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半导体材料发展前景范文1
关键词：电子功能材料；应用前景；创新
1 电子功能材料概述
1.1 半导体材料
半导体材料的限定性质是它可以掺杂以可控的方式改变其电子特性的杂质。它们在计算机和光伏工业中有着广泛应用，诸如晶体管、激光器和太阳能的器件，寻找新的半导体材料和改进现有材料是材料科学的重要研究领域。最常用的半导体材料是结晶无机固体。这些材料根据其构成原子的周期表组分类。不同的半导体材料的性质不同。因此，与硅相比，化合物半导体具有优点和缺点。例如，砷化镓（GaAs）具有比硅高6倍的电子迁移率，这允许更快的操作、更宽的带隙、允许功率器件在较高温度下工作，并在室温下为低功率器件提供较低的热噪声，其比硅的间接带隙更有利的光电性质，它可以与三元和四元组合物合金化，具有可调节的带隙宽度，允许在所选波长下发光，并且允匹配光纤损耗最小的波长。GaAs也可以半绝缘形式生长，其适合用作GaAs器件的晶格匹配绝缘衬底。相反，硅坚固、便宜、易于加工，而GaAs是脆性和昂贵的，绝缘层不能通过生长氧化层而产生，因此，仅在硅不足的情况下使用GaAs。
1.2 介电材料
主要用于制造电容器。要求材料的电阻率高，介电常量大。种类很多，重要的有金红石（TiO2）瓷，含二氧化钛的复合氧化物陶瓷，如钛酸}、钛酸镁、钛酸钡等。云母具有层状结构，易剥离成薄片，适于用作叠层型电容器。六方氮化硼耐高温、导热系数大，是理想的高温导热绝缘材料。白宝石（α-Al2O3）、尖晶石（MgO・Al2O3）等可作电子器件的衬底材料，可在它上面生长单晶硅膜。沉积的绝缘子和电介质在多年来在半导体微电路的开发和制造过程中发挥了重要作用。它们的主要功能是用于隔离电路元件，用作存储电容器的材料，掩蔽或吸收痕量杂质，掩蔽氧气和掺杂物扩散，钝化和保护器件表面，绝缘双层导体线，以及逐渐缩小或平坦化设备。
1.3 磁性材料
永磁体是由被磁化的材料制成的物体并产生其自身的持续磁场。一个日常的例子是用于在冰箱门上的冰箱磁铁。可被磁化的材料也被称为铁磁性或亚铁磁性。这些包括铁、镍、钴、稀土金属的一些合金以及一些天然存在的矿物如石灰石。虽然铁磁和亚铁磁材料是唯一被吸引到磁体的强度足以被普遍认为是磁性的，但所有其它物质通过几种其他类型的磁性之一对磁场作用较弱。铁磁材料包括磁性软材料，如退火磁铁可以磁化，但不易于保持磁化。永久磁铁由硬铁磁材料制成，例如铝镍钴合金和铁氧体，在制造过程中在强磁场中进行特殊加工以对齐其内部微晶结构，使其非常难以退磁。为了使饱和磁体去磁，必须施加一定的磁场，该阈值取决于各材料的矫顽力。硬材料具有高矫顽力，而软材料具有低矫顽力。
2 电子功能材料的应用
2.1 电子功能陶瓷
电子陶瓷或称电子工业用陶瓷，它在化学成分、微观结构和机电性能上，均与一般的电力用陶瓷有着本质的区别。这些区别是电子工业对电子陶瓷所提出的一系列特殊技术要求而形成的，其中最重要的是须具有高的机械强度，耐高温高湿，抗辐射，介质常数在很宽的范围内变化。喷雾干燥的氧化锌陶瓷颗粒可以在宏观上被看作是由混合氧化物，有机添加剂和颗粒内孔组成的附聚物。通过干压制造的压块绿色特性在很大程度上取决于输入颗粒的特性。添加到浆料中的粘合剂、增塑剂、抗絮凝剂和剂形式的有机添加剂在制备具有所需性能如流动性、可压缩性、生坯强度和密度等的粉末中是关键的。已经有几种商业胶乳粘合剂及其共混物研究和比较用于加工氧化锌变阻器粉末的增塑聚乙烯醇。已经发现通过这种新的粘合剂体系可以实现具有改进特性的粉末。具有含有固体含量的标准百分比的胶乳粘合剂的浆料的较低粘度表明增加固体含量的可能性，从而提高喷雾干燥器的效率。
2.2 高精度传感器
目前常用的高精度传感器是激光传感器，其精度主要取决于光的单色性的好坏。激光是最理想的光源，它比以往最好的单色光源（氪-86灯）还纯10万倍。因此激光测长的量程大、精度高。由光学原理可知单色光的最大可测长度L与波长λ和谱线宽度δ之间的关系是L=λ/δ。用氪-86灯可测最大长度为38.5厘米，对于较长物体就需分段测量而使精度降低。若用氦氖气体激光器，则最大可测几十公里。一般测量数米之内的长度，其精度可达0.1微米。
2.3 液晶显示材料
液晶（LC）是在常规液体与固体晶体之间具有特性的状态下的物质。例如，液晶可以像液体一样流动，但其分子可以以类似晶体的方式取向。存在许多不同类型的液晶相，其可以通过其不同的光学性质（例如双折射）来区分。当在显微镜下使用偏振光源观察时，不同的液晶相将看起来具有不同的纹理。纹理中的对比区域对应于液晶分子在不同方向上取向的区域。然而，在一个领域内，分子是有序的。LC材料可能不总是处于液晶相（正如水可能变成冰或蒸汽一样）。液晶可以分为热致沸性，溶致性和金属相。热致溶性和溶致液晶主要由有机分子组成，尽管也有几种矿物质。随着温度的变化，热致变色液晶显示出向液相的相变。溶剂型LC在溶剂（通常是水）中表现出液晶分子的温度和浓度的函数的相变。金属同位素LC由有机和无机分子组成；它们的液晶转变不仅取决于温度和浓度，还取决于无机-有机组成比。
3 电子功能材料的发展前景
我国在新型稀土永磁、生物医用、生态环境材料、催化材料与技术等领域加强了专利保护。但是，我们应该看到，我国功能材料的创新性研究不够，申报的专利数，尤其是具有原创性的国际专利数与我国的地位远不相称。我国功能材料在系统集成方面也存在不足，有待改进和发展。
参考文献
[1]我国新一代信息功能材料及器件技术发展成果显著[J].科技促进发展，2015（02）.
