的制备。n n19501950年，年，R. OhlR. Ohl和肖特莱发明了离子注入工艺；和肖特莱发明了离子注入工艺；n n19561956年，年，S. FullerS. Fuller发明了扩散工艺；发明了扩散工艺； n n19601960年，年，H. LoorH. Loor和和E. CastellaniE. Castellani发明了光刻工艺发明了光刻工艺半导体体单晶生长技术半导体体单晶生长技术n n19501950年，蒂尔（年，蒂尔（G.K. TealG.K. Teal）用直拉法制备出了）用直拉法制备出了 Ge Ge单晶。单晶。n n体单晶基本上是由熔体生长法制成体单晶基本上是由熔体生长法制成n n19481948年：第一只半导体晶体管诞生，晶体管的放年：第一只半导体晶体管诞生，晶体管的放大作用的发现（贝尔实验室：肖克利，巴丁，布大作用的发现（贝尔实验室：肖克利，巴丁，布拉坦）拉坦）n n19581958年，德州仪器的基年，德州仪器的基尔比发明了第一块用尔比发明了第一块用GeGe材料制成的集成电材料制成的集成电路路n n19581958年，仙童公司的诺年，仙童公司的诺伊斯发明了第一块用伊斯发明了第一块用硅材料制成的集成电硅材料制成的集成电路路n n19601960年，年，MOSMOS场效应管场效应管n n6060年代初，人们在晶体管发展的基础上发明了集成电路，年代初，人们在晶体管发展的基础上发明了集成电路，这是半导体发展中的一次飞跃。这是半导体发展中的一次飞跃。n n它标志着半导体器件由小型化开始进入集成化时期。它标志着半导体器件由小型化开始进入集成化时期。n n所谓集成电路指的是把二极管、三极管（晶体管）以及电所谓集成电路指的是把二极管、三极管（晶体管）以及电阻、电容都制做在同一个硅芯片上，使一个片子所完成的阻、电容都制做在同一个硅芯片上，使一个片子所完成的不再是一个晶体管的放大或开关效应，而是具有一个电路不再是一个晶体管的放大或开关效应，而是具有一个电路的功能。的功能。集成电路的种类集成电路的种类n n按功能不同可分为模拟集成电路和数字集成电路两大类；按功能不同可分为模拟集成电路和数字集成电路两大类；n n集成电路按其制作工艺不同，可分为半导体集成电路、膜集成电路按其制作工艺不同，可分为半导体集成电路、膜集成电路和混合集成电路三类；集成电路和混合集成电路三类；n n器件的结构类型可以分为双极型集成电路和器件的结构类型可以分为双极型集成电路和MOSMOS集成电路集成电路n n按集成度高低不同，可分为小规模、中规模、大规模及超按集成度高低不同，可分为小规模、中规模、大规模及超大规模集成电路四类。大规模集成电路四类。 n n集成电路的集成度指单块芯片上所容纳的原件数目。集成集成电路的集成度指单块芯片上所容纳的原件数目。集成度越高，容纳的原件数目越多。度越高，容纳的原件数目越多。摩尔定律摩尔定律n n19651965年英特尔公司主要创始人摩尔提出了年英特尔公司主要创始人摩尔提出了“ “随着随着芯片上电路的复杂度提高，元件数目必将增加，芯片上电路的复杂度提高，元件数目必将增加，每个元件的成本将每年下降一半每个元件的成本将每年下降一半” ”，n n这个被称为这个被称为“ “摩尔定律摩尔定律” ”的预言成为了以后几十年的预言成为了以后几十年指导集成电路技术发展的最终法则。指导集成电路技术发展的最终法则。n n在在2020世纪世纪6060年代初，一个晶体管要年代初，一个晶体管要1010美元左右，美元左右，但随着晶体管越来越小，到一根头发丝上可以放但随着晶体管越来越小，到一根头发丝上可以放10001000个晶体管时，每个晶体管的价格只有千分之个晶体管时，每个晶体管的价格只有千分之一美分。一美分。