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  • 加速发展我国化合物半导体技术
    http://www.ic72.com 发布时间:2007/4/29 10:34:30
    近年来,移动电话、因特网、电子邮件、LAN(Local Area Network,局域网)等爆炸性的普及,使人们深切地感受到21世纪多媒体信息社会的序幕已经拉开。多媒体信息社会已靠近我们身边。
      应用于移动通信、通信卫星、放送卫星等通信系统对准微波、微波的需求在不断地扩大,而传送的大容量化、超高速化以及汽车自动防撞雷达等新的需求,使毫米波的技术开发也非常盛行。这些技术进步的核心就是飞跃发展的化合物半导体技术与硅(Si)技术的结合,当频率大于10GHz(微波)后,只有化合物半导体器件才可以胜任。化合物半导体器件按结构和用途可以简单地分为:超高速电子器件、光电器件、量子器件。
      化合物半导体器件中最有代表性、最能完美地显示异质结结构特点的超高速器件是高电子迁移率晶体管HEMT(High Electron Mobility/Transistor)和异质结双极晶体管HBT(Heterojunction Bipolar Transistor)。HEMT不仅可获得超高频、超高速,还具有低的高频噪声。HEMT是平面结构,而HBT是非平面结构,工艺上比HEMT难度大。
      国内化合物半导体技术发展尚需努力
      我国的Si器件、IC等以及用它们制作的整机,早已形成规模并已打入国际市场,无论是理论研究还是技术水平,不久就可以同世界发达国家如美、日相接轨。但化合物半导体技术的情况就显得有些单薄了。不过,我国已经形成了一支化合物半导体技术的队伍,培养了一些这方面的知名专家。
      中科院半导体所、物理所,中科院上海冶金研究所等已能生长3英寸、性能良好的GaAs基片,2英寸InP基片的生长技术也日趋成熟,现在正在生长3英寸片。另外,中科院半导体所已生长出性能良好的GeSi基片、SiC基片、GaN基片,并能满足国内器件研究和小批量生产的需要。
      在电子器件制作方面,近十几年来,信息产业部南京55所、石家庄13所等研究机构,都制作出了HEMT等器件。因为HBT工艺复杂,材料生长也比较麻烦,这方面的研究比HEMT要少一些。
      在光电器件方面,清华大学电子工程系集成光电子国家重点实验室等单位已经制作出了各种结构的激光器件和其它化合物光电器件。
      上述器件中有一些已经按照整机厂的要求,小批量投入使用。可以说我国化合物半导体技术的发展有了长足的进步。它的重要性和必然性正被人们逐步认识。
      但是,目前国内化合物半导体技术与发达国家相比还有一定的差距,其原因可能有以下几点:
      一、社会上对化合物半导体技术的重要性和必然性认识不足;
      二、对化合物技术发展的近期、中期、长期规划考虑不足;
      三、从事化合物半导体技术研发的单位少,缺少大企业强有力地介入与支持;
      四、国家对化合物半导体技术的投资力度远远不够;
      五、缺乏一流的研究人才;
      六、缺乏对化合物半导体基础理论的研究;
      七、化合物半导体技术从材料、器件到应用,水平都跟不上发展的需要;
      八、现有的布局形成不了生产能力,无法进入市场。
      值得借鉴的日本半导体技术发展模式
      相比之下,日本半导体技术的发展模式应有不少值得我们借鉴的地方。
      日本半导体技术的发展往往采用以下模式:
      ①制定世界水准的近期、中期、远期规划,一般每5年、10年就有一个大的目标,如“家庭网络”、“第三、四代手机”、“ITS系统”等等;
      ②在总体规划制定的同时,也制定相关的子规划。方向性、基础性的关键器件,提前5—10年做技术准备。如从上一世纪80年代就开始研究HBT、HEMT的相关技术,而InP基材料及InP基器件早在上一世纪90年代就有相当数量的实验室进行这方面的研究。而化合物量子器件的基石——量子阱、量子线、量子点,在上一世纪的90年代初就投入了大量的人力、物力、财力进行技术准备。这样才能确保整机目标按时、按期实现,并为整机很快走向市场打下强有力的基础。
      ③大学实验室和大公司研究机构相结合。
      ④目标明确、组织落实、经费到位。如单电子器件(SED)就有总目标和分课题,并有总负责人和分课题带头人。各分课题参加的单位和人员具体、到位。各研究阶段的时间划分、任务要求明确具体,经费分配切实到位。
      ⑤严格执行分阶段考核制度。这是保证规划能按时、按预先要求完成的办法。一般阶段检查每年两次,方式有发表论文、论文讲评或交流研究报告。不论哪一种都与阶段要求密切结合。遇到技术上的困难或经费上的困难,由分课题负责人协调解决。
      ⑥投资力度向有应用业绩的单位倾斜。和国内一样,每到大规划制定之前有关单位就要写出各种论证报告,但能否幸运地拿到大课题,既不看“面子”,也不看研究资历,而是看你在这方面所作的应用业绩和论文水平。一旦拿到课题,经费就给足给够。
      日本半导体发展中有几次意义重大的“大战役”:首先是Si单晶的生长;然后是计算器大战,战到世界计算器市场几乎全被日本所占领;接下来就是微机的逻辑电路和存储器,最后使日本成为半导体微观世界的强国。日本人自己认为,日本经济的发展和国力的强大得力于电子技术。日本战后经济的飞速膨胀,一条重要原因就是电子立国。每个国家的发展模式应当由各自的国情来决定。但是,外国的好经验、人类共同的智慧结晶,我们都应该接受并结合本国的国情,变为自己的东西,为自己国家的发展服务。
      化合物半导体器件朝高频高速发展
      随着现代通讯技术的高速发展,对器件的频率和速度的要求将会越来越高。显然,数十GHz的频率已不能满足发展的需求,数百GHz、甚至THz和高功率的要求将会越来越迫切。从实用化的观点来看,搞清通信器件工作不稳定、性能时间性的量化原因是非常必要的。今后提高器件的频率一方面要从尺寸的缩短、寻找新的小尺寸的制作方法入手,如目前美国贝尔实验室就利用高分子物质的特点,不用常规的昂贵的电子束、离子束来曝光,已经可以做出几nm的构造来;另一方面,提高电子迁移率(开发性能优良的新化合物材料)也能达到这样的目标。人们还渴求着从器件的工作原理出发,研究出新的工作机理,以在频率的提高上能有较大的突破。
      电子器件和量子器件优良的电性能和新机能,促进了各类整机的发展;反过来整机性能的新要求和普及,又促进了器件的发展和性能的提高。它们就是这样的相互推动,将人类带入更高的文明。
      新材料、新工艺、新原理,信息通信的多样化、大容量、超高速,将信息技术推向了一个更高的水平。21世纪在量子计算机、量子情报通信理论等方面将会有一个划时代的突破,使多媒体信息社会更加丰富多彩。《中国电子报》2001.10.26 文/谢永桂



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