[2]李平舟.电子陶瓷材料及产品与技术解读[J].现代技术陶瓷，2015（03）.
半导体材料发展前景范文2
【关键词】半导体制冷;半导体制冷风扇;动力电池箱;热管理
1.引言
为了推进绿色能源能发展，国家正在大力发展纯电动汽车项目，电动汽车充换电站所用的电池箱是该项目运行中的必不可少的设备，它们的安全与稳定运行也是纯电动客车安全可靠供电的基础，因此电池成组技术的研究成为电池箱安全与稳定运行的前提。
电池管理系统的设计是电池模块成组技术的核心，而电池热管理方式又是电池管理系统设计的一个重要组成部分，电池箱温度过高或过低都会对其性能及寿命产生影响，考虑到电池实际使用时一般工作在放电状态下，当工况条件苛刻时，电池可能会大倍率放电，此时会产生大量热量，因此电池的散热管理相对而言更为重要，动力电池箱目前最常用的散热管理方式是强制风冷散热，但是强制风冷散热的缺陷是温度的不可控性和只能给电池箱散热不能加热的单一性，为突破现有热管理方式的局限性，本文设计了半导体制冷风扇在动力电池箱中的应用模型，提出了半导体制冷风扇的制冷及制热双向控制的策略。
2.半导体制冷的原理及基本计算公式
半导体制冷又称热电制冷，主要是塞贝克效应的逆效应珀耳帖效应在制冷技术方面的应用，是一种新型的制冷方式。
图1为热电制冷原理示意图，当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料连成电偶对，在电路中接上直流电源，就会发生能量的转移。位于上面的结点1，电流方向由N至P，温度降低，并且从外界吸收热量，成为冷端。位于下面的结点2，电流方向由P至N，温度升高，并且向外界释放热量，成为热端。
对热电堆的热端采用有效的散热方式，使其产生的热量不断的被散出，并且保持一定的温度，把热电堆的冷端放到需要制冷的环境中，吸收环境中的热量，达到降温的目的，这就是半导体制冷的基本原理[1-5]。
设冷端温度为Tc，热端温度为Th，冷热端温差为ΔT=Th-Tc，冷端从外界吸取的热量（即制冷量）为Qc，热端向外放出的热量（即散热量）为Qh，热电偶输入功率为N，电路中电流为I。假设PN型半导体材料侧面为绝热，并可忽略汤姆逊热及接触电阻的影响，温差电动势α（μV/K）、电导率σ（1/（Ω・cm））、热导率k（W（cm・K））和汤姆逊系数τ参数与温度无关，则根据热力学分析和拍尔巾占效应，制冷器从热端散出的热量Qh应等于从冷端吸入的热量Qc和外界输入的电功率N之和。
半导体制冷电堆的基本计算公式如表1所列[6]。
表1 半导体制冷电堆的基本计算公式
制冷量QC
散热量Qh +
功耗N
输入电压U
制冷系数ε
3.半导体制冷风扇的设计
3.1 半导体制冷风扇的基本结构
半导体制冷风扇主要包括热电堆、冷热端散热器、风扇、基板和直流电源等部件组成，强迫通风散热半导体制冷风扇的基本结构如图2所示。
半导体制冷风扇工作时，电池箱内空气与热电堆冷端散热器利用箱体内风扇进行对流换热，箱体内部的余热被冷端散热器吸收，热量经热电制冷效应移至热端，箱体外部空气与热电堆热端散热器通过外部风扇进行对流换热，将热量散到环境中去，使热电堆的热端温度恒定，从而达到制冷的目的。
3.2 半导体制冷风扇的特点
半导体制冷风扇与传统的强制风冷散热相比具有以下优点：
（1）热惯性非常小，制冷制热很快;
（2）直流供电，电流方向转换方便，可实现制冷和制热双向控制;
（3）强制风冷最多可将电池箱内空气温度将至外部环境温度，而半导体制冷可以将温度调至高于或低于外部环境温度;
（4）能量调节性能好，可以通过改变工作电压或电流即可，容易实现高精度的温度控制[9]。
半导体制冷风扇与传统的强制风冷散热相比的缺点如下：
（1）自身转换效率比较低，会增加电池箱辅助电源的功耗;
（2）加工制造工艺比较复杂，导致成本可能会比单一的强制风冷高一些。
图3 半导体制冷风扇的应用环境实物图
3.3 半导体制冷风扇的应用环境设计
动力电池箱主要由电池箱体、电池管理系统、单体电池和固定托架组成，其中电池箱体包括机箱、面板、盖板、推拉机构、定位套、蓄电池模组挡板与压条、通风栅板与滤网、熔断器盒等组成，其中半导体制冷风扇安装在电池箱背面的两侧。如图3所示，两个风机的位置即为半导体制冷风扇热端风扇，每个半导体制冷风扇的功耗约为75W。
改进后的电池箱采用全密封形式，考虑到半导体制冷时，电池箱内空气会冷凝，在散热片靠近制冷端处产生水珠，在箱体内部设置一个专门收集水珠的小水盒，可以通过电池管理系统检测水位，定期进行检察和维护，这样的设计不仅提高了原有的IP防护等级，而且可以起到电池箱内除湿的双重功效。
3.4 半导体制冷风扇的双向控制策略
电池箱内的电池管理系统提供半导体制冷风扇的直流输入可调电源，温度传感器实时采集各个温度布点的温度，上送至电池管理系统。
在电池充放电过程中，电池产生大量热量，使得密闭的电池箱内温度逐渐升高，当温度采样值达到温度报警阈值时，电池管理系统输出正向直流电压，开启半导体制冷模式，制冷端作为冷源吸收热量，并通过风扇将冷风送出，电池箱内会形成冷热空气循环气流直到整个空间内实现热平衡，吸收的热量通过热端散热片及外部风扇排到电池箱外部环境中，达到电池箱内降温的目的。
相反，当电池箱内温度低于电池正常工作所需温度时，电池管理系统向半导体制冷风扇提供反相直流电压，开启半导体制热模式，上述的制冷端变为制热端，制热端作为热源释放热量，并通过风扇将热风送至电池箱内，冷端通过外部环境吸收热量，最终达到电池箱内电池加热的目的。
