半导体

常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料

半导体（semiconductor）指室温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。半导体材料导电性能可通过掺杂来改变，掺杂进入本质半导体的杂质浓度与极性皆会对半导体的导电特性产生很大影响。掺入施主杂质的半导体，导电载流子主要是导带中的电子，掺入受主杂质的半导体，属空穴型导电。

基本含义

物质存在的形式多种多样，固体、液体、气体、等离子体等等。人们通常把导电性差的材料，如煤、人工晶体、琥珀、陶瓷等称为绝缘体。而把导电性比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。半导体是指在常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。其是指一种导电性可控，范围从绝缘体到导体之间的材料。从科学技术和经济发展的角度来看，半导体影响着人们的日常工作生活，直到20世纪30年代这一材料才被学术界所认可。

发展历史

早期发现

1833年，英国科学家电子学之父法拉第最先发现硫化银的电阻随着温度的变化情况不同于一般金属，一般情况下，金属的电阻随温度升高而增加，但法拉第发现硫化银材料的电阻是随着温度的上升而降低。这是半导体现象的首次发现。1839年法国的贝克莱尔发现半导体和电解质接触形成的结，在光照下会产生一个电压，这就是后来人们熟知的光生伏特效应，这是被发现的半导体的第二个特性。1873年，英国的史密斯发现硒晶体材料在光照下电导增加的光电导效应，这是半导体的第三种特性。1874年，德国的布劳恩观察到某些硫化物的电导与所加电场的方向有关，即它的导电有方向性，在它两端加一个正向电压，它是导通的；如果把电压极性反过来，它就不导电，这就是半导体的整流效应，也是半导体所特有的第四种特性。同年，舒斯特又发现了铜与氧化铜的整流效应。1879年，美国物理学家霍尔（Hall）发现霍尔效应。霍尔效应是指当磁场作用于导体、半导体中的载流子时，就会在薄膜中产生横向电位差的物理现象。

发展初期

20世纪初的物理学革命（相对论和量子力学）使得人们认识了微观世界（原子和分子）的性质，随后这些新的理论被成功地应用到新的领域（包括半导体），固体能带理论为半导体科技奠定了坚实的理论基础，而材料生长技术的进步为半导体科技奠定了物质基础（半导体材料要求非常纯净的基质材料，非常精准的掺杂水平）。1906年，邓伍迪发明了碳化硅检波器，从而开始了半导体在无线电方面的应用。接着发现硅、方铅矿、黄铜矿、蹄铅矿等都可作检波器。半导体这个名词大概到1911年被考尼白格和维斯首次使用。

20世纪初，科学家对半导体材料进行了大量的研究。当时所用样品材料多为硫化物、氧化物，并制成了氧化亚铜（Cu2O）整流器、硒（Se）光电池等。固体量子理论的发展，使人们对半导体中的电子态不论是作光导二极管、检波器，还是作整流器，在这个阶段，所用的半导体材料都是从自然界直接采集的，或者取自工业上的通用产品，均未经专门的提纯与晶体制备过程。1931年，兰治和伯格曼研制成功硒光伏电池。1932年，德国先后研制成功硫化铅、硒化铅和碲化铅等半导体红外探测器，在二战中用于侦探飞机和船舰。二战时盟军在半导体方面的研究也取得了很大成效，英国就利用红外探测器多次侦探到了德国的飞机。

进一步发展

1948年J.巴丁、W.H.布拉坦和W.B.肖克莱发明了晶体管，带来了现代电子学的革命，同时也促进了半导体物理、材料、器件研究的蓬勃发展。从那以后的几十年间，半导体微电子技术和半导体光电子技术已经成为现代社会的重要技术基础，引起了世界范围的信息革命，对人类文明的发展产生深远的影响。

