隨著全球“芯荒”的持續(xù)蔓延，各行各業(yè)對芯片的重視程度上升到了一個前所未有的高度，而芯片的核心組成——半導(dǎo)體材料也受到了極高的重視。

除此之外，半導(dǎo)體材料更是作為電子材料的代表，而半導(dǎo)體集成電路的發(fā)展水平更衡量一個國家科技進步程度的重要指標之一。

01 什么是半導(dǎo)體材料

半導(dǎo)體材料是一種具有半導(dǎo)體性能，導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體于絕緣調(diào)之間，可以用來制造半導(dǎo)體器件和集成電路的電子材料。半導(dǎo)體材料在自然界中按導(dǎo)電能力的大小進行劃分的話，可以分為為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體三大類。

整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈基本可以分為，上游設(shè)備、材料、設(shè)計；中游晶圓制造；以及下游封裝測試這三個主要環(huán)節(jié)，而半導(dǎo)體材料就屬于上游的核心環(huán)節(jié)，在芯片的生產(chǎn)制造過程中起著至關(guān)重要的作用。

02 半導(dǎo)體材料的分類

根據(jù)半導(dǎo)體的制造流程，一般情況下可以將半導(dǎo)體材料分為基體材料、制造材料、封裝材料這三大類，也就是說在不同的環(huán)節(jié)，所涉及的半導(dǎo)體材料也是完全不同的。

首先我們先來看看基體材料，基體材料主要是用來制造硅晶圓半導(dǎo)體或者化合物半導(dǎo)體的基礎(chǔ)材料，因為根據(jù)芯片材質(zhì)不同的可以分為硅晶圓片和化合物半導(dǎo)體，其中硅晶圓片的使用范圍較廣，在半導(dǎo)體材料中有高達1/3的占有率，目前生產(chǎn)基體材料企業(yè)的主要有信越化工、SUMCO、環(huán)球晶圓、Silitronic、LG等等。

其次就是制造材料，它主要是將硅晶圓或者化合物半導(dǎo)體加工成芯片的過程中所需要從各類材料，主要有拋光材料、掩膜版、濕電子化學(xué)品、電子特氣、光刻膠、濺射靶材，中拋光材料可以分為拋光墊、拋光液、調(diào)節(jié)器和清潔劑等。

在拋光墊市場美國陶氏占比79%幾乎壟斷；在拋光液市場則主要由日本的 Fujimi 和 Hinomoto Kenmazai，美國的卡博特、杜邦、Rodel、EKA，韓國的ACE 等企業(yè)占領(lǐng)大多數(shù)市場份額；在氣體市場空氣化工、法液空、大陽日酸、普萊克斯、林德占比80%以上；在光刻膠市場90%市場份額被日本住友、信越化學(xué)、JSR、TOK、美國陶氏占據(jù)；在掩膜版市場Photronics，大日本印刷、日本凸版占據(jù)80%市場份額。也就是說，在制造材料的市場中并沒有出現(xiàn)領(lǐng)先的中國企業(yè)。

最后就是封裝材料，封裝是芯片制造的最后一個環(huán)節(jié)，而封裝材料就是芯片封裝切割過程中所用到的材料，其中主要包括芯片粘結(jié)材料、陶瓷封裝材料、封裝基板、鍵合絲、引線框架、切割材料，而封裝材料的廠商主要以日本企業(yè)為主。

除此之外，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在眾多半導(dǎo)體材料中，硅片以37%的占比位列第一；其次就是占比13%電子氣體和光掩模；之后便是7%的光刻機輔材和拋光材料；最后剩下的就是光刻膠、靶材和濕化學(xué)品了。

除了按照芯片制造流程分類，還可以按照化學(xué)成分為元素半導(dǎo)體和化合物半導(dǎo)體，其中鍺和硅是最常見的元素半導(dǎo)體，而化合物半導(dǎo)體主要包括第Ⅲ和第Ⅴ族化合物（砷化鎵、磷化鎵等）、第Ⅱ和第Ⅵ族化合物（ 硫化鎘、硫化鋅等）、氧化物（錳、鉻、鐵、銅的氧化物），以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物組成的固溶體（鎵鋁砷、鎵砷磷等）。

03 半導(dǎo)體材料的特點及優(yōu)勢

半導(dǎo)體材料的重要程度不言而喻，那是這些半導(dǎo)體材料究竟有哪些特點和優(yōu)勢呢？

目前常見的半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理是通過電子和空穴這兩種載流子來實現(xiàn)，因此相應(yīng)的有N型和P型之分，半導(dǎo)體材料通常具有一定的禁帶寬度，而且它的電特性會容易受到外界環(huán)境的影響，如溫度、光照等，其次不同的導(dǎo)電類型材料是通過摻入特定的雜質(zhì)來制備的，尤其是重金屬快擴散雜質(zhì)和深能級雜質(zhì)對材料性能的影響最大。

因此，半導(dǎo)體就要擁有很高的純度，而這不僅使得用來生產(chǎn)半導(dǎo)體材料的原材料也有具有極高的純度，還對生產(chǎn)環(huán)境的純度也有很高的純度，從而來減少生產(chǎn)過程中雜志污染度，此外，因為半導(dǎo)體材料大部分都是晶體，因此半導(dǎo)體器件對于材料晶體的完整性也有著更高的要求。

首先在元素半導(dǎo)體中，硅的應(yīng)用范圍極廣，它不僅是半導(dǎo)體集成電路，以及半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)材料，還是日用家電中的核心材料，而稀有元素鍺，則基本集中在二極管、三極管的制作當中，如以鍺為核心材料的制造的錢江如探測器。

其次在有機半導(dǎo)體材料中，如蒽，聚丙烯和聚二乙烯苯以及堿金屬和蒽的絡(luò)合物，不僅具有熱激活電導(dǎo)率，還有著加工處理方便、結(jié)實耐用、成本低廉，以及耐磨耐用等特點，但是有機半導(dǎo)體芯片的產(chǎn)品生產(chǎn)能力較低，此外有機半導(dǎo)體材料還可以分為有機物、聚合物，以及給體受體絡(luò)合物三類。

然后便是非晶半導(dǎo)體材料，按照鍵合力性質(zhì)基本可以將非晶半導(dǎo)體材料分為共價鍵非晶半導(dǎo)體和離子鍵非晶半導(dǎo)體兩類，在制備方面可以采用液相快冷和真空蒸汽或者濺射等方法，非晶半導(dǎo)體材料在工業(yè)上主要用于制造像傳感器、太陽能鋰電池、以及薄膜晶體管等非晶體半導(dǎo)體器件。

最后的化合物半導(dǎo)體種類最為繁多，目前已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在了太陽能電池，光電器件，超高速器件，微波重要領(lǐng)域。

總結(jié)

半導(dǎo)體技術(shù)從誕生開始，一直遵循著摩爾定律的路線快速發(fā)展，并通過各種技術(shù)創(chuàng)新來延續(xù)摩爾定律。但是，傳統(tǒng)的摩爾定律發(fā)展到今天，既有路徑已經(jīng)開始顯現(xiàn)出盡頭。

因此，需突破“摩爾定律”所劃定的邊界，未來可以天下便是得芯片者得天下，尤其是在5G來臨之后，萬物互聯(lián)的步伐更加快速，使得芯片成為全球“硬通貨”，而半導(dǎo)體材料更是重中之重。

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