4.系统试验数据验证
为了验证半导体制冷风扇在电池箱热管理系统中应用的可行性，分别在电池箱静置、不同电流充电和不同电流充电时，对其制热和制冷情况进行测试了验证，数据结果如下所述。
4.1 静置状态下电池箱内温升情况（制热）
如图4所示，T1-T5为分布在电池箱内部不同部位的温度探头采样的温度，不用电池管理系统，强制开启半导体制热模式，测试共进行60min，从图中可以看出电池箱内温度大概在开启半导体制冷风扇20min左右时趋于平稳，由开始的25℃左右稳定至50℃左右。
4.2 静置状态下电池箱内温升情况（制冷）
如图5所示，T1-T5为分布在电池箱内部不同部位的温度探头采样的温度，不用电池管理系统，强制开启半导体制冷模式，测试共进行60min， 从图中可以看出电池箱内温度大概在开启半导体制冷风扇20min左右时趋于平稳，由开始的25℃左右稳定至13℃左右。
4.3 充电状态下电池箱内温升情况（不启动制冷）
如图6所示，T1-T5为分布在电池箱内部不同部位的温度探头采样的温度，以60A电流对电池进行恒流充电，测试共进行60min，从图中可以看出电池箱内温度由开始的25℃左右升至50℃左右。
4.4 充电状态下电池箱内温升情况（制冷）
如图7所示，T1-T5为分布在电池箱内部不同部位的温度探头采样的温度，以60A电流对电池进行恒流充电，使用电池管理系统智能控制半导体风扇直流输入工作电压，设定电池工作温度范围为20℃-30℃，测试共进行60min，从图7中可以看出电池箱内温度由开始的25℃左右上升至30℃左右时，智能开启制冷，使温度控制在20℃-30℃之间。
5.结果分析
从上述试验数据可以看出，半导体制冷风扇对电池箱热管理，无论是制冷还是制热，都起到了很明显的作用，特别是在电池管理系统的智能控制下，半导体制冷风扇在短时间内将电池箱内部温度始终控制在所设温度范围内。
制冷和制热试验数据验证了半导体制冷风扇的双向控制策略的正确性，也证实了半导体制冷风扇在纯电动客车BPA11系列快换电池箱中的可行性和有效性。
6.结语
本文设计了用半导体制冷风扇代替原有强制风冷的热管理系统的电池箱，通过对半导体制冷风扇在电池箱热管理系统中应用讨论及试验数据表明，在优化目前电池箱热管理系统方面，半导体制冷制热模式可以替代原有电池箱的强制风冷模式和加热模式。
从国内外对半导体制冷研究的现状看半导体制冷技术远没有成熟，目前也尚有一些制约因素受到关切，例如热电材料的制取、制冷系数和温度控制精度的提高等等。但是半导体制冷作为一种新兴发展起来的制冷技术，是一种具有良好发展前景的制冷方式[7]。
参考文献
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半导体材料发展前景范文3
【关键词】气敏材料 传感器 气敏陶瓷
【基金项目】陕西省自然科学基金（2014JQ1022）;陕西省教育厅自然科学专项研究计划（11JK0555，14JK1676）;西安邮电大学青年教师基金项目（ZL2013-36），陕西省西安邮电大学教改项目（JGC201230）。
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）08-0240-01
一、引言
在当下这个科技飞速发展的时代，人们日常生活中出现了诸多高科技新型材料，给人们的生活带来了翻天覆地的变化。气敏材料便是其中之一。由于气敏材料具有广泛的应用前景，引起了材料科学家的关注[1-3]
气敏材料是一种新型的功能材料，当其接触特定的气体物质时，这些材料的物理或化学性质将发生较为显著的变化[3-7]。利用这些变化，人们可以通过这类敏感材料来检测特定的气体成分。气敏材料一般为多孔材料，使得气体极容易渗透，因此也可以用来制成测定氧分压的传感器。近几年气敏材料在传感器上的广泛应用使人们逐步了解了气敏材料的相关特性以及发展前景[3]。此外，与生物嗅觉相比，气敏材料的检测灵敏度非常高。
二、气敏材料的概述
（一） 气敏材料的定义
气敏材料是一种新的功能材料。不同类型的气敏材料会对某种或某几种气体十分敏感，表现出材料物理或化学属性的显著改变。例如，有一类气敏材料的电阻阻值会随着气体的浓度呈现规律性的变化。利用这种属性，将电阻的变化转化为电信号并放大，就可制成气敏传感器[2]。目前此类传感器已在诸多领域投入使用。现实中的气敏材料通常由多种组分组成，这是因为在研发该类材料的过程中，材料科学家通常会添加掺杂剂，改良其性能[8]。
（二）气敏材料的特点
首先，气敏材料会与气体物质发生作用，将气敏材料放在不同的气体环境里面会有不同的特性。其次，由于气体极容易渗透，便于改良，透气性很好。当气敏材料与被测气体接触后，气体分子会逐渐聚积在气敏材料的显微空里，进而导致气敏材料相应的性质的变化[3，4]。最后，检测灵敏度高。气敏材料的检测灵敏度较生物嗅觉高，被科研人员称为“电子鼻”。
（三）气敏材料目前存在的问题