1954年，半导体有效质量理论的提出是半导体理论的一个重大发展，它定量地描述了半导体导带和价带边附近细致的能带结构，给出了研究半导体中浅杂质（施主和受主）能级、激子能级、磁能级等的理论方法，促进了当时的回旋共振、磁光吸收、自由载流子吸收、激子光谱等实验研究。1958年，集成电路问世。1959年，赝势概念的提出，使得固体能带的计算大为简化。利用价电子态与原子核心态正交的性质，用一个赝势代替真实的原子势，得到一个固体中价电子态满足的方程。用赝势方法得到了几乎所有半导体的比较精确的能带结构。1962年，半导体激光器发明。1968年，硅MOS（金属-氧化物-半导体）器件发明及大规模集成电路实现产业化大生产。

1970年，超高真空表面能谱分析技术相继出现，开始了对半导体表面、界面物理的研究，其中包括:硅表面的7x7表面再构问题、金属与Ⅲ-V族化合物界面肖特基势垒形成起因、CoSi/硅和金属/硅界面性质、费米能级钉扎等问题。70年代初期，江崎玲於奈与R.朱基于试图人为地控制半导体中电子的势分布和波函数的设想，首次提出了半导体超晶格的新概念。与此同时，美国贝尔实验室的卓以和发明了分子束外延技术。新思想和新技术的巧妙结合，制成了第一个晶格匹配组分型的AlyGa1-xAs/GaAs超晶格，标志着半导体材料的发展开始进入人工设计的新时代。1978年，R.丁格尔等人对异质结中二维电子气沿平行于界面的输运进行了研究，发现了电子迁移率增强现象。在以后几年中，由于工艺的改进，将二维电子气的迁移率提高了近三个数量级，导致了高电子迁移率晶体管(HEMT)的出现和为量子霍尔效应的发现创造了条件。

1980年，德国的K.von克利青发现了整数量子霍尔效应，1982年，崔琦等人又在电子迁移率极高的Al，Ga1-y/GaAs异质结中发现了分数量子霍尔效应，这是半导体物理的重大发现，两个发现都获得了诺贝尔物理学奖。由于超晶格、量子阱对电子运动的限制效应，1984年，D.A.B.米勒等人观察到量子阱中激子吸收峰能量随电场强度变化发生红移的量子限制斯塔克效应，以及由激子吸收系数或折射率变化引起的激子光学非线性效应，为设计新一代光双稳器件提供了重要的依据。

1990年，英国的L.T.坎汉首次在室温下观测到多孔硅的可见光光致发光，使人们看到全硅光电子集成技术的新曙光。纳米微粒，纳米固体与纳米薄膜材料开辟了材料研究的新领域。这类包含有大量表面或界面原子的新型功能材料具有许多独特的物理、化学和力学性能，被誉为21世纪最有前途的材料。

2019年10月，一国际科研团队称与传统霍尔测量中仅获得3个参数相比，新技术在每个测试光强度下最多可获得7个参数：包括电子和空穴的迁移率；在光下的载荷子密度、重组寿命、电子、空穴和双极性类型的扩散长度。

2022年，科研人员发现立方砷化硼是科学界已知的最好的半导体之一，被称为冠军半导体。

2024年11月5日，半导体的小型化已经发展到只有头发丝直径10万分之一的“纳米”级别。同月，2024福布斯中国创新力企业50强发布，半导体类企业上海超硅、海光信息、瀚博半导体、华为海思、长鑫存储、中微公司入选。

相关术语

电子

在电子学中，用得最多的半导体是硅和锗。它们都是4价元素。外层电子受原子核的束缚力最小，称为价电子。物质的化学性质是由最外层的价电子数决定的，半导体的导电性质也与价电子有关。由于原子之间靠得很近，这样，每个价电子个别的轨道就变成两个相邻原子之间两个价电子的公共的轨道，形成了晶体中共价键结构。共价键内的两个电子称为束缚电子。一般情况下，无外界激发，硅和锗晶体中没有自由电子存在，只有在外界激发的情况，少数电子获得一定的动能才能挣脱共价键的束缚成为自由电子。