Moore定律定律10 G1 G100 M10 M1 M100 K10 K1 K0.1 K19701980199020002010存储器容量存储器容量存储器容量存储器容量 每三年，翻两番每三年，翻两番每三年，翻两番每三年，翻两番19651965，Gordon Moore Gordon Moore 预测预测预测预测半导体芯片上的晶体管数目每两年翻两番半导体芯片上的晶体管数目每两年翻两番半导体芯片上的晶体管数目每两年翻两番半导体芯片上的晶体管数目每两年翻两番微处理器的性能微处理器的性能100 G10 GGiga100 M10 MMegaKilo19701980199020002010Peak Peak Advertised Advertised Performance Performance (PAP)(PAP)MooresMooresLawLawReal AppliedReal AppliedPerformance Performance (RAP) (RAP) 41% Growth41% Growth8080(1974)8080(1974)8086(1978)8086(1978)80286(1982)80286(1982)80386(1985)80386(1985)80486(1989)80486(1989)Pentium(1993)Pentium(1993)Pentium II (1997)Pentium II (1997)Pentium III (1999)Pentium III (1999)Pentium IV (2000)Pentium IV (2000)Pentium D (2005)Pentium D (2005)酷睿酷睿酷睿酷睿 2 2 双核双核双核双核(2006)(2006) 酷睿酷睿酷睿酷睿2 2 四核四核四核四核(2007)(2007) 特征尺寸特征尺寸n n技术上一般将晶体管的半技术上一般将晶体管的半节距作为集成电路每个技节距作为集成电路每个技术节点的检验标志，称为术节点的检验标志，称为加工特征尺寸。加工特征尺寸。n n晶体管尺寸缩小是集成电晶体管尺寸缩小是集成电路集成度增加、性能提高路集成度增加、性能提高的主要方法，但是晶体管的主要方法，但是晶体管的尺寸缩小必将有一个极的尺寸缩小必将有一个极限。限。年代年代特征尺寸特征尺寸20012001130 nm130 nm2004200490 nm90 nm2007200765 nm65 nm2010201045 nm45 nm2013201332 nm32 nm2016201622 nm22 nm2022202210 nm10 nm摩尔定律的极限摩尔定律的极限n n1. 1. 功耗的问题功耗的问题 存储器工作靠的是成千上万的电子充放电实现记存储器工作靠的是成千上万的电子充放电实现记忆的。当芯片集成度越来越高，耗电量也会越来忆的。当芯片集成度越来越高，耗电量也会越来越大，如何解决散热的问题？越大，如何解决散热的问题？n n2. 2. 掺杂原子均匀性的问题掺杂原子均匀性的问题 一个平方厘米有一亿到十亿个器件，掺杂原子一个平方厘米有一亿到十亿个器件，掺杂原子只有几十个，怎么保证在每一个器件的杂质原子只有几十个，怎么保证在每一个器件的杂质原子的分布是一模一样呢？是硅微电子技术发展遇到的分布是一模一样呢？是硅微电子技术发展遇到的又一个难题。的又一个难题。n n3. SiO3. SiO2 2层量子遂穿漏电的问题层量子遂穿漏电的问题 CMOS CMOS器件的栅极和沟道中间有一层绝缘介质器件的栅极和沟道中间有一层绝缘介质SiOSiO2 2，随着器件尺寸的减小，随着器件尺寸的减小，SiOSiO2 2的厚度也在减的厚度也在减小，当减小到几个纳米的时候，即使你加一个很小，当减小到几个纳米的时候，即使你加一个很小的电压，它就有可能被击穿或漏电，这个时候小的电压，它就有可能被击穿或漏电，这个时候沟道电流就难以控制了。量子隧穿漏电是硅微电沟道电流就难以控制了。量子隧穿漏电是硅微电子技术所遇到的另一个问题。子技术所遇到的另一个问题。n n4. 4. 量子效应的问题量子效应的问题 如果硅的尺寸达到几个纳米时，那么量子效应就如果硅的尺寸达到几个纳米时，那么量子效应就不能忽略了，现有的集成电路的工作原理就可能不能忽略了，现有的集成电路的工作原理就可能不适用了。不适用了。新的思路新的思路n n1. 1. 量子计算机量子计算机 量子计算机是基于量子效应基础上开发的，它利量子计算机是基于量子效应基础上开发的，它利用一种链状分子聚合物的特性来表示开与关的状用一种链状分子聚合物的特性来表示开与关的状态，利用激光脉冲来改变分子的状态，使信息沿态，利用激光脉冲来改变分子的状态，使信息沿着聚合物移动，从而进行运算。着聚合物移动，从而进行运算。 n n2. 2. 