现在的气敏材料研究已经进入了一个全新的阶段，但是推广应用方面还存在着诸多困难。首先，制备方法和掺杂方式的不同对气敏材料的性质有极大的影响。现在最多应用到的是化学共沉淀和溶胶―凝胶法来制得相应气敏材料，并没有针对不同的材料来选择合适的制备方法[7] 。其次，现在主要研究检测的气体大多为还原性气体和氧化性气体，挥发性气体主要是乙醇和丙酮，而对于其他的气体，特别是一些有毒气体，则没有用于检测的气敏材料[2]。此外，一些气敏材料在工作时温度高，选择性较低，如何合理地添加掺杂剂是以后应该深入研究的课题[8]。气敏材料的特性也有可能会受到其他因素影响，例如电极的影响，研究发现，Au电极纳米晶氧化锌传感器的响应时间、敏感性、稳定性都要比Ag电极的纳米晶氧化锌传感器要好。目前，气敏材料的研究趋势包含有：首先，在大量的实验基础上，开展了各种气敏材料的气敏机理方面的研究。其次，为了提高材料的性能以及寻找全新的材料，有了更多的交叉科学的研究。最后，更多应用研究正逐步放眼实际生活问题，研制短、小、轻、薄的气敏器件，以便为我们的生活提供更多的便利[1，2]。
三、气敏材料的发展趋势
（一） 纳米气敏材料
纳米材料技术作为一门新兴的学科，受到了各国科学家的热切关注，发展异常迅速。纳米技术的发展对人们生活和生产方式，都产生了深远影响。其研究成果如今已经应用到了我们生活中的很多方面，运用纳米科技研制出的纳米气敏器件便是其中之一。通过纳米技术，可以研制出具有较大的表面积和界面的气敏材料，改良气敏材料表面的介孔结构，从而使其表现出了更好的气敏特性。通过纳米科技可以解决某些气敏材料稳定性差、吸附能力弱等问题，极大改善了气敏材料的性能[5]。纳米科技使气敏材料的研究进入了全新的时代。
（二） 气敏陶瓷
气敏陶瓷，是陶瓷材料的一种，一般用二氧化锡等材料经压制烧结而成。气敏陶瓷又称为气敏半导体，属于是一类对气体敏感的半导体材料[4，6]。对气敏陶瓷的研究始于科学家发现Cu2O的电导率随水蒸气吸附而改变的现象。日、美等国首先对SnO2、ZnO半导体陶瓷气敏元件进行实用性研究，在薄膜气敏材料方面取得了突破。而过去的10余年，由于薄膜生长技术的革新，以及现代社会对易燃、易爆、有毒气体的检测、控制提出了越来越高的要求，促进了各种气敏陶瓷的发展[2，6]。
（三）展望
可以推测，气敏材料未来的发展将主要是与纳米科技相结合，应用纳米技术研发性能更为优良的气敏材料。气敏材料有着广阔的应用前景，如有毒气体的检测等等。快速准确的检测有毒、有害气体可以有效保护大家的生命财产安全，但是如何研制可用于不同有毒气体检测的气敏材料将是复杂而艰巨的问题。其次，纳米气敏材料的应用已扩展到社会生活的各个领域，作为控制应用也是一个很重要发展方面。例如自动空气洁净机，可以有效控制受污染的气体流动至我们的生活空间;烘烤机，根据气体的温度等有效控制电源，以防止食物被烤焦。
此外，全球环境污染的问题也促进了气敏材料的发展，为人们有一个健康舒适的生活环境，检测空气污染就显得尤其重要，寻找到可量产的针对大气污染物的气敏材料也就显得十分重要，这也成为了气敏材料科学研究的新热点。
参考文献：
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半导体材料发展前景范文4
关键词：多晶硅 多晶硅产业 制约因素 对策建议
近几年来，由于传统能源价格上升迅速和全球变暖的原因，太阳能光伏产业发展呈现出迅猛发展的局面，与此同时作为其上游的多晶硅市场更是表现活跃，其价格一路上涨。但是由于我国的多晶硅产业起步较晚，并且国外还一直在多晶硅领域实施技术封锁，在其发展过程中存在着种种因素制约着多晶硅企业的发展。以下，我们对多晶硅做了简单的介绍，并且分析了其发展过程中存在的制约因素，详情如下。
一、多晶硅的概念与用途
当熔融的单质硅凝固时，硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，若这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，便形成了多晶硅，以上便是多晶硅的定义。若按纯度分类，可将多晶硅分为冶金级（金属硅）、太阳能级和电子级。多晶硅产品的主要用途分为以下几个方面：（1）做成太阳能电池，将辐射能转换为电能；（2）高纯度的晶体硅是主要的半导体材料；（3）多晶硅茶品也是金属陶瓷、宇宙航行的重要材料；（4）最新的现代通信手段―光导纤维通信所使用的光导纤维也由多晶硅产品制成；（5）组成性能优异的硅有机化合物。
二、多晶硅的发展前景
中国是世界上能源最为短缺的国家，不仅能源储备不足，更令人震惊的是石油和天然气存储量也仅仅只能维持30年，所以开发可在生能源是实现可持续发展的必然选择，而多晶硅作为开发太阳能产业的基础材料，前景非常可观。
三、我国多晶硅产业存在的问题
同国际的多晶硅产业相比，我国的多晶硅生产企业在产业化方面的差距主要体现在以下几个方面：
1.发展盲目无序
2008年底，全国共有16个省区市投资建设34个多晶硅项目，投资总额超过1000亿元，对于多晶硅产业的投资处于盲目过热的状态。经调查统计，我国的工业硅、多晶硅的产量增长速度与硅产量的市场增长率差距15%，生产与市场的发展严重失调。如果盲目投资，多晶硅产量大幅度增加，造成供过于求的局面，可能会导致多晶硅产业的无序竞争。
2.产能低，供需矛盾突出
我国太阳能用单晶硅企业的开工率和半导体用单晶硅企业的开工率分别为30%～40%和60%，无法实现满负荷生产，并且多晶硅技术和多晶硅市场仍被美、日和德国的几个主要的生产厂商所掌握与控制，严重制约着我国多晶硅产业的发展。
3.我国多晶硅总体生产规模小