空穴

在电子挣脱共价键的束缚成为自由电子后，共价键中就留下一个空位，称为空穴。在一般情况下，原子是电中性的。当电子挣脱共价键的束缚成为自由电子后，原子的电中性便被破坏而显出带正电。在外电场的作用下，有空穴的原子可以吸引相邻原子中的价电子，填补这个空穴。同时，在失去了一个价电子的相邻原子的共价键中出现另一个空穴，它也可以由相邻原子中的价电子来递补，而在该原子中又出现一个空穴。如此继续下去，就好像空穴在运动。而空穴运动的方向与价电子运动的方向相反，因此，空穴运动相当于正电荷的运动。

载流子

因此，当半导体两端加上外电压时，半导体中将出现两部分电流：一是自由电子作定向运动所形成的电子电流；二是仍被原子核束缚的价电子（不是自由电子）递补空穴所形成的空穴电流。在半导体中，同时存在着电子导电和空穴导电，这是半导体导电方式的最大特点，也是半导体和金属在导电原理上的本质差别。半导体中的自由电子和空穴都称为载流子。

能带结构

对于原子周期性排布形成的固体，即晶态固体（晶体），按照能带理论，其能带结构由一系列能带构成，相邻的能带之间由禁带隔开，在禁带所覆盖的能量内没有电子能级的存在。绝对零度时，固体中的电子按能量从低到高依次占据各个不同的能带，芯电子占满了所有低能量的一系列能带，处于满能带的芯电子紧紧束缚在各自原子核的周围，因此，在一般实验条件下不需要考虑芯电子对晶体物理性质的贡献。在芯电子能带之上的能带是价电子所在的能带，称为价带，价带之上有一系列没有电子占据的能带，称为空带。依价电子在价带中的占据情况，固体有金属和绝缘体之分，在金属的能带结构中，价电子所在的能带是未满的能带，费米能级位于这个未满的能带中；而在绝缘体的能带结构中，价电子占满了价带，而价带之上的能带是空带，费米能级位于紧靠价带顶部的带隙中。

PN结

在半导体内，由于掺杂不同，电子和空穴的密度在两类半导体中并不相同，即P型中空穴多而电子少，N型中电子多而空穴少。将P型半导体和N型半导体相互接触，会发生N型区中的电子向P型区中扩散，P型区中的空穴向N型区中扩散，结果在交界处形成正负电荷的积累，在P区的一边是负电，而在N区的一边是正电。这些电荷在交界处形成空间电荷区（电偶层或耗尽层），这一结构称为PN结，厚度通常为微米数量级。

物理性质

导电性

半导体的导电性介于导体与绝缘体之间，导电率为10-8~104S/cm。半导体材料的电导率可以在大范围内变化。固体材料之所以导电，是因为其内部存在可自由移动的电子，而半导体材料电导率的变化表明其内部电子状态的剧变。这种区别于导体和绝缘体的电导率高敏感特性，正是半导体材料广泛应用于各种电子器件的基础。半导体的导电率具有以下特性：

本征半导体电阻率具有负的温度系数，即随着温度升高，电阻率下降。杂质半导体的电阻率温度系数可正可负，源于周期性势场的偏移对载流子的散射作用。例如，掺杂硅在温度极低时，本征激发可忽略，载流子由杂质电离提供，因此电阻率随温度升高而下降;在室温时杂质全部电离，本征激发也不显著，随着温度升高，晶格振动更加剧烈，导致迁移率降低，因此电阻率随温度升高而增大。

半导体材料导电性能可通过掺杂来改变，掺杂进入本质半导体的杂质浓度与极性皆会对半导体的导电特性产生很大影响。对掺入施主杂质的半导体，导电载流子主要是导带中的电子，属电子型导电，称N型半导体。掺入受主杂质的半导体，属空穴型导电，称P型半导体。半导体在任何温度下都能产生电子-空穴对，故N型半导体中可存在少量导电空穴，P型半导体中可存在少量导电电子，它们均称为少数载流子。

