中國戰略性新興產業--新材料(第三代半導體材料)

第1章 概論1
1.1第三代半導體材料的概念和發展歷程1
1.1.1第三代半導體材料的概念1
1.1.2第三代半導體材料的發展歷程2
1.2第三代半導體材料的結構性質及應用5
1.2.1Ⅲ族氮化物半導體材料的結構性質及應用5
1.2.2SiC半導體材料的結構性質及應用6
1.2.3寬禁帶氧化物半導體材料的結構性質及應用6
1.2.4半導體金剛石材料的結構性質及應用7
1.3第三代半導體材料的應用前景展望8
1.3.1Ⅲ族氮化物半導體材料的應用前景8
1.3.2SiC半導體材料的應用前景9
1.3.3寬禁帶氧化物半導體材料的應用前景9
1.3.4半導體金剛石材料的應用前景10
參考文獻11

第2章 Ⅲ族氮化物半導體材料12
2.1Ⅲ族氮化物半導體材料的基本性質13
2.1.1Ⅲ族氮化物半導體材料的晶體結構13
2.1.2Ⅲ族氮化物半導體材料的能帶結構14
2.1.3Ⅲ族氮化物半導體材料的基本物理性質14
2.1.4Ⅲ族氮化物半導體材料的極化特性16
2.2Ⅲ族氮化物半導體材料的製備技術18
2.2.1藍寶石異質襯底技術18
2.2.2Ⅲ族氮化物同質襯底製備技術21
2.2.3氮化鎵（GaN）和氮化鋁（AlN）襯底材料32
2.2.4金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）外延生長方法46
2.2.5分子束外延（MBE）生長方法51
2.2.6氮化銦（InN）和銦鎵氮（InGaN）外延生長54
2.2.7氮化鋁(AlN)和鋁鎵氮（AlGaN）外延生長62
2.2.8矽（Si）襯底上GaN的外延生長65
2.3Ⅲ族氮化物光電子器件及應用70
2.3.1藍光、白光發光二極體（LED）及其半導體照明應用70
2.3.2藍綠光雷射器（LD）及其應用76
2.3.3紫外光LED及其應用83
2.3.4紫外光雷射器及其應用87
2.3.5紫外光電探測器及其應用92
2.4Ⅲ族氮化物電子器件及應用96
2.4.1GaN基異質結構中二維電子氣的電學性質96
2.4.2微波功率電子器件及其應用98
2.4.3電力電子器件及其應用101
2.5國內外Ⅲ族氮化物材料產業發展現狀及趨勢104
2.5.1GaN基LED照明材料產業104
2.5.2GaN基微波半導體材料與器件產業107
2.5.3GaN基電力電子器件及材料產業109
參考文獻111

第3章 SiC半導體材料118
3.1SiC半導體材料的基本性質118
3.1.1SiC的晶體結構118
3.1.2SiC半導體材料的基本性質120
3.1.3SiC單晶材料的研究進展121
3.2SiC半導體材料的製備技術125
3.2.1SiC單晶生長技術125
3.2.2SiC單晶襯底加工技術137
3.2.3SiC化學氣相沉積法（CVD）外延生長技術140
3.3SiC半導體器件及相關應用154
3.3.1功率半導體器件及其應用154
3.3.2SiC紫外光電探測器及其應用159
3.3.3SiC高溫感測器及其應用162
3.4國內外SiC半導體材料產業發展現狀及趨勢165
3.4.1SiC半導體材料產業的市場165
3.4.2SiC襯底的產業現狀和發展趨勢167
3.4.3SiC分立器件的產業現狀和發展趨勢169
3.4.4SiC功率模組的產業現狀和發展趨勢170
參考文獻171

