半导体材料发展历程、性质、材料体系与应用领域

# 半导体材料
- 发展历程
  - 里程碑事件
    - 1833年: 法拉第发现半导体现象
    - 1947年: 晶体管发明
      - 引入电流放大
      - 取代真空管
    - 2000s: 宽禁带半导体崛起
      - 应用于高功率器件
  - 技术演进
    - 硅基时代(1950s)
      - 集成电路技术发展
      - 替代传统材料
    - 化合物半导体(1960s)
      - 发展高频器件
      - 促进光电子学
    - 新型材料(21世纪)
      - 持续开拓新颖材料
      - 硅基外延发展
- 基本性质
  - 晶体结构
    - 金刚石型(Si/Ge)
      - 形成方式: 化学气相沉积
    - 闪锌矿型(GaAs)
      - 优异光电性能
  - 能带理论
    - 禁带宽度
      - 硅: 1.12eV
      - 锗: 0.66eV
    - 直接/间接带隙
      - 直接带隙材料: GaAs
      - 间接带隙材料: Si
  - 关键特性
    - 电学性能
      - 掺杂控制(n型/p型)
        - 不同掺杂元素效果
      - 霍尔效应测试
        - 导电性质评估
    - 光电特性
      - 光伏效应(太阳能电池)
        - efficiency提升
      - 发光特性(LED)
        - 色彩和效能改进
      - 光电导效应(传感器)
        - 应用于环境监测
- 材料体系
  - 元素半导体
    - 硅(Si)
      - 制备工艺: 西门子法(99.9999%)
      - 应用: 集成电路/太阳能电池
    - 锗(Ge)
      - 特性: 红外透过性
      - 应用: 光纤掺杂
  - 化合物半导体
    - III-V族(GaAs/GaN)
      - 高频器件(5G基站)
      - 功率电子(EV充电)
        - 适应动态负载
    - 宽禁带材料
      - SiC(电动汽车逆变器)
        - 处理高电压
      - β-Ga₂O₃(8kV高压器件)
        - 提升设备耐压性
  - 新型材料
    - 有机半导体(OLED柔性屏)
      - 显示技术进步
    - 量子点(QLED显示)
      - 色域增强
    - 固溶体(SiGe高频器件)
      - 提升工作频率
- 应用领域
  - 电子信息
    - 集成电路(5nm工艺)
      - 纳米技术突破
    - 光通信(25Gbps)
      - 带宽提升
  - 能源电力
    - 光伏(PERC电池效率24%)
      - 清洁能源技术
    - 功率器件(SiC模块)
      - 效率优化
  - 传感医疗
    - MEMS传感器(压力/气体)
      - 精确的环境测量
    - 生物成像(量子点标记)
      - 提升成像质量
- 前沿方向
  - 宽禁带半导体
    - GaN-on-Diamond(6G射频)
      - 提升热管理
    - 8英寸SiC晶圆量产
      - 降低生产成本
  - 颠覆性技术
    - 二维半导体(MoS₂晶体管)
      - 小型化与高效能结合
    - 神经形态器件(类脑芯片)
      - 模拟人脑工作机制