在四价本征半导体（如硅）中掺入五价杂质（如砷）形成的杂质半导体称为电子型半导体，或N型半导体。掺入的五价砷原子将在晶体中替代硅的位置，构成与硅相同的四电子结构，结果就多出一个电子在杂质离子的电场范围内运动。量子力学的计算表明，这个杂质的能级是在禁带中，且靠近导带，能量差远小于禁带宽度。因在硅内，砷原子只是极少数，它们被准晶体点阵分隔开。杂质价电子在杂质能级上时，并不参与导电，但是，在受到热激发时，由于此能级接近导带底，杂质价电子极易向导带跃迁，向导带供给电子，所以这种杂质能级又称为施主能级。即使掺入很少的杂质，也可使半导体导带中自由电子的浓度比同温度下纯净半导体导带中自由电子的浓度大很多倍，这就大大增强了半导体的导电性能。它的导电主要以电子导电为主，电子称为多数载流子，空穴称为少数载流子。

光照、电场、磁场、温度梯度、环境气氛等均可以引起半导体导电能力的变化。例如，光照可以注人非平衡载流子，增强半导体的导电能力。

霍尔效应是电磁效应的一种。半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种现象称为霍尔效应，该电动势称为霍尔电势。

磁阻特性

磁阻特性指的是其阻值R随磁感应强度B变化的特性。磁阻温度系数是指温度每变化1℃，磁敏电阻的相对变化量。磁阻元件一般都是用半导体InSb制作，其磁阻受温度影响较大。为了改善磁阻温度特性，方法之一是在InSb晶体中掺入一定量的锑化镍NiSb，形成InSb一NiSb共晶磁阻元件，但掺杂后将导致磁阻灵敏度下降；方法之二是采用两个磁阻元件串联，组成差动式输出这种方法不但具有温度补偿功能，而且使灵敏度得到提高。

光学特性

在大多数情况下，半导体的光学跃迁发生在带边，即光学跃迁通常发生在价带顶和导带底附近。因此半导体能带结构常用简化能带模型来表示，这种能带结构叫作直接带结构。Ⅲ-VI族化合物中的GaN、GaAs、GaSb和InP等都是直接带结构半导体，在这类半导体中发生的光学跃迁为直接跃迁；另外，半导体价带顶的能量位置与导带底的位置不同，如价带顶处于布里渊区中心点的位置，而导带底处于布里渊区的其他位置，这种能带结构叫作间接带结构。IV族半导体Si、Ge、Ⅲ-V族化合物中的AlAs和GaP等都是间接带结构半导体，在这类半导中发生的光学跃迁为间接跃迁，这种跃迁一般需要声子的参与，才能满足动量守恒。与直接光学跃迁相比，间接跃迁的概率要低得多，声子辅助的间接跃迁，其跃迁概率比直接跃迁低3~4个量级。

热电特性

热电效应是指物体中的电子或空穴在温度梯度的驱使下，由高温区向低温区移动时形成电流或电动势，或因电流而产生温度差的一类现象。典型的热电效应主要包括塞贝克效应，珀耳帖效应和汤姆逊效应。其中塞贝克效应是当两种不同半导体a和b两端相接组成一闭合回路时，若两个接头1和2具有不同的温度，回路中就有电流和电动势产生。该电动势称为温差电动势，其数值一般只与两个接头的温度有关。这个现象最先被德国物理学家塞贝克发现。

热传导

半导体中存在温度梯度的话，热能将由半导体的高温部分传导到低温部分，单位时间内通过单位面积的热量与温度的梯度固体的热传导由传导载流子和晶格振动（声子运动）的贡献组成。对于非简并半导体，晶格振动对热导率的贡献比载流子的贡献大几个数量级。

