姓名：孙铭斌 班级：JS1245 学号:[1**********]1 专业：集成电路工程 时间：2013年5月12日
半导体材料
自然界的物质、材料按导电能力大小可分为导体、半导体和绝缘体三大类。半导体，顾名思义，是指导电能力介于导体和绝缘体之间的一类物质。并且，半导体电导率随温度的变化而变化，这与金属导体恰好相反。而具有上述两种特征的材料都可归入半导体材料的范围。反映半导体内在基本性质的却是各种外界因素如光、热、磁、电等作用于半导体而引起的物理效应和现象，这些可统称为半导体材料的半导体性质。构成固态电子器件的基体材料绝大多数是半导体，正是这些半导体材料的各种半导体性质赋予各种不同类型半导体器件以不同的功能和特性。
1 研究半导体材料的重要意义
1）从历史发展角度来看，电子技术是科学技术现代化的基础之一。科学技术从传统的手动机械模式逐渐变化到现在的技术的电子自动化。事实上，现代科学技术的一个显著特征是电子技术化，电子技术渗透到国民经济各个领域。电子工业的兴起，引起了国民经济各部门广泛而深刻的技术革新和技术革命。然而，电子技术中起主要作用的是电子设备和仪表的心脏——用半导体材料品片所制成的元件。现代电子工业的显著特征是半导体化。半导体材料是电子工业的基础，它是电子工业最重要的原材料。由此可见，半导体材料在科学技术现代化中起着何等重大的作用，处于何等重要的地位。
2）从现代科学技术发展的角度来看，从本世纪中期开始，硅材料的发现和以及五十年代初期的以硅为基础的集成电路的发展，导致了电子工业大革命。今天，因特网、计算机用户，这与现代微电子技术的发展是密不可分的，也就是以硅为代表的半导体材料技术的发展，彻底地改变了世界的政治、经济的格局，也改变了整个世界军事对抗的形式，同时也深刻影响着人们的生活方式。另外，从近几十年微电子技术的发展来看，半导体材料的发展对高速计算、大容量信息通信、存储、处理、电子对抗、武装设备的微型化和国民经济的发展都有非常重要的意义。
2半导体材料的发展历史
世界各国研制半导体材料的历史并不长，仅有三四十年的历史。我国也仅有30年历史。
18世纪人们普遍认为，具有负的温度系数，电阻率大约10～ 10 Ω·cm，通常具有很高的热电势同时具有整流效应和光敏特性的材料成为半导体材料。国际上于1941年开始用多晶硅材料制成检波器，可认为是半导体材料应用的开始。此后，1948年～1950年成功地制成了世界第一个具有放大性能的锗晶体三极管（点接触三极管）。硅半导体材料的发展方面，1952 年用直拉法成功地拉出世界上第一根硅单晶。60年代初，出现了硅单晶薄层外延技术，特别是硅平面工艺和平面晶体管的出现促使硅材料在单晶制备方面进一步改进和提高。与锗、硅材料发展并行，化合物半导体材料的研制也早在50 年代初就开始了。1952年人们发现量III-V族化合物是一种与锗性质类似的半导体材料。90年代以来随着移动通信技术的飞速发展，砷化镓和磷化铟等半导体材料得成为焦点，用于制作高速、高频、大功率及发光电子器件等；近些年，新型半导体材料的研究得到突破，以氮化镓为代表的先进半导体材料开始体现出其超强优越性，被称为IT 产业新的发动机。 -39
3半导体材料的分类
半导体材料可按化学组成来分，再将结构与性能比较特殊的非晶态与液态半导体单独列为一类。按照这样分类方法可将半导体材料分为元素半导体、化合物半导体和固溶半导体。
1） 元素半导体
在周期表中，金属和非金属之间有12个元素具有半导体的性质，它们是 B、C、Si、Ge、灰 Sn、P、灰 As、黑 Sb、S、Se、Te、I。它们的大多数都不是稳定的，例如，S、P、灰 As 都易挥发，灰 Sn 在低温下才稳定。硼熔点高，制备单晶困难，而且载流子迁移率很低，对它研究不多。炭的同素异形体金刚石具有很好的半导体性质，系层状结构难以获得单晶。硅具有优良的半导体性质，是现代最重要的半导体材料，另外，锗也是重要的半导体材料之一等等。