光子计算机光子计算机 光子计算机即全光数字计算机，以光子代替电子，光子计算机即全光数字计算机，以光子代替电子，光互连代替导线互连，光硬件代替计算机中的电光互连代替导线互连，光硬件代替计算机中的电子硬件，光运算代替电运算。子硬件，光运算代替电运算。n n3. 3. 生物计算机生物计算机 生物计算机的运算过程就是蛋白质分子与周围物生物计算机的运算过程就是蛋白质分子与周围物理化学介质的相互作用过程。计算机的转换开关理化学介质的相互作用过程。计算机的转换开关由酶来充当，而程序则在酶合成系统本身和蛋白由酶来充当，而程序则在酶合成系统本身和蛋白质的结构中极其明显地表示出来。质的结构中极其明显地表示出来。 n n4. 4. 纳米计算机纳米计算机 纳米技术研制的计算机内存芯片，其体积不过数纳米技术研制的计算机内存芯片，其体积不过数百个原子大小。纳米计算机不仅几乎不需要耗费百个原子大小。纳米计算机不仅几乎不需要耗费任何能源，而且其性能要比今天的计算机强大许任何能源，而且其性能要比今天的计算机强大许多倍。多倍。1874年年 F.Braun金属半导体接触金属半导体接触氧化铜、硒氧化铜、硒整流器、曝光计整流器、曝光计1879年年Hall效应效应K.Beadeker半导半导体中有两种不同体中有两种不同类型的电荷类型的电荷 1948年年 Shockley ，Bardeen, Brattain锗晶体管锗晶体管 (transistor)点接触式的点接触式的硅硅检波器检波器1940187019301950硅硅晶体晶体管管1955年德国西门子年德国西门子氢还原三氯硅烷法氢还原三氯硅烷法制得高纯硅制得高纯硅1950年年G.K.Teel直拉法直拉法较大的锗单晶较大的锗单晶1952年年G.K.Teel直拉法直拉法第一根硅单晶第一根硅单晶1957年年 第一颗砷化镓第一颗砷化镓单晶诞生单晶诞生196019501952年年H.Welker发现发现-族化族化合物合物 1958年年W.C.Dash无位错硅无位错硅单晶单晶1963年年 用液相外延法生长用液相外延法生长砷化镓外延层，砷化镓外延层，半导体激光器半导体激光器1963年砷化镓年砷化镓微波振荡效应微波振荡效应19701960硅外延硅外延技术技术1965年年J.B.Mullin发发明氧化硼液封明氧化硼液封直拉法砷化镓直拉法砷化镓单晶单晶半导体材料和元素周期表半导体材料和元素周期表周期周期2 2硼硼B B碳碳C C氮氮N N氧氧O O3 3铝铝AlAl硅硅SiSi磷磷P P硫硫S S4 4锌锌ZnZn镓镓GaGa锗锗GeGe砷砷AsAs硒硒SeSe5 5镉镉CdCd铟铟InIn锑锑TeTe锗的分布锗的分布n n锗在地壳中含量约为锗在地壳中含量约为210210-4-4%，但分布极为分散，常归于，但分布极为分散，常归于稀有元素；稀有元素；n n1. 1. 在煤和烟灰中；在煤和烟灰中；n n2. 2. 与金属硫化物共生；与金属硫化物共生；n n3. 3. 锗矿石锗矿石n nGeGe是半导体研究的早期样板材料，在是半导体研究的早期样板材料，在2020世纪世纪5050年代，年代，GeGe是主要的半导体电子材料是主要的半导体电子材料n n目前，目前，GeGe电子器件不到总量的电子器件不到总量的10%10%，主要转向红外光学等，主要转向红外光学等方面。方面。锗的制取锗的制取n n锗来源稀少，通常先将各种锗废料氯化成四氯化锗；n n制取的四氯化锗经过精馏，萃取等提纯n n水解生成二氧化锗；用氢气还原成高纯锗n n进一步区熔提纯成高纯锗硅的分布硅的分布n n硅在自然界分布极广，地壳中约含硅在自然界分布极广，地壳中约含27.627.6，n n在自然界中是没有游离态的硅在自然界中是没有游离态的硅n n主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在。主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在。