压阻效应

“压阻效应”是指当对半导体材料施加应力作用时，半导体材料的电阻率将随着应力的变化而发生变化，进而反映出电阻值也在发生变化。所有固体材料在某种程度上都呈现压阻效应，但半导体材料的这种效应特别显著，能直接反映出微小的应变。半导体压阻效应现象可解释为:由应变引起能带变形，从而使能带中的载流子迁移率及浓度也相应地发生相对变化，因此导致电阻率变化，进而引起电阻变化。

制冷

1834年，法国科学家帕尔帖发现了半导体制冷作用。帕尔帖原理又被称为是”帕尔贴效益“，就是将两种不同的导体充分运用起来，使用A和B组成的电路，通入直流电，在电路的接头处可以产生焦耳热，同时还会释放出一些其它的热量，此时就会发现，另一个接头处不是在释放热量，而是在吸收热量。这种现象是可逆的，只要对电流的方向进行改变，放热和吸热的运行就可以进行调节，电流的强度与吸收的热量和放出的热量之间存在正比例关系，与半导体自身所具备的性质也存在关系。由于金属材料的帕尔帖效应是相对较弱的，而半导体材料基于帕尔帖原理运行，所产生的效应也会更强一些，所以，在制冷的材料中，半导体就成为了主要的原料。

分类

按化学成分

半导体材料按化学成分可分为元素半导体、化合物半导体和固溶半导体。

元素半导体是指单一元素构成的半导体，其中对硅、硒的研究比较早。它是由相同元素组成的具有半导体特性的固体材料，容易受到微量杂质和外界条件的影响而发生变化。只有硅、锗性能好，运用的比较广，硒在电子照明和光电领域中应用。硅在半导体工业中运用的多，这主要受到二氧化硅的影响，能够在器件制作上形成掩膜，能够提高半导体器件的稳定性，利于自动化工业生产。

化合物半导体指的是由两种或两种以上不同原子或分子组成的具有半导体性质的化合物半导体。化合物半导体又有无机化合物半导体和有机化合物半导体之分。

1、无机化合物半导体

无机化合物半导体通常是指由两种或两种以上元素按一定原子配比形成的具有确定禁带宽度和能带结构等的晶态无机化合物半导体，典型的有Ⅲ一V族、Ⅱ一V族化合物半导体等。晶态无机化合物半导体主要包括的是二元化合物，如：砷化镓、磷化铟、硫化镉、碲化铋、氧化亚铜等，其次是三元或多元化合物，如镓铝砷、铟镓砷磷、磷砷化镓、硒铟化铜等，这些无机化合物半导体普遍应用于光电子器件、超高速微电子器件和微波器件等的研制。特别是Ⅲ一V族化合物半导体，如磷化铟、砷化镓、磷化镓、锑化铟等尤为人们所重视，其中，基于磷化铟制造的晶体管广泛应用于光电集成电路、抗核辐射器件等；砷化镓不仅有大的禁带宽度和高的电子迁移率，而且还具有硅、锗所不具备的能在高频下工作的优良特性，其被广泛应用于微波体效应器件、高效红外发光二极管和半导体激光器等的研制。

2、有机化合物半导体

有机化合物半导体指的是具有半导体性质的有机材料，其导电能力介于金属和绝缘体之间，且具有热激活型电导率。典型的有机半导体可分为有机物、聚合物和电荷转移络合物三大类，有机物包括芳烃、染料、金属有机化合物，如紫精、酞菁、孔雀石绿、若丹明B等；聚合物包括主链为饱和类聚合物和共轭型聚合物，如聚苯、聚乙炔、聚乙烯咔唑、聚苯硫醚等；电荷转移络合物由电子给予体与电子接受体两部分组成，典型的有四甲基对苯二胺与四氰基醌二甲烷复合物。和无机化合物半导体相比，有机半导体具有成本低、溶解性好、材料轻、易加工等特点，且可以通过控制分子的方式来控制其导电性能，因此，有机半导体有较广泛的应用范围，主要应用于有机薄膜、有机照明等方面。