经研究发现多晶硅的生产最小经济规模和最佳经济规模分别为1000t/a和1500t/a，而我国现阶段的多晶硅生产企业离此规模仍有很大的距离，其对于多晶硅项目的投资大约都在1000～1500t/a，存在着低水平重复建设的隐忧。
4.工艺设备落后
多晶硅产品的物料消耗和电力消耗过大，我国的多晶硅生产物耗、能耗高出国际水平一倍以上，产品成本缺乏竞争力。如今，我国的多晶硅项目大多数均是引进俄罗斯生产技术，但这些生产技术并不是世界一流技术，在这种情况下即使我国的多晶硅项目按时投产，一旦世界的多晶硅供需平衡，我国多晶硅产业可能就会因为缺乏竞争力，陷入困境。
5.副产物的综合回收处理技术不成熟
多晶硅在生产过程中产生的副产物主要包括四氯化硅、二氯氢硅会让三氯氢硅。其中四氯化硅属于酸性腐蚀品，对眼睛和上呼吸道具有强烈的刺激作用，一旦与皮肤接触可能会引起组织坏死，属于危险物质。随着国内外多晶硅市场需求的高速增长，副产物的处理问题将会更加突出，而这也关系到行业的生存与发展。若对于这些副产物处理不当，则大规模多晶硅产业将难以维持，同时也会对多晶硅行业的节能减排，清洁生产造成威胁。
四、实现产业发展的政策建议
1.制定产业准入条件，规范产业发展
多晶硅产业若想要赢得长久的发展，与政府的支持和规范是分不开的。制定统一的准入条件，是对多晶硅产业无序化建设的有效控制方法，其不但可以促进多晶硅产业的科学发展，还有利于国民经济的平稳发展。
2.优化产业布局，扶持优势企业发展
由于企业对于多晶硅产业盲目投资、多晶硅产业布局混乱，导致多晶硅市场波动，不利于多晶硅产业的发展，在此种情况下，优化多晶硅产业的布局，扶持优势企业的发展，是促进该产业健康发展的一条捷径。
3.加强国际合作与交流，提升我国多晶硅产业的竞争力
与国际企业间的合作与交流主要在以下几个方面进行：
3.1加强与国际企业间的技术合作，通过互相交流，不但可以降低我国多晶硅的生产成本，还有利于提高多晶硅产品的纯度和稳定性，更有助于打破多晶硅生产技术的垄断。
3.2加强与国企业间的科研合作，通过科研合作，不但可以解决多晶硅生产过程中的技术和环境问题，还能够提升产品的质量。
3.3加强与国际企业间的投资合作，通过投资合作，不但有助于多晶硅产业发展的贸易化，并且引进外资还可以解决某些资金短缺的企业发展问题，是实现把多晶硅产品打入国际市场以及利润的最大化的有效方法。
五、结语
近几年来，我国的多晶硅产业的发扎已经取得了明显的进步，我国如今已将建设了许多家多晶硅大型企业，其发展前景很广阔，但是同时也存在着许多问题，制约着多晶硅产业的发展。若想使我国的多晶硅产业取得良好发展，我们应该从根本上改善我国的硅质材料产业和阳能产业的现状，从而有助于发展整个多晶硅产业链的高端市场。
参考文献
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半导体材料发展前景范文5
（嘉兴学院机电工程学院，浙江 嘉兴 314001）
基金项目：国家级大学生创新创业训练计划项目（201310354009）；浙江省钱江人才资助项目（QJD1302007）。
作者简介：胡慧（1994.02—），女，汉族，安徽安庆人，嘉兴学院学生，专业为材料成型及控制工程。
通讯作者：鹿业波（1983—），男，山东莱芜人，工学博士，嘉兴学院机电工程学院，讲师，研究方向为金属微纳米材料的制备与评估。
0 前言
半导体技术和微电子技术是电子信息产业的核心技术，然而相对于国外微电子技术的发展[1]，国内半导体器件产品制造的固有质量和应用可靠性仍有待提高，尤其在温度、电流密度等条件频繁变化的环境下故障率较高[2]。集成电路的稳定及可靠性是指在规定条件下，电路完成指定任务的能力，通常称其为使用寿命。当集成电路的工作条件或者工作环境超出其额定值时，器件将无法正常工作，进而影响到整个系统的工作稳定性。通常工作温度被认为是影响集成电路寿命的重要因素，该领域已有较多的研究报道。另一方面，当集成电路在频繁开/关过程中，电路中焦耳热会引起的温度循环变化，这对集成电路寿命也会产生不可忽视的影响[3]。D. Gerth等人[4]对集成电路中的铝膜进行了研究，发现了铝膜上小丘的生长，并分析了相应机理，取得了有益的进展。欧阳斯可等人[5]采用微波等离子体加热方法对金属薄膜进行热处理，但此类研究都是仅以恒温加热作为研究方法，忽视了快速冷热循环变化对薄膜材料影响的研究。日本的Shien Ri 和 Masumi Saka[6]制作了能够实现温度快速变化的装置，但设计复杂、制作成本较高，且操作难度较大。目前通用的高温加热炉加热速率低，不能实现快速冷热循环。因此，针对半导体材料发展研究的需要，本文设计了一种能够实现快速冷热循环的试验装置。
1 总体结构设计
利用陶瓷加热片作为加热源，将陶瓷加热片安装固定于快速升降位移机构之上。通过伺服电机的驱动，使快速移动台带动加热片实现上下往复运动，进而使金属薄膜材料的环境温度发生快速冷热循环的变化，从而达到试验目的。快速冷热循环试验装置如图1所示，由快速移动台、伸出臂、试验台、温度控制器、水泵等几部分组成。该装置通过操作软件的控制实现快速移动台的上下移动速度、循环次数、停留时间等；温度控制器实时检测控制加热片温度；通过水泵、热排等组成的冷却系统保证承载试验台表面温度在非加热状态时始终维持在室温；温度控制器实时显示试验台温度以保证冷却系统的可靠性。