2） 化合物半导体
由于硅的电子移动速度使得硅电路传输速度慢并且难以改善。因此化合物半导体材料由此产生，以GaAs、GaN、SiC为代表的的化合物半导体是目前应用最广泛，发展最快。化合物半导体集成电路的主要特征是超高速、低功耗、多功能、抗辐射。以GaAs为例，通过比较可得，化合物半导体材料具有：很高的电子迁移率和电子漂移速度，因此，可以做到更高的工作频率和更快的工作速度；2）肖特基势垒特性优越，容易实现良好的栅控特性的 ME 结构；3）禁带宽度大，可以在Si器件难以工作的高温领域工。现在化合物半导体材料已广泛应用。
另外，除了常用的无机化合物半导体外，还有机化合物半导体。已知的有机半导体有几
十种，熟知的有萘、蒽、聚丙烯腈、酞菁和一些芳香族化合物等，它们作为半导体尚未得到应用。
3固溶半导体
由两个或两个以上的元素构成的具有足够的含量的固体溶液，如果具有半导体性质，就称为固溶半导体，简称固溶体或混晶。因为不可能作出绝对纯的物质，材料经提纯后总要残留一定数两的杂质，而且半导体材料还要有意地掺入一定的物质。固溶体是靠其价键按一定的化学配比构成的。固溶体在其固溶度范围内，其组成元素的含量可连续变化，其半导体性质也随之变化，固溶体增加了材料的多样性，为应用提供了更多的选择。
另外，半导体材料还可以根据生产应用的年代分为第一代、第二代、第三代半导体。以Si为代表的半导体材料为第一代半导体材料， GaAs、InP等为第二代半导体材料，而以GaN、SiC等为代表的半导体材料则被称为第三代半导体材料。就目前的情况来看，第一代第二代半导体材料仍然在电子工业中占主要地位。第三代宽禁带半导体材料主要应用于高温、高频、高功率等领域，代表着半导体材料的发展方向。
4半导体材料的特性
半导体材料虽然种类繁多但有一些固有的特性，称为半导体材料的特性参数。这些特性参数不仅能反映半导体材料与其他非半导体材料之间的差别，而且更重要的是能反映各种半导体材料之间甚至同一种材料在不同情况下特性上的量的差别。
常用的半导体材料的特性参数有：禁带宽度、电阻率、载流子迁移率（载流子即半导体中参加导电的电子和空穴）、非平衡载流子寿命、位错密度。
禁带宽度由半导体的电子态、原子组态决定，反映组成这种材料的原子中价电子从束缚状态激发到自由状态所需的能量。
电阻率、载流子迁移率反映材料的导电能力。
非平衡载流子寿命反映半导体材料在外界作用（如光或电场）下内部的载流子由非平衡状态向平衡状态过渡的弛豫特性。
位错是晶体中最常见的一类晶体缺陷。位错密度可以用来衡量半导体单晶材料晶格完整性的程度。当然，对于非晶态半导体是没有这一反映晶格完整性的特性参数的。
半导体材料的特性参数对于材料应用甚为重要。因为不同的特性决定不同的用途。
1）晶体管对材料特性的要求
根据晶体管的工作原理，要求材料有较大的非平衡载流子寿命和载流子迁移率。用载流子迁移率大的材料制成的晶体管可以工作于更高的频率（有较好的频率响应）。晶体缺陷会
影响晶体管的特性甚至使其失效。晶体管的工作温度高温限决定于禁带宽度的大小。禁带宽度越大，晶体管正常工作的高温限也越高。
2)光电器件对材料特性的要求
利用半导体的光电导（光照后增加的电导）性能的辐射探测器所适用的辐射频率范围与材料的禁带宽度有关。材料的非平衡载流子寿命越大，则探测器的灵敏度越高，而从光作用于探测器到产生响应所需的时间(即探测器的弛豫时间)也越长。因此，高的灵敏度和短的弛豫时间二者难于兼顾。对于太阳电池来说，为了得到高的转换效率，要求材料有大的非平衡载流子寿命和适中的禁带宽度(禁带宽度于1.1至1.6电子伏之间最合适)。晶体缺陷会使半导体发光二极管、半导体激光二极管的发光效率大为降低。
3） 温差电器件对材料特性的要求