第4章 寬禁帶氧化物半導體材料176
4.1引言176
4.1.1氧化物半導體材料的基本概況176
4.1.2氧化物半導體材料的基本問題176
4.1.3氧化物半導體材料的整體發展狀況177
4.2氧化鋅（ZnO）半導體材料及器件181
4.2.1ZnO的晶體結構與基本性質181
4.2.2ZnO材料製備194
4.2.3ZnO半導體器件應用及研究進展200
4.3銦鎵鋅氧(IGZO)透明氧化物材料及器件205
4.3.1IGZO薄膜材料的結構與性質205
4.3.2IGZO薄膜的製備技術206
4.3.3IGZO薄膜電晶體（TFT）器件製備及其性質208
4.3.4IGZO TFT器件的電學穩定性209
4.3.5IGZO TFT器件的顯示技術應用211
4.4氧化鎵（β-Ga2O3）材料及器件212
4.4.1β-Ga2O3晶體的結構和基本性質212
4.4.2β-Ga2O3晶體的主要生長方法213
4.4.3β-Ga2O3晶體在透明導電氧化物薄膜方面的應用214
4.4.4β-Ga2O3晶體在日盲紫外探測器及氣體感測器方面的應用215
4.4.5β-Ga2O3晶體在功率電子器件方面的應用216
4.5鈣鈦礦材料及器件217
4.5.1鈣鈦礦材料晶體結構217
4.5.2鈣鈦礦材料及其發光特性219
4.5.3鈣鈦礦型太陽能電池及其發展動態224
4.5.4鈣鈦礦材料電學特性和器件應用231
4.6寬禁帶氧化物半導體材料的應用展望232
4.6.1寬禁帶氧化物半導體的近期應用233
4.6.2寬禁帶氧化物半導體的預期應用234
4.6.3寬禁帶氧化物半導體的潛在應用236
參考文獻237

第5章 半導體金剛石材料247
5.1半導體金剛石材料的基本性質247
5.1.1金剛石晶體概述248
5.1.2金剛石的基本性質253
5.2半導體金剛石材料的製備技術259
5.2.1高壓高溫法（HPHT）259
5.2.2CVD法260
5.2.3微波等離子體法261
5.2.4單晶金剛石襯底的製備264
5.2.5單晶金剛石薄膜同質外延267
5.2.6單晶金剛石薄膜異質外延267
5.2.7多晶金剛石薄膜的生長271
5.2.8金剛石的摻雜與接觸273
5.3半導體金剛石器件及相關應用277
5.3.1金剛石基電子器件277
5.3.2金剛石基發光器件282
5.3.3金剛石基探測器和感測器285
5.4半導體金剛石材料的產業現狀與發展趨勢290
5.4.1半導體金剛石材料的產業現狀290
5.4.2半導體金剛石材料的產業發展趨勢290
參考文獻292

第6章 第三代半導體材料光電應用——半導體照明298
6.1半導體照明概述298
6.1.1產業鏈環節及產品299
6.1.2產業鏈關鍵技術300
6.2半導體照明產業發展現狀與趨勢301
6.2.1國際發展態勢301
6.2.2中國發展態勢305
6.2.3半導體照明未來發展趨勢311
6.2.4新型行業組織發展模式探索312
6.3中國半導體照明產業競爭格局及面臨形勢317
6.3.1半導體照明產業發展競爭格局重塑317
6.3.2中國半導體照明產業發展面臨的形勢319
6.4中國半導體照明產業發展對策建議319
6.4.1圍繞應用需求進行系統佈局，加大對技術創新的研發投入319
6.4.2探索協同、開放的體制機制，構建以企業為主體的創新體系320
6.4.3支援發展“眾創空間”，為創業創新搭建新平臺320
6.4.4積極參與“一帶一路”，加強國際產業合作320
6.4.5加強市場監管，優化產業生態環境320
參考文獻321

第7章 我國第三代半導體材料產業的戰略意義及發展戰略322
7.1我國第三代半導體材料產業的戰略意義322
7.1.1搶佔技術制高點，掌握國際競爭主導權322
7.1.2支撐節能減排，轉變經濟發展方式323
7.1.3引領資訊器件產業變革，構建高性能資訊網路325
7.1.4保衛國家資訊安全，提升國防建設水準326
7.2我國第三代半導體材料產業的發展戰略327
7.2.1組織關鍵技術的攻關327
7.2.2推動需求導向的創新應用329
7.2.3促進公共研發及服務平臺建設330
7.2.4產業生態環境與可持續發展能力建設331