半導體應用領域與材料特點

一、半導體應用領域

半導體廣泛應用于集成電路、消費電子、通信系統、光伏發電、照明應用、大功率電源轉換等多個領域。

1. 光伏應用

半導體材料的光生伏特效應是太陽能電池運行的核心原理。當前，光伏應用已經成為全球增長最快、發展最好的清潔能源市場。太陽能電池的主要材料是半導體，光電轉化率是評估太陽能電池性能的關鍵指標，轉化率越高，電池效率越高。依據所用半導體材料的不同，太陽能電池可分為晶體硅太陽能電池、薄膜電池及III-V族化合物電池。

2. 照明應用

LED（發光二極管）是基于半導體晶體管的半導體光源。LED技術使得光源體積小、平面封裝、低發熱、節能高效、壽命長、反應快、綠色環保。LED已廣泛應用于交通指示燈、電子產品背光源、城市夜景美化光源、室內照明等領域，成為新一代優質照明光源。

3. 大功率電源轉換

在電器使用中，交流電與直流電的相互轉換至關重要。碳化硅（SiC）因其高擊穿電壓、寬禁帶、高熱導性，非常適用于高功率密度和高開關頻率的場合，如深井鉆探、發電設備逆變器、電動汽車能量轉換器、輕軌列車牽引動力轉換等。SiC將逐步取代硅（Si），成為應用最廣泛的半導體材料。

二、常見的半導體材料特點

常見的半導體材料包括硅（Si）、鍺（Ge）、砷化鎵（GaAs）等化合物半導體，以及摻雜的硼（B）、磷（P）、錮（In）、銻（Sb）等。其中，硅是最常用的半導體材料。

1. 導電能力

半導體的導電能力介于導體和絕緣體之間，受光和熱刺激時，其導電能力顯著變化。在純凈半導體中加入微量雜質，其導電能力會大幅增強。

2. 分類

根據化學組成，半導體材料可分為元素半導體、無機化合物半導體、有機化合物半導體、非晶態與液態半導體。

一個國際科研團隊首次研制出含巨大分子的有機半導體材料，結構穩定、電學性能優越且成本低廉，可用于制造現代電子設備中的場效應晶體管。此項研究有望實現人造皮膚、智能繃帶、柔性顯示屏、智能擋風玻璃、可穿戴電子設備和電子墻紙等技術。

在當前市場上，電子產品昂貴主要是因為電視、電腦、手機等設備都使用硅制造，成本較高。而基于碳的有機電子產品不僅制造方便、成本低廉，還輕便柔韌，可彎曲，代表著未來電子設備無處不在的趨勢。

以前研究表明，碳結構越大，其性能越優異，但制造大規模、穩定、可溶解的碳結構一直是個難題。最新的研究突破了這一瓶頸，研制出新型有機半導體材料，有望廣泛應用于電子設備的制造。