固溶半导体由两个或两个以上的元素所构成的具有半导体性质的固溶体，为主要一类半导体材料，一般简称固溶体或混晶，由于不可能制出绝对纯的物质，因此从严格的意义上讲，所有的半导体材料都是固溶体，在这里作为技术分类的固溶半导体材料是指两个或两个以上的元素按设定的较大的比例组成的具有特定的带隙、晶格常数以及相关的电学、光学等特性的材料。它也不同于化合物半导体，后者是按较严格的化学配比的化合物，而固溶体的组成在相当范围内是连续可调的。它的组成方式多以一种半导体为主，再加入与其中一个或多个组元同族的元素相替代。

按杂质分

不含杂质且无晶格缺陷的半导体称为本征半导体。在极低温度下，半导体的价带是满带，受到热激发后，价带中的部分电子会越过禁带进入能量较高的空带，空带中存在电子后成为导带，价带中缺少一个电子后形成一个带正电的空位，称为空穴。空穴导电并不是实际运动，而是一种等效。电子导电时等电量的空穴会沿其反方向运动。它们在外电场作用下产生定向运动而形成宏观电流，分别称为电子导电和空穴导电。这种由于电子-空穴对的产生而形成的混合型导电称为本征导电。导带中的电子会落入空穴，电子-空穴对消失，称为复合。复合时释放出的能量变成电磁辐射（发光）或晶格的热振动能量（发热）。在一定温度下，电子-空穴对的产生和复合同时存在并达到动态平衡，此时半导体具有一定的载流子密度，从而具有一定的电阻率。温度升高时，将产生更多的电子-空穴对，载流子密度增加，电阻率减小。无晶格缺陷的纯净半导体的电阻率较大，实际应用不多。

非本征半导体，又称杂质半导体，通常指的是在维持本征半导体基本能带结构不变的前提下通过掺杂少量其他元素或化合物组分而将杂质能级引入带隙的一类半导体。杂质能级有含有电子的杂质能级（施主能级）和没有电子的杂质能级（受主能级）之分，通过将施主或受主能级引入本征半导体的带隙，可以实现从以电子一空穴对作为载流子的本征导电到以电子或空穴作为主要载流子的电子或空穴型导电的转变。杂质能级的引进，不仅可以大大改善半导体的电学性质，而且更为重要的是，以此为基础形成的N型和P型两种不同导电类型的半导体是基于半导体研制的各种电子器件的重要的基本结构单元，在半导体科学及其应用的发展过程中具有里程碑意义。

按长程有序

晶态半导体是指，构成半导体的原子或分子按照一定规则周期性排布形成的具有确定晶体结构的半导体。多数情况下，晶态半导体中的原子间多采用的是共价键结合的方式，例如，对具有金刚石型结构的单晶硅，每个Si原子先以sp3形式等性杂化成四个等性杂化轨道，再以杂化轨道中的未配对电子与四个相邻的杂化轨道中的未配对电子共价结合。晶态半导体中由以共价键方式结合的原子形成的网络是一种规则的网络，在键角和键长的分布上均呈现出长程有序性。以共价键方式结合形成的晶态半导体的特点是，所有价电子均束缚在共价键上而不能在晶体中自由运动，意味着晶态半导体中的价电子处在局域态。从绝对零度时的能带结构上看，晶态半导体的价带是被价电子占满的满能带，而导带是没有电子占据的空带。

非晶态半导体又称玻璃半导体，是一种因键长和键角畸变而形成的具有共价无规网络结构特征的半导体，典型的非晶态半导体有非晶硅半导体、硫系非晶态半导体、玻璃态氧化物半导体等。对于非晶态半导体，尽管构成半导体的原子间也采用和晶态半导体相类似的共价键结合方式，但其中的键长和键角发生了畸变，导致一种无规的共价网络形成，在键长和键角的分布上只呈现短程（两三个原子尺度范围）有序，而长程是无序的。由于无规网络的形成，非晶态半导体能带边能态密度的变化不像晶态半导体的那样陡，而是拖有不同程度的带尾，使得非晶态半导体能带中的电子态有局域态和扩展态之分。处在局域态中的电子和晶态半导体能带中的电子相同,这是非晶态和晶态半导体有相类似的基本能带结构特征的原因，但处于扩展态中的电子可以在整个固体中运动，使得非晶态半导体在性质上不同于晶态半导体，这让人们对非晶态半导体的应用前景寄予了厚望。非晶态半导体主要应用于太阳能电池、传感器、薄膜晶体管、摄像元件、光存储器等。

