雜談第三代、第五代半導體

清華大學王志華教授|王志華|Wang Zhihua|

2022-07-11 19:46:01 33

半導體，通常是IV族元素組成的材料，比如IVA族的元素硅、鍺。但是并不是全部第IV族的元素都有*的半導體電特性。能用來做電子器件的通常是鍺和硅。支撐今天的信息社會的信息處理器件（集成電路）的材料是硅，其主流加工工藝是平面工藝。

人們一直試圖研究新材料，改善半導體特性。比如試圖利用第III族元素鎵（導體）+第V族元素砷（非導體）結合，整出某種具有第IV族元素（半導體）特性的材料，因此就有了化合物半導體。也存在將同屬于第IV族的不同元素（比如碳+硅）化合的新材料，也成為化合物半導體。主要用來實現某些是高壓、大功率、以及部分高頻器件。

化合物半導體經過多年不同材料的嘗試，有了“*代化合物半導體、第二代化合物半導體、第三代化合物半導體”的說法，但是這些化合物半導體材料，只是不同的嘗試，不是逐代替代前一代的演變。在不同元素的嘗試過程中，其中文的譯名也與化學元素的第III族元素、第V族元素混在了一起。出現了現在忽悠投資人的第三代、第五代半導體。讓外行人覺得第三代、第五代半導體材料將來要替代傳統的硅半導體材料。

特別要說明的是這里的“第三代半導體、第五代半導體”，與集成電路所采用的的主流的硅材料、主流的平面硅工藝技術沒有任何關系。過去、現在、以及可預見的未來，主流的信息處理器件，只能是硅材料及平面加工工藝。

過去70多年來，半導體技術進步的的主要驅動力有二，一是性能、二是成本。就成本來講，單個晶體管的價格已經從1950年代的50美元降低到今天的十億分之一美元。單個晶體管的價格已經低至單粒大米的萬分之一。信息*的基礎設施就是靠如此價格低廉的器件支持著。在可以預見的未來，支撐信息*的這種材料、工藝是不可替代的。任何關于信息處理器件及材料的改變，都看不到替代硅材料和平面工藝的跡象。

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