半导体应用领域与材料特点

一、半导体应用领域

半导体广泛应用于集成电路、消费电子、通信系统、光伏发电、照明应用、大功率电源转换等多个领域。

1. 光伏应用

半导体材料的光生伏特效应是太阳能电池运行的核心原理。当前，光伏应用已经成为全球增长最快、发展最好的清洁能源市场。太阳能电池的主要材料是半导体，光电转化率是评估太阳能电池性能的关键指标，转化率越高，电池效率越高。依据所用半导体材料的不同，太阳能电池可分为晶体硅太阳能电池、薄膜电池及III-V族化合物电池。

2. 照明应用

LED（发光二极管）是基于半导体晶体管的半导体光源。LED技术使得光源体积小、平面封装、低发热、节能高效、寿命长、反应快、绿色环保。LED已广泛应用于交通指示灯、电子产品背光源、城市夜景美化光源、室内照明等领域，成为新一代优质照明光源。

3. 大功率电源转换

在电器使用中，交流电与直流电的相互转换至关重要。碳化硅（SiC）因其高击穿电压、宽禁带、高热导性，非常适用于高功率密度和高开关频率的场合，如深井钻探、发电设备逆变器、电动汽车能量转换器、轻轨列车牵引动力转换等。SiC将逐步取代硅（Si），成为应用最广泛的半导体材料。

二、常见的半导体材料特点

常见的半导体材料包括硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）等化合物半导体，以及掺杂的硼（B）、磷（P）、锢（In）、锑（Sb）等。其中，硅是最常用的半导体材料。

1. 导电能力

半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，受光和热刺激时，其导电能力显著变化。在纯净半导体中加入微量杂质，其导电能力会大幅增强。

2. 分类

根据化学组成，半导体材料可分为元素半导体、无机化合物半导体、有机化合物半导体、非晶态与液态半导体。

一个国际科研团队首次研制出含巨大分子的有机半导体材料，结构稳定、电学性能优越且成本低廉，可用于制造现代电子设备中的场效应晶体管。此项研究有望实现人造皮肤、智能绷带、柔性显示屏、智能挡风玻璃、可穿戴电子设备和电子墙纸等技术。

在当前市场上，电子产品昂贵主要是因为电视、电脑、手机等设备都使用硅制造，成本较高。而基于碳的有机电子产品不仅制造方便、成本低廉，还轻便柔韧，可弯曲，代表着未来电子设备无处不在的趋势。

以前研究表明，碳结构越大，其性能越优异，但制造大规模、稳定、可溶解的碳结构一直是个难题。最新的研究突破了这一瓶颈，研制出新型有机半导体材料，有望广泛应用于电子设备的制造。