应用领域

半导体在集成电路、消费电子、通信系统、光伏发电、照明应用、大功率电源转换等领域应用。

光伏应用

半导体材料光生伏特效应是太阳能电池运行的基本原理。现阶段半导体材料的光伏应用已经成为一大热门，是世界上增长最快、发展最好的清洁能源市场。太阳能电池的主要制作材料是半导体材料，判断太阳能电池的优劣主要的标准是光电转化率，光电转化率越高，说明太阳能电池的工作效率越高。根据应用的半导体材料的不同，太阳能电池分为晶体硅太阳能电池、薄膜电池以及III-V族化合物电池。

照明应用

LED是建立在半导体晶体管上的半导体发光二极管，采用LED技术半导体光源体积小，可以实现平面封装，工作时发热量低、节能高效，产品寿命长、反应速度快，而且绿色环保无污染，还能开发成轻薄短小的产品，一经问世，就迅速普及，成为新一代的优质照明光源，已经广泛的运用在人们的生活中。如交通指示灯、电子产品的背光源、城市夜景美化光源、室内照明等各个领域，都有应用。

电源转换

交流电和直流电的相互转换对于电器的使用十分重要，是对电器的必要保护。这就要用到等电源转换装置。碳化硅击穿电压强度高，禁带宽度宽，热导性高，因此SiC半导体器件十分适合应用在功率密度和开关频率高的场合，电源转换装置就是其中之一。碳化硅元件在高温、高压、高频的优异表现使得现在被广泛使用到深井钻探，发电装置中的逆变器，电气混动汽车的能量转化器，轻轨列车牵引动力转换等领域。由于SiC本身的优势以及现阶段行业对于轻量化、高转换效率的半导体材料需要，SiC将会取代Si，成为应用最广泛的半导体材料。

激光应用

半导体激光器是以半导体材料（主要是化合物半导体）作为工作物质，以电流注入作为激励方式的一种小型化激光器，自1962年问世以来发展迅速，已从最初的低温（77K）下运转发展到室温下连续工作，由小功率型向高功率型转变，输出功率由几mW~kW级（阵列器件），其结构从同质结发展成异质结、量子阱、布拉格反射型（DBR）和分布反馈型（DFB）等多种形式。在所有各类激光器中，半导体激光器输入能量最低、效率最高、体积最小、重量最轻，可以直接调制，结构简单，具有集成电路生产的全部优点，价格低廉，可靠性高，寿命长，销售总数量已占各种激光器的99%。

制冷应用

半导体制冷具有体积小、质量轻、无噪声和无泄漏等优点。半导体制冷器作为特种冷源，在技术应用上具有以下特点：它不需要任何制冷剂，可连续工作，没有污染源，没有旋转部件，不会产生回转效应，没有滑动部件，是一种固体器件，工作时没有振动、噪声，寿命长，安装容易。半导体制冷器是电流换能型器件，通过控制输人电流，可实现高精度的温度控制，再加上温度检测和控制手段，很容易实现遥控、程控、计算机控制，便于组成自动控制系统。

半导体制冷技术是制冷技术中应用比较广泛的。农作物在温室大棚中生长中，半导体制冷技术可以对环境温度有效控制，特别是一些对环境具有很高要求的植物，采用半导体制冷技术塑造生长环境，可以促进植物的生长。半导体制冷技术具有可逆性，可以用于制冷，也可以用于制热，对环境温度的调节具有良好的效果。

