关于半导体光电信息功能材料的研究进展

甘佳伟 朱奥琪 湖北科技学院电子与信息工程学院

引言

人类早期之间的语言交流是便于生存劳作，这种语言交流就是最简单的信息传递，信息传递不仅有复杂简单之分，还有快慢之分。显而易见，信息传递的速度越快对人类的生产生活越有利，所以在人类发展的历史长河中一直伴随着对信息传递速度的追求。人类从利用马匹传递信息，到早期电台、电话再到如今的光纤通信技术和5G 通信技术。不难发现，伴随着半导体信息功能材料的出现及应用，人类信息传递速度有了飞速的提高。在当代半导体光电信息功能材料已经被融入到各个领域，尤其是作为信息传输线路和各种传感器被广泛的应用。由于高端半导体信息功能材料的制造工艺技术被美国等半导体产业巨头国家封锁，当下对中国而言对半导体光电信息功能材料的研究迫在眉睫而且非常重要。

1 半导体光电信息材料发展历史

半导体光电信息材料的理论基础是半导体光电子学，半导体光电子学是探究半导体材料中光子与电子的相互作用，光能与电能之间相互转换的研究。涵盖量子力学，固体物理，半导体物理等基础物理学科。

1873 年，史密斯（W. Smith）发现“不良导体”在光作用下电导增加现象，这启发了半导体光电子学的产生。1905 年爱因斯坦提出光子学说为后来研究和发展半导体光电子学说奠定了基础。到20 世纪前半叶发现杂质对半导体性能产生影响。后来形成了半导体物理学，为1947 年出现晶体管和气候的微电子学奠定了理论基础。

系统的研究半导体材料中光子和电子的相互作用、光能与电能的相互转换使之成为当今最具有发展前景的半导体光电子学。由于光纤通信的强烈需求拉动了半导体光电信息材料的高速发展。

2 半导体光电信息材料的应用领域

2.1 半导体光电信息材料传感器

在传感器领域，由于半导体光电信息材料具有光电子效应，所以传统光电传感器的原理大多是利用光电子效应制成传感器。如硅材料。硅材料在接触光照后在其内部会产生光电流，所以大部分光电信息材料传感器是可通过硅材料器件与电流放大电路构成传感器，如光功率探头传感器件。CCD 和CMOS 光电耦合器件也是应用广泛的光电信息功能材料传感器。

2.2 半导体信息功能材料在芯片方面的应用

谈到芯片就不得不提及光电信息功能材料，芯片的内部构造简单来讲就是通过半导体材料构成逻辑电路实现相应功能，当下中国制造芯片的技术仍然属于起步状态，很多制造设备和关键材料仍然只能依靠进口国外产品，制造芯片包含设计、制造、封测三大流程，目前中国在芯片领域的封测技术较强，设计和制造技术虽经过数十年的发展但限于芯片设备和制作工艺的制约仍然与半导体产业发达国家有差距。

2018年美国禁止中兴通讯从美国采购包括芯片在内的敏感产品，2019 年美国又对华为技术有限公司发布禁售令，种种迹象可以说明，中国要摆脱别国芯片封锁就必须大力发展半导体光电信息材料。

2.3 半导体信息功能材料在量子通信方面的应用

近年来通信技术蓬勃发展，随着互联网技术的日益完善，移动通信业务和设备的增长和普及，人类对通信技术的需求标准越来越高，量子阱材料和超晶格材料的出现及应用开辟了新的通讯方法。量子阱材料的应用克服了原有半导体材料的应用局限性，经过多年发展，中国的量子通信技术处于世界级领先水平。量子通信技术在军事对抗、发展量子计算机、自由空间通信等领域都有广阔的应用空间。

3 半导体光电信息材料后期发展方向

对半导体企业来讲当下最重要的是发展技术，进行技术突破没有属于自己的技术始终受制于人。对高校、研究所等教育机构来讲要培养高质量的技术性人才来推动技术发展、技术突破。对相关研究机构来讲在现有理论基础上探究如何制备新材料，探究材料新性能、性效应，并探讨如何将新理论投入应用。

只有这三者相互促进相互推动中国半导体光电信息材料这个产业才能稳步向前发展。

4 结束语

现如今人们对信息交互的速度追求越来越高甚至在某些高科技领域常规通讯手段已经不能满足需求所以发展半导体光电信息功能材料显得尤为重要。而且半导体光电信息功能材料的应用已经渗透到各个领域中，不仅仅是国家高新技术产业需要，相当多的民用设备也对半导体信息功能材料需求量较大。在不久的未来，大数据时代的临绝对少不了半导体光电信息功能材料的发展。光电信息材料的发展不仅能带动其他产业的进步，同样也是国家战略性研究课题。对于现阶段中国的科技发展状况来说发展半导体光电功能材料绝对是必不可少的，发展半导体光电信息功能材料利国利民。