2 加热系统的设计
加热系统是该装置设计的重要部分，其组成包括伸出臂、温度控制器、陶瓷加热片、快速移动台等（如图1所示），电路接线示意图如图2所示，工作原理为：温度控制器与陶瓷加热片相连接，通过控制器的控制作用使陶瓷加热片稳定于某一设定温度，当伸出臂上的加热片靠近试验台上的金属薄膜材料时，金属薄膜材料受热温度升高。
加热系统中，伸出臂要承受力的载荷，同时受高温的影响，通过校核计算设计采用304不锈钢作为伸出臂材料，以保证伸出臂的平稳性。伸出臂的规格为178×50×3.5mm，上面加工出槽用于放置陶瓷加热片，温度控制器的传感器导线采用正方体铁块固定；陶瓷加热片作为加热系统中的直接加热体，属脆性材料，规格为48×26×2mm，额定电压和功率分别为220V、242W，以保证试验中规格较小的加热体能达到200~300℃的高温，为考虑安全性，加热片用小片长方形钢条压盖，通过螺栓连接固定于伸出臂铣出的槽内；在钢条与加热片之间加入了弹簧机构，以固定传感器探头，同时避免加热片在加热过程中因钢板的压迫而爆裂；温度控制器通过控制BT稳压装置来实现温度的可靠控制；快速移动台利用滚珠丝杠传动来实现，将伺服电机的圆周运动转变为滑台的直线运动，其软件系统是MPC08系统，移动台最大行程为600mm，最大速率可达50mm/s。
3 冷却系统的设计
冷却系统的组成包括试验台、温度控制器、水泵、冷却液等部分，工作原理为：当位移机构开始上升时，陶瓷加热片随之远离试验台，试验台上的试样迅速冷却，为加快试样冷却速度，保证仪器的冷却效果，设计的试验台增设冷却循环系统。该系统通过水管连接各个冷却装置，使冷却液在其中快速流动从而达到较好的冷却效果。
系统中,试验台应具有良好的导热性，以保证试样在冷却状态下可以尽量与室温一致，同时避免试样温度的累积。本装置设计采用导热性较好的铜作为试验台材料，并将试验台上的冷却液进出口设计为宝塔型，使之能紧密的与水管相接，避免冷却液的渗漏，利用工字钢和长方形钢条固定试验台于导柱上；循环泵规格为1206型12伏45瓦直流微型水泵；温度控制器作用仅显示试验台表面的温度。
4 仪器测试分析
集成电路承受的温度一般为80℃左右，超过该极限温度就易导致电子产品出现故障。快速冷热循环装置可在一定范围内任意设置加热温度，通过控制伸出臂的位置，可实现试验台上金属薄膜材料温度变化，以达到不同试验的要求。
装置搭建完成后，本文对加热效果进行了检测分析，利用移动台驱动伺服电机使加热片靠近/远离试验台表面，并借助传感器及温度控制器，初步检测记录了试验台表面的加热温度的相关数据，如图3所示。加热片与试验台最短距离控制在10mm左右，此时，陶瓷加热片温度为250℃，试验台表面温度113℃（能量损失主要在于空气流通），随着加热片与试验台距离的增大，试验台表面温度迅速降低，当间距达到100mm时，其表面温度进入稳定状态，此时可认为试验台降至室温。综合考虑行程运行速度、安全等因素，设置试验中最大行程为120mm。
通过此装置对铝膜进行了初步的冷热循环试验，试验结果表明快速冷热循环会使铝膜表面出现大量的小丘。在之前的研究中[7]，经过恒温加热的试样表面出现小丘较少，因此，在加热时间和加热温度相同的条件下，快速冷热对试样的破坏性更大。
目前温度快速变化对半导体材料影响研究的相关报道较少，主要原因在于测试仪器的缺乏，本仪器的设计及制作为相关研究提供了可行性，将促进对半导体电路材料失效机理的研究。
5 结语
本文设计制作了一种快速冷热循环仪，进行了应用试验，并取得预期成果。实验过程中，该系统加热稳定，温度变化迅速，能够有效地控制试验循环次数。该试验仪器不仅可应用于Al薄膜的测试研究，还可用于研究性能要求较高的其它金属薄膜材料，如Ag、Cu等材料，通过研究温度变化对薄膜材料的影响，可改善其在半导体电路中的应用，推进半导体电子行业的发展。
参考文献
［1］V. Yu. Kireev, A. S. Rapid Thermal Processing: A New Step Forward in Microelectronics Technologies[J]. Russian Microelectronics, 2001,30(4):225-235.
［2］许居衍.我国半导体工业发展前景分析[J].半导体技术,1995,95(5):1-8.
［3］詹郁生,郑学仁.集成电路金属互连焦耳热效应的测试与修正[J].华南理工大学学报:自然科学版,2004,32(5):34-37.
［4］D. Gerth, D. Katzer, M. Krohn D. Study of the thermal behaviour of thin aluminium alloy films[J]. Thin Solid Films, 1992,208(1):67-75.
［5］欧阳斯可,汪涛,戴永兵,等.微波等离子加热实现金属薄膜固相反应[J].新技术新工艺,2004(6):36-38.
［6］S. Ri, M. Saka. Diffusion–fatigue interaction effect on hillock formation in aluminum thin films under thermal cycle testing[J]. Materials Letters, 2012,79(15):139-141.