半导体制冷技术已经广泛应用在医药领域中，工业领域中，即便是日常生活中也得以应用。例如，将半导体制冷技术用于现代的各种制冷设备中，诸如冰箱、空调等等，都可以配置电子冷却器。半导体冰箱就是使用了半导体制冷技术。在具体的应用中，可以根据不同客户的需要使用，以更好地满足客户的要求。不同数量的半导体制冷芯片，在连接的过程中可以根据需要采用并联的方式或串联的方式，放置在合适的位置就可以发挥作用。二十世纪50年代，前苏联开发了一种小型模型冰箱，只有10升的容量，冰箱的体积非常小，使用便利。日本研制出一种冰箱，是专门用于储存红酒的。对于温度要严格控制，应用半导体制冷技术就可以满足冰箱的制冷要求。随着社会的不断发展，人们在追求生活质量的同时，对于制冷设备的要求也越来越高。当人们使用半导体冰箱的时候，就会发现这种冰箱比传统冰箱的耗电量更低一些，甚至可以达到20%，节能效果良好。

使用半导体空调，与日常生活中使用的空调不同，而是应用于特殊场所中，诸如机舱、潜艇等等。采用相对稳定的制冷技术，不仅可以保证快速制冷，而且可能够满足半导体制冷技术的各项要求。一些美国公司发现半导体制冷技术还有一个重要的功能，就是在有源电池中合理应用，就可以确保电源持续供应，可以超过8小时。在汽车制冷设备中，半导体制冷技术也得到应用。包括农业、天文学以及医学领域，半导体制冷技术也发挥着重要的作用。

玻璃领域

半导体玻璃的电阻率及某些物理化学性质在光、电、热等作用下可发生显著改变，从而赋予其独特的性能。半导体玻璃已广泛应用于光电倍增器、存储器件、电子开关等领域。

测量应用

半导体光电流的测量是研究光电探测器的基本手段，通过改变入射光的波长、强度、调制频率等方法，可以反映探测器的响应波段、响应速度、响应度等器件特性。

发展趋势

以GaN（氮化镓）为代表的第三代半导体材料及器件的开发是新兴半导体产业的核心和基础，其研究开发呈现出日新月异的发展势态。GaN基光电器件中，蓝色发光二极管LED率先实现商品化生产成功开发蓝光LED和LD之后，科研方向转移到GaN紫外光探测器上GaN材料在微波功率方面也有相当大的应用市场。氮化镓半导体开关被誉为半导体芯片设计上一个新的里程碑。美国佛罗里达大学的科学家已经开发出一种可用于制造新型电子开关的重要器件，这种电子开关可以提供平稳、无间断电源。

新型半导体材料在工业方面的应用越来越多。新型半导体材料表现为其结构稳定，拥有卓越的电学特性，而且成本低廉，可被用于制造现代电子设备中广泛使用，中国与其他国家相比在这方面还有着很大一部分的差距，通常会表现在对一些基本仪器的制作和加工上，近几年来，国家很多的部门已经针对中国相对于其他国家存在的弱势，这一方面统一的组织了各个方面的群体，对其进行有效的领导，然后共同努力去研制更加高水平的半导体材料。这样才能够在很大程度上适应中国工业化的进步和发展，为中国社会进步提供更强大的动力。首先需要进一步对超晶格量子阱材料进行研发，中国半导体材料在这方面的发展背景来看，应该在很大程度上去提高超高亮度，红绿蓝光材料以及光通信材料，在未来的发展的主要研究方向上，同时要根据市场上，更新一代的电子器件以及电路等要求进行强化，将这些光电子结构的材料，在未来生产过程中的需求进行仔细的分析和探讨，然后去满足未来世界半导体发展的方向，需要选择更加优化的布点，然后做好相关的开发和研究工作，这样将各种研发机构与企业之间建立更好的沟通机制就可以在很大程度上实现高温半导体材料，更深一步的开发和利用。