为提高温差电器件的转换效率首先要使器件两端的温差大。当低温处的温度（一般为环境温度）固定时，温差决定于高温处的温度，即温差电器件的工作温度。为了适应足够高的工作温度就要求材料的禁带宽度不能太小，其次材料要有大的温差电动势率、小的电阻率和小的热导率。
5半导体材料的测试
材料的各项质量特性参数是相互关联、相互影响的，它们综合影响材料的质量，也直接反映出材料的内在质量和表面加工质量。根据对现阶段完成的产品标准技术参数的研究，将材料分为初期提纯阶段、晶体生长阶段和晶片加工阶段（切磨抛）。初期提纯阶段主要考虑材料的杂质含量测试；生长阶段则决定了材料晶体的结晶学参数和电学参数；而后期加工阶段则决定了材料加工的几何尺寸参数和表面质量。因此，将材料测试方法分为杂质元素测定、结晶学参数、电学参数、几何尺寸和表面质量，结合半导体材料产品标准对配套方法标准进行分析，将方法标准分为如下五大类，其中有相当多的国家标准和行业标准。
1） 杂质元素参数
杂质元素参数的标准数目最多，为23 项，其中主要为硅中杂质元素、高纯材料杂质元素和高纯锗产品杂质元素的分析方法。
2） 结晶学参数
结晶学参数主要指氧、碳含量、晶向和各种缺陷（位错、氧化诱生堆垛层错、COP 缺陷等）。各种缺陷一般主要由晶体生长本身的结晶完整性决定，有部分微缺陷由后期加工工序中引入。
氧、碳在硅中溶解度高达10at./cm，对于硅晶体氧和碳为最多最主要的杂质，而间隙183
式的氧原子浓度在超大集成电路制备中起着内吸除的效果，控制氧和碳在硅晶体中的浓度和氧浓度分布可以获得缺陷密度低、电阻率均匀的硅晶体，故氧碳含量作为一项结晶学参数。对于氧、碳含量的测量，目前有红外吸收光谱法、二次离子质谱法、气相熔融分析法等，不过目前国际上标准通用方法为红外吸收光谱法。
对晶体中的晶向测定一般采用衍射法和腐蚀后借助观察腐蚀坑方法（光图定向法）。 晶体完整性测量主要采用择优腐蚀后采用观察方法进行。
对于晶体中的缺陷检测方法一般采用先腐蚀、后观察的步骤。
3） 电学参数
材料的电学参数主要取决于晶体生长质量，后期机械加工一般不会改变。作为电子工业的基础，半导体材料电学参数主要指导电类型及型号、电阻率、电阻率均匀性、少数载流子寿命、载流子浓度、掺杂剂等。
霍尔效应是测量半导体导电类型、载流子浓度和迁移率等基本性能和应用的基础。 导电类型是半导体较为重要、常规的测量参数，半导体导电类型是由掺杂物的种类所决定的。例如p型单晶硅的掺杂物为Ⅲ族元素，n型单晶硅掺杂物为Ⅴ族元素。导电类型的测量有整流效应法和热电势导电类型法。
掺杂剂浓度检验方法对于半导体比较重要，往往可以通过掺杂剂浓度的测量换算出半导体的电阻率。如硅多晶可以通过 GB/T 4059-2007 或 GB/T 4060-2007 测出掺杂剂基磷或基硼浓度，再通过GB/T 13389-1992换算出样品的基磷电阻率或基硼电阻率，或根据获知的多晶电阻率而换算出掺杂剂浓度。
电阻率是半导体材料的重要电学参数，反映了补偿后的杂质浓度，与半导体中载流子浓度有直接关系。YS/T 602-2007为对区熔锗锭电阻率的测试方法——两探针法，GB/T 1551-2009、GB/T 6616-2009、GB/T 6617-2009、GB/T 11073-2007 和 GB/T 14141-2009 五项标准均对半导体材料的电阻和电阻率进行测量，五种方法中只有GB/T 6616-2009 为非接触式测量，其他均为探针接触式测量方法
半导体中非平衡载流子寿命是表征单晶质量的重要参数，它是半导体中重金属含量、晶体结构的完整性相关的物理量。晶体中非平衡载流子从产生到复合存在的平均时间间隔（非平衡少数载流子浓度衰减到起始值所需的时间）称为少数载流子寿命或体寿命。少数载流子寿命的测量一般可分为两大类，一类是直接法，如光电导衰减法；另一类为间接法，如扩散长度法。
4） 几何尺寸