半导体材料发展前景范文6
料的应用十分广泛，小到灯泡、电池、手机、服装，大到机械设备、楼宇住房、交通工具、宇宙飞船、航空母舰，对国家和百姓须臾不可缺少。
随着科学技术的不断进步，出现了在性能和功能上与传统材料有所不同的新型材料，如碳纤维材料、半导体照明材料、稀土功能材料、纳米材料、超导材料等。
有专家表示，中国是材料大国，但不是材料强国；欲谋强者之地位，必推新材料。
作为七大战略性新兴产业之一，新材料越来越受到政府的重视和市场的追捧。新材料体现着一个国家科技和工业发展的水平，具有基础和先导作用，也是长期以来制约我国制造业发展和节能减排目标实现的瓶颈，对于支撑战略性新兴产业发展，促进传统产业转型升级，保障国家重大工程建设，具有重要战略意义。
分享万亿产业盛宴
新材料“十二五”规划提出，到2015年，我国新材料产业总产值达2万亿，年均增长率25%。到2020年，新材料产业将成为国民经济的先导产业。
中国材料研究学会咨询部主任唐见茂教授对本刊记者说，“新材料产业从‘十五’到‘十一五’期间，年均增长率都保持在10%以上，有的测算结果甚至达到20%，但目前还没有官方的权威数据，说明我国的新材料产业发展很快，保持着强劲的发展势头。去年《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》以后，为新材料产业带来了前所未有的机遇，未来五年新材料将迎来一个全新的发展时期。”
按照《规划》，未来五年，我国将打造10个销售收入超过150亿元的新材料综合龙头企业；培育20个销售收入超过50亿元的新材料专业性骨干企业；建成若干年产值超过300亿元的新材料产业基地和产业集群。
工信部对新材料的解释是，指已经形成的或正在发展的具有传统材料所不具有的特殊性能和特殊功能的材料。各省市在界定新材料概念和产业时根据本地特色又有所差异。例如江苏省是这样认定的，新材料是指新近发展的或正在研发的、性能超群的材料，具有比传统材料更为优异的性能，满足下列条件之一的材料：一是新出现或正在发展的具有传统材料所不具备的优异性能的材料；二是高技术发展需要，具有特殊性能的材料；三是由于采用新技术（工艺、装备），使新材料性能比原有性能明显提高，或出现新的功能的材料。
新材料在学界被分为金属材料、无机非金属材料、有机非金属材料、复合材料四种；而在新材料“十二五”规划中被细分为特种金属功能材料、高端金属结构材料、先进高分子材料、新型无机非金属材料、高性能复合材料、前沿新材料六大类。
据了解，特种金属功能材料包括稀土功能材料、稀有金属功能材料、半导体材料等；高端金属结构材料包括高性能钢铁、新型轻合金等；先进高分子材料包括特种橡胶、工程塑料、功能性膜材料、高性能氟硅材料、高端涂料等；新型无机非金属材料包括先进陶瓷、特种玻璃、新型碳材料等；高性能复合材料包括树脂基复合材料、碳/碳复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料以及碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维等高性能增强纤维；前沿新材料包括纳米材料、生物材料、智能材料、超导材料等。
关注六大投资重点
参与《规划》审定的中国材料研究学会咨询部主任唐见茂教授指出，“十二五”时期，新材料产业有六大发展重点和投资亮点，分别是特殊钢材料、新型轻合金材料、稀土功能材料、碳纤维复合材料、电子信息材料、半导体照明材料。另外还有纳米、超导等前沿基础材料，虽然没有形成产业化应用，但必须提前谋划和推进，要抢占未来科技和产业的制高点。
高品质特殊钢和高强新型轻合金等高性能结构材料，主要满足核电、航空航天、城市轨道交通、高速铁路、海工、特高压电网、汽车轻量化以及其他国民经济的重大工程需求。目前与西方发达国家差距比较大。
五矿证券认为，高端钢铁以特钢为主，包括不锈钢、工具钢、模具钢和高速钢为代表的高端产品，目前国内产能占比仅5%，是未来钢铁行业升级的主要方向。其中，中原特钢、西宁特钢、大冶特钢各具优势。
新型金属合金中，钛、镁合金受益航空工业和汽车工业的快速发展，将成为“十二五”期间最有潜力的合金材料，宝钛股份、云海金属等上市公司将受益。另外，上海交通大学在镁合金研发方面具有一定优势。
我国稀土资源非常丰富，稀土被称之为工业的“维生素”，也被誉为21世纪新材料的“宠儿”。应用遍及航天、航空、汽车、机械、电子、医学、电力等13个领域的40多个行业。
“中国是世界上最大的稀土生产和消费国，形成了集资源开发、冶炼加工、新材料应用等于一体的较为完整的稀土产业体系，但仍存在着高端应用研发滞后、资源利用率不高、应用产业规模和水平偏低等问题。” 工信部原料司司长陈燕海在2011稀土新材料应用交流会上表示，中央财政将加大在稀土科研、应用产业发展、高端制造等方面的支持力度，进一步发挥稀土资源优势。
唐见茂指出，稀土功能材料是一个市场热点，未来五年重点发展稀土永磁、稀土发光，稀土储能，我国稀土永磁中的钕铁硼位居世界前列，但高端的产品和自主创新的能力有待进一步提高。我国已出台了稀土的准入制度，对稀土产业进一步规范，“十二五”期间，国家还要加大稀土产业结构调整力度。
据报道，未来5年，科技部将划拨总额3.5亿元的扶持资金，用于重点支持稀土材料的应用研发。目前，稀土永磁市场规模最大。业内人士指出，稀土永磁需求继续看涨，电动汽车达到百万辆后永磁材料需求将达万吨以上，综合来看磁性材料平均增速在20%以上。代表公司有包钢稀土、中科三环、安泰科技、宁波韵升、银河磁体。
碳纤维在我国经过了40年的发展，目前技术水平与国外相比还有比较大的差距。它体现了一个国家材料工业发展的水平，也体现了一个国家的综合科技实力，它是一种全新概念的新材料，也是一种具有前沿技术和产业效益的新材料。
