回顧那些年我們追過的半導體熱門技術之材料篇

　　作為一個單身狗，我沒有值得回顧我追過的女孩。但作為一個半導體人，我們卻有著值得回味的那些年追過的半導體熱門技術，今天我們先看看有哪些熱門材料。

　　材料篇

　　量子點LED

　　量子點（QuantumDot，QD），一種全新概念的納米級半導體發光粒子，1981年被發現。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，未來還將有更多體系組成將被開發出來。

　　量子點是量子點LED（QLED）發光的基本材料。發光形式有兩種：一是采用在GaN基LED中作為光轉換層，有效吸收藍光發射出波長在可見光范圍內精確可調的各色光；二是采用其電致發光形式，將其涂敷于薄膜電極之間而發光，實現QLED發光。

　　作為照明用的量子點LED（QLED）優點有三處：

　　1.能發射出全光譜，即涵蓋整個可見光和紅外光區；

　　2.它們能局限量子發光性質，并釋放出較小頻寬的色光，發射出的波長半寬度在20nm以下，因而呈現出更加飽和的光色；

　　3.量子效率可達90%，以后還將會有更高的提升空間。

　　隨著量子點制備技術的提高，尤其是量子點技術的光譜隨尺寸可調、斯托克斯位移大、發光效率高、發光穩定性好等一系列獨特的光學性能，使其更成為近年來研究的焦點，并取得了重大進展。

　　石墨烯

　　石墨烯是一種二維晶體，人們常見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。當把石墨片剝成單層之后，這種只有一個碳原子厚度的單層就是石墨烯。

　　自從石墨烯在2003年被發現以來，研究者發現它具有優異的強度、導熱性和導電性。最后一種性質使得這種材料非常適合用來制作電路中的微小接觸點，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，具有很好的彈性，可以被無限拉伸，拉伸幅度能達到自身尺寸的20%，可抵抗很大的壓力，而且具有非同尋常的導熱性和導電性，被稱之為“奇跡材料”。

　　SiC

　　SiC是在熱、化學、機械方面都非常穩定的化合物半導體，對于功率元器件來說的重要參數都非常優異。作為元件，具有優于Si半導體的低阻值，可以高速工作，高溫工作，能夠大幅度削減從電力傳輸到實際設備的各種功率轉換過程中的能量損耗。

　　GaN

　　鎵是地球上存在的一種貴金屬材料，大約排名第十左右，中國儲量全球第一。作為三代半導體材料當家花旦的氮化鎵,近二十年來，由于LED照明產業的發展推動，已成為三代半導體材料中的核心材料，在光電子方向LED從無到有，快速發展，直至現在發展到千億美元的規模，是一個新材料開發推動社會變革的典范。

　　氮化鎵GaN和碳化硅同屬于第三代半導體材料。為了區別于氮化鎵已經形成的LED產業，在產業中有人用第三代半導體指代除LED之外的第三代半導體材料應用。除了，氮化鎵和碳化硅，第三代半導體材料還包含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，這意味著開關過程的反向恢復時間可忽略不計，因而表現出低損耗并提供高開關頻率，而低損耗加上寬帶寬器件的高結溫特性，可降低散熱量，高開關頻率可減少濾波器和無源器件如變壓器、電容、電感等的使用，最終減小系統尺寸和重量，提升功率密度，有助于設計人員實現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，更易于商業化和具備廣泛采用的潛力。

　　納米碳復合材料

　　隨著世界范圍內汽車數量的快速增加，汽車行業的碳排放對環境的影響已經引起人們的擔憂，而提高交通系統的運營效率有望減少汽車對環境的影響。利用納米碳纖維技術生產的新型復合材料正在汽車制造領域顯示出潛力，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題。另一個同樣重要的問題是如何改善乘客安全。為了增強新型復合材料的強度與韌性，業界正在碳纖維和周圍的聚合物基之間構建納米界面，比如會使用碳納米管，以改善錨固性能。在發生意外事故時，這些材料能夠在不發生撕裂的情形下吸收并分散沖擊力，從而更好地保護車內駕乘人員。

　　第三個挑戰是碳纖維復合材料的可循環利用性。這個問題曾阻礙了該項技術的大規模應用，但目前已快要找到解決方案。相應的技術方案包括將可分解的“釋放點”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，復合材料各成分也可以單獨回收并實現循環再利用。上述三方面如果全部實現，則有望大規模生產輕量化、超級安全和復合材料可再利用的汽車，從而對行業和環境產生重大的影響。

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