半导体材料的机械几何尺寸参数，主要指直径、厚度、主参考平面、次参考平面、总厚度偏差、弯曲度、翘曲度、平整度及粗糙度等。随着IC工艺要求的提高，目前已逐步采用非破坏性的、无接触式方法来对晶片加工后的各项技术参数进行测量。
测量硅片直径时有两种方法：方法1采用光学投影法，方法2采用千分尺法测量硅片直径。随着切割技术的提高，目前实际使用时大多采用千分尺法测量硅片直径。
测量外延层厚度时可以用红外反射法，利用不同外延层对红外光的反射谱不同进行测量；另外还有三种破坏式测量方法，分别是封蜡腐蚀法、磨角染色法和堆垛层错尺寸法。
晶片的弯曲度、翘曲度、表面平整度和表面局部平整度是目前比较关注的一个问题，尤其是光伏产业的晶片。以前采用内圆切割机时，弯曲度测量属于比较难解决的问题，现在一般采用线切割，弯曲度几乎为零。弯曲度、翘曲度和表面平整度的测量目前均采用无接触式电容法测量。
目前还没有粗糙度的测试方法，包括晶片表面波纹和刀痕的测量
5） 表面质量参数
表面质量参数主要指表面宏观缺陷、表面颗粒含量、表面金属杂质沾污、表面应力等。GB/T 6624-2009 和 GB/T 17169-1997 是利用目视和光反射成像对硅抛光片和外延片表面质量进行检查的方法。GB/T 19921-2005 和 YS/T 27-1992是对晶片表面颗粒的测试方法，其中GB/T 19921-2005 采用通过对待侧样片进行激光扫描记录散射光的强度和位置，与预先设置的聚苯乙烯乳胶球等效的散射光强度相比较，得出不同直径颗粒的总数和分布。
GB/T 24575-2009、GB/T 24577-2009、GB/T 24578-2009、GB/T 24579-2009 和 GB/T 24582-2009 是对硅片表面有机污染物和金属沾污的测量方法。YS/T 25-1992 为硅抛光片表面清洗方法，通过清洗后表面再现原来的状态。
6硅的生产加工
下面以硅为例，介绍半导体材料的生产制备过程。
硅是地壳中除氧之外含量最多的元素，但自然界中没有硅单质的存在，硅元素主要以化合物二氧化硅(SiO2)的形式存在，俗称石英石。因此想得到硅，需要经过一系列的物理化学反应。
6.1多晶硅的制备
国内外生产多晶硅的方法主要由以下几种：
1） 改良西门子法——闭环式三氯氢硅氢还原法
改良西门子法是用氯和氢合成氯化氢（或外购氯化氢），氯化氢和工业硅粉在一定的温
度下合成三氯氢硅，然后对三氯氢硅进行分离精馏提纯，提纯后的三氯氢硅在氢还原炉内进行 CVD 反应生产高纯多晶硅。主要过程有：
（1）石英砂在电弧炉中冶炼提纯到98%并生成工业硅，其化学反应为SiO2+C→Si+CO2↑。
（2）为了满足高纯度的需要，必须进一步提纯。把工业硅粉碎并用无水氯化氢(HCl)与之反应在一个流化床反应器中，生成拟溶解的三氯氢硅(SiHCl3)。其化学反应为Si+HCl→SiHCl3+H2↑。反应温度为300度，该反应是放热的。同时形成气态混合物(H2,HCl,SiHCl3,SiCl4,Si)。
（3）第二步骤中产生的气态混合物还需要进一步提纯，需要分解、过滤硅粉，冷凝SiHC13,SiC14，而气态H2,HC1返回到反应中或排放到大气中。然后分解冷凝物SiHCl3,SiCl4，净化三氯氢硅（多级精馏）。
（4）净化后的三氯氢硅采用高温还原工艺，以高纯的SiHCl3在H2气氛中还原沉积而生成多晶硅。其化学反应为SiHCl3+H2→Si+HCl。
多晶硅的反应容器为密封的，用电加热硅池硅棒（直径5-10毫米，长度1.5-2米，数量80根），在1050-1100度在棒上生长多晶硅，直径可达到150-200毫米。
这样大约三分之一的三氯氢硅发生反应，并生成多晶硅。剩余部分H2,HCl,SiHC13,SiCl4从反应容器中分离。这些混合物进行低温分离，或再利用，或返回到整个反应中。气态混合物的分离是复杂的、耗能量大的，从某种程度上决定了多晶硅的成本和该工艺的竞争力。