唐见茂对记者说，“碳材料从有机高分子材料转变而来，优势是轻质高强，主要用机结构，比铝合金还减重20%～40%，节能效果好，体现着巨大的经济效益。美国波音787梦想飞机50%的结构都采用碳纤维复合材料，燃油量可以减少20%。”
据了解，碳纤维是含碳量高于90%的无机高分子纤维。碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制成，其中，以聚丙烯腈为原料的碳纤维占市场份额75%。
华创证券分析报告指出，世界碳纤维需求每年将以大约13%的速度增长，前景看好。据不完全统计，目前在建或计划建设规模较大的碳纤维项目包括中钢吉炭江城碳纤维、蓝星碳纤维、中油吉化碳纤维等项目。从事碳纤维生产的上市公司有中钢吉炭、金发科技等。
“十二五”末期，电子信息材料行业总产值将达到2500亿元，较“十一五”基础上增长50%以上。高端电子材料将占全行业产品的40%至50%，国产材料配套能力提高到40%至50%，将重点发展半导体材料、储能材料、光电子材料及新型元器件材料。
唐见茂指出，“电子信息材料，近二三十年以高纯硅材料为主，因特尔准备弃用正在使用的第三代硅材料，而采用一种新的金属材料制造芯片，通俗地讲，以后的芯片是金属而不是沙子。金属材料做芯片比硅材料有许多优点，可以克服大规模集成电路的散热问题，提高运算速度，达到每秒几十亿次以上。电子信息材料发展前景广阔。”
据悉，电子信息材料与国外差距较大，自给率不足50%。相关上市公司有超声电子、拓日新能、生益科技、乾照光电等。
半导体照明材料是重要的新型功能材料之一，这个行业的发展对于发展中国的低碳照明、节能环保有着十分重要的意义。目前，半导体照明材料中发展最快的是LED。
“LED行业目前在整个市场上的渗透率仅有5%~7%。未来十年，整个LED产业链，有可能形成5000亿~10000亿元的市场规模。”华中科技大学教授、LED封装技术专家刘胜表示，“半导体照明材料是LED产业的基石，这可能给GDP增加1至2个百分点，这样的产业优先发展是具有极强战略意义的。”
唐见茂也指出，“这种材料的应用潜力也是不可限量的，节能效果明显，使用寿命较长，目前最大的制约因素是成本问题，一些核心技术没有完全突破。产业链的上游环节功率型芯片80%依赖国外进口，中下游应用产品发展很快。”
数据显示，我国半导体照明生产企业超过3000家，其中70%集中于下游产业，且技术水平和产品质量参差不齐。比较有发展潜力的公司有佛山照明、阳光照明等。
除了以上六个重要发展领域，为应对老龄化社会挑战的生物医用材料、落实节能环保任务要求的绿色建筑材料和动力电池材料也将获得大力支持。
破解两个突出问题
新材料虽然排在七大战略性新兴产业第六位，并不能说它不重要。“什么东西都离不开新材料。”中国材料研究学会咨询部主任唐见茂表示。
据统计，全国有30个省市将新材料纳入了战略性新兴产业。不管是经济发达地区，还是资源丰富地区纷纷上马新项目。许多业内人士对此表达了担忧，现在的重复建设已经露头，各地都在圈地建产业园，拉项目，照此下去，几年之后又会出现诸如汽车、多晶硅等产能过剩问题。
唐见茂对本刊记者说，我国的新材料产业主要面临两大挑战，“一是自主创新能力不足，虽然我国新材料的创新水平逐年在提高，发展很快，一些新材料的技术不断在突破，关键新材料产品的自给率在上升，新材料产业和企业规模在不断扩大，但与发达国家相比还有较大差距，企业的创新主体地位没有形成，一些关键技术和产品还依赖进口，跟踪、仿制的比较多，进口装备的技术消化、吸收还要加强。二是产业结构不合理，重复建设、恶性竞争比较严重，企业规模小，实力弱，比较分散。”
同样，在资本市场，新材料概念的炒作不断升级，市场上相对充裕的资金进入该行业对其发展确实带来了利好，但过多的资本进入难免会堆砌泡沫，对市场产生负面影响，中投顾问高级研究员贺在华指出。
很多地方官员也表示，社会资本热情很高，现在的问题不在于找不来钱，而在于进行合理的规划设计，保证产业发展的高度。
9月6日，工业和信息化部部长苗圩在第一届中国国际新材料产业博览会致辞中指出，新材料产业发展要遵循以下原则：一是坚持市场导向。紧紧围绕国民经济和社会发展重大需求，充分发挥市场配置资源的基础性作用，加强规划政策引导和体制机制创新，加大新材料推广应用和市场培育。二是强化创新驱动。加大原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新力度，充分利用全球创新资源，努力突破制约新材料发展的核心技术和关键装备，着力提高新材料自主创新能力。三是突出发展重点。加快发展科技含量高、产业基础好、市场潜力大的关键新材料，选择最有可能率先突破和做大做强的领域予以重点推进，支持有条件的地区率先发展。四是加强协调推进。坚持产学研用一体化发展和军民融合式发展，加强与下游产业相衔接，在原材料工业改造提升中不断催生新材料，带动材料工业升级换代。五是注重节能环保。高度重视新材料研发、制备和使用全过程的环境友好性，走低碳环保、节能高效、循环安全的可持续发展道路。
唐见茂表示，新材料产业要做强做优，必须双管齐下，从自主创新能力和产业结构调整上下功夫，提高自主创新水平和关键产品的自给率，构建独立自主的创新体系，和完整的产业体系，满足国家重大工程和国民经济的发展需求。
对于如何提高我国新材料的创新能力，他指出，首先国家的产业体制要改革，真正形成产学研一体化，建立创新成果转化和产业化运用机制。其次要鼓励、支持大型企业和龙头企业重视研发投入，提高创新水平。国外的跨国公司和骨干企业是创新主体，如波音、杜邦、因特尔，自己都有一套有效的创新机制。我国大多数企业的创新机制还不健全，企业税负过重，研发的投入很少，不到5%。第三加强人才特别是领军人才的培养，要改革人才培养模式和科研体制，领军人才应该亲临科研第一线。第四营造良好的创新氛围和环境，提供更多的创新创业机会，使真正有才华和成果的人才脱颖而出。