Si单晶8英寸英寸（200mm）已实现大规模工业生产12英寸英寸（300mm）2005年全球16个工厂18英寸英寸2007年可投入生产27英寸英寸研制正在积极筹划GaAsIII-V族化合物半导体性质族化合物半导体性质（1）带隙较大带隙大于）带隙较大带隙大于1.1eV（2）直接跃迁能带结构）直接跃迁能带结构 光电转换效率高光电转换效率高（3）电子迁移率高高频、高速器件）电子迁移率高高频、高速器件GaAs电学性质电学性质n n电子的速度电子的速度n n有效质量越低，电子速有效质量越低，电子速有效质量越低，电子速有效质量越低，电子速度越快度越快度越快度越快n nGaAsGaAs中电子有效质量为中电子有效质量为中电子有效质量为中电子有效质量为自由电子的自由电子的自由电子的自由电子的1/151/15，是硅，是硅，是硅，是硅电子的电子的电子的电子的1/31/3n n用用用用GaAsGaAs制备的晶体管开制备的晶体管开制备的晶体管开制备的晶体管开关速度比硅的快关速度比硅的快关速度比硅的快关速度比硅的快3434倍倍倍倍n n高频器件，军事上应用高频器件，军事上应用高频器件，军事上应用高频器件，军事上应用GaAs光学性质光学性质n n直接带隙结构直接带隙结构n n发光效率比其它半导体材料要高得多，可发光效率比其它半导体材料要高得多，可以制备发光二极管，光电器件和半导体激以制备发光二极管，光电器件和半导体激光器等光器等砷化镓与硅元件特性比较砷化镓与硅元件特性比较砷化镓砷化镓硅硅最大频率范围最大频率范围2 2300GHz300GHz1GHz1GHz最大操作温度最大操作温度200200o oC C120120o oC C电子迁移速率电子迁移速率高高低低抗辐射性抗辐射性高高低低具光能具光能是是否否高频下使用高频下使用杂讯少杂讯少杂讯多，不易克杂讯多，不易克服服功率耗损功率耗损小小高高元件大小元件大小小小大大材料成本材料成本高高低低产品良率产品良率低低高高GaAS和和InPn n世界世界GaAsGaAs单晶的总年产量已超过单晶的总年产量已超过200200吨。吨。 - -以低位错密度生长的以低位错密度生长的2 23 3英寸的导电英寸的导电GaAsGaAs衬衬底材料为主。底材料为主。n nInPInP比比GaAsGaAs 具有更优越的高频性能，具有更优越的高频性能， 发展的速度更快；发展的速度更快； 研制直径研制直径3 3英寸以上大直径的英寸以上大直径的InP InP 单晶的关键技单晶的关键技术尚未完全突破，价格居高不下。术尚未完全突破，价格居高不下。半导体超晶格、量子阱半导体超晶格、量子阱n nGaAlAs/GaAs，GaInAs/GaAs， AlGaInP/GaAs； GaInAs/InP，AlInAs/InP， InGaAsP/InP等等GaAs、InP基晶格匹配基晶格匹配和应变补偿材料体系已发展得相当成熟。和应变补偿材料体系已发展得相当成熟。n n已成功地用来制造超高速、超高频微电子已成功地用来制造超高速、超高频微电子器件和单片集成电路。器件和单片集成电路。目前硅基材料研究的主流：目前硅基材料研究的主流：GeSi/Si应应变变层层超超晶晶格格材材料料 新新一一代移动通信。代移动通信。硅基应变异质结构材料硅基应变异质结构材料Si/GeSi MOSFET 的最高截止频率已达的最高截止频率已达200GHz，噪音在，噪音在10GHz下为下为0.9dB，其，其性能可与性能可与GaAs器件相媲美。器件相媲美。基于基于 低维新型半导体材料低维新型半导体材料 人工构造（通过能带工程实施）人工构造（通过能带工程实施） 新一代量子器件的基础新一代量子器件的基础非线性光学效应非线性光学效应量子尺寸效应量子尺寸效应量子干涉效应量子干涉效应量子隧穿效应量子隧穿效应一维量子线、零维量子点一维量子线、零维量子点 高频大功率、耐高温、抗辐射半导体微电子高频大功率、耐高温、抗辐射半导体微电子 器件和电路的理想材料器件和电路的理想材料 通信、汽车、航空、航天、石油开采及国防通信、汽车、航空、航天、石油开采及国防SiC、GaN 和金刚石薄膜等材料的特点和金刚石薄膜等材料的特点 高热导率高热导率 高电子饱和漂移速度高电子饱和漂移速度 大临界击穿电压大临界击穿电压宽带隙半导体材料宽带隙半导体材料半导体物理学半导体物理学n n半导体物理学就是研究半导体材料的基本性质半导体物理学就是研究半导体材料的基本性质（光，电，磁，热等）一门基础学科，它所阐明（光，电，磁，热等）一门基础学科，它所阐明的半导体材料的各种基本效应，为半导体器件的的半导体材料的各种基本效应，为半导体器件的发展开阔了广泛的应用领域。发展开阔了广泛的应用领域。n n半导体物理学是半导体器件工作的物理基础。半导体物理学是半导体器件工作的物理基础。