杂谈第三代、第五代半导体

清华大学王志华教授|王志华|Wang Zhihua|

2022-07-11 19:46:01 91

半导体，通常是IV族元素组成的材料，比如IVA族的元素硅、锗。但是并不是全部第IV族的元素都有 .的半导体电特性。能用来做电子器件的通常是锗和硅。支撑今天的信息社会的信息处理器件（集成电路）的材料是硅，其主流加工工艺是平面工艺。

人们一直试图研究新材料，改善半导体特性。比如试图利用第III族元素镓（导体）+第V族元素砷（非导体）结合，整出某种具有第IV族元素（半导体）特性的材料，因此就有了化合物半导体。也存在将同属于第IV族的不同元素（比如碳+硅）化合的新材料，也成为化合物半导体。主要用来实现某些是高压、大功率、以及部分高频器件。

化合物半导体经过多年不同材料的尝试，有了“ .代化合物半导体、第二代化合物半导体、第三代化合物半导体”的说法，但是这些化合物半导体材料，只是不同的尝试，不是逐代替代前一代的演变。在不同元素的尝试过程中，其中文的译名也与化学元素的第III族元素、第V族元素混在了一起。出现了现在忽悠投资人的第三代、第五代半导体。让外行人觉得第三代、第五代半导体材料将来要替代传统的硅半导体材料。

特别要说明的是这里的“第三代半导体、第五代半导体”，与集成电路所采用的的主流的硅材料、主流的平面硅工艺技术没有任何关系。过去、现在、以及可预见的未来，主流的信息处理器件，只能是硅材料及平面加工工艺。

过去70多年来，半导体技术进步的的主要驱动力有二，一是性能、二是成本。就成本来讲，单个晶体管的价格已经从1950年代的50美元降低到今天的十亿分之一美元。单个晶体管的价格已经低至单粒大米的万分之一。信息 .的基础设施就是靠如此价格低廉的器件支持着。在可以预见的未来，支撑信息 .的这种材料、工艺是不可替代的。任何关于信息处理器件及材料的改变，都看不到替代硅材料和平面工艺的迹象。

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