2) 硅烷法——硅烷热分解法
硅烷（SiH4）是以四氯化硅氢化法、硅合金分解法、氢化物还原法、硅的直接氢化法等方法制取。然后将制得的硅烷气提纯后在热分解炉生产纯度较高的棒状多晶硅。其化学反应为SiH4—→Si+2H2↑。
3）流化床法
以四氯化硅、氢气、氯化氢和工业硅为原料在流化床内（沸腾床）高温高压下生成三氯氢硅，将三氯氢硅再进一步歧化加氢反应生成二氯二氢硅，继而生成硅烷气。制得的硅烷气通入加有小颗粒硅粉的流化床反应炉内进行连续热分解反应，生成粒状多晶硅产品。
6.2单晶硅的制备
利用多晶硅生产多晶硅的方法主要有以下两种：直拉法和区熔法。这两种方法制备的单晶硅具有不同的特性和不同的器件应用领域，区熔单晶硅主要应用于大功率器件方面，而直拉单晶硅主要应用于微电子集成电路和太阳能电池方面，是单晶硅的主体。直拉法基本原理：原料装在一个坩埚中，坩埚上方有一可旋转和升降的籽晶杆，杆的下端有一夹头，其上捆上
一根籽晶。原料被加热器熔化后，将籽晶插入熔体之中，控制合适的温度，使之达到过饱和温度，边旋转边提拉，即可获得所需单晶。具体制备步骤一般包括：多晶硅的装料和熔化、引晶、缩颈、放肩、等颈和收尾。
（1）多晶硅的装料和熔化：首先，将高纯多晶硅料粉碎至适当的大小，并在硝酸和氢氟酸的混合溶液中清洗外表面，以除去可能的金属等杂质，然后放入高纯的石英坩埚内。在装料完成后，将坩埚放入单晶炉中的石墨坩埚中，然后将单晶炉抽真空使之维持在一定的压力范围之内，再充入一定流量和压力的保护气，最后加热升温，加热温度超过硅材料的熔点1412℃，使其充分熔化。
（2）引晶：选取籽晶尺寸为 8×120mm 、方向为的籽晶制备后，对其进行化学抛光，可去除表面损伤，避免表面损伤层中的位错延伸到生长的直拉单晶硅中；同时，化学抛光可以减少由籽晶带来的金属污染。在硅晶体生长时，首先将定向籽晶固定在旋转的籽晶杆上，然后将籽晶缓缓下降，距液面 10mm处暂停片刻，使籽晶温度尽量接近熔硅温度，以减少可能的热冲击；接着将籽晶轻轻浸入熔硅，使头部首先少量溶解，然后和熔硅形成固液界面；随后，籽晶逐步上升，与籽晶相连并离开固液界面的硅温度降低，形成单晶硅。
（3）缩颈：去除了表面机械损伤的无位错籽晶，虽然本身不会在新生长的晶体硅中引入位错，但是在籽晶刚碰到液面时，由于热振动可能在晶体中产生位错，这些位错甚至能够延伸到整个晶体，而缩颈技术可以减少位错的产生。引晶完成后，籽晶快速向上提拉，晶体生长速度加快，新结晶的单晶硅直径将比籽晶的直径小，可以达到3mm左右，其长度约为此时晶体直径的 6～10倍，旋转速率为 2～10rpm。
（4）放肩：在缩颈完成后，晶体的生长速度大大放慢，此时晶体硅的直径急速增加，从籽晶的直径增大到所需的直径，形成一个近 180°的夹角。在此步骤中，最重要的参数值是直径的增加速率。放肩的形状与角度将会影响晶体头部的固液面形状及晶体品质。如果降温太快，液面出现过冷情况，肩部形状因径快速增大而变成方形，最严重时导致位错的再现而失去单晶结构。
（5）等颈：当放肩达到预定晶体直径时，晶体生长速度加快，并保持几乎固定的速度，使晶体保持固定的直径生长，由于生长过程中，液面会逐渐下降及加热功率上升等因素，使得晶体散热速率随着晶体长度而递减。因此，固液界面处的温度梯度减小，使得晶体的最大拉速随着晶体长度而减小。
（6）收尾：在晶体生长接近尾声时，生长速度再次加快，同时升高硅熔体的温度，使得晶体的直径不断缩小，形成一个圆锥形，最终晶体离开液面，单晶硅生长完成，这个阶段
称为收尾。
6.3单晶硅加工成单晶硅抛光片工艺流程
传统硅片的加工工艺流程：单晶生长→切断→外径滚磨→平边或V型槽处理→切片→倒角→研磨→腐蚀→抛光→清洗→包装。
切断：目的是切除单晶硅棒的头部、尾部及超出客户规格的部分，将单晶硅棒分段成切片设备可以处理的长度，切取试片测量单晶硅棒的电阻率、含氧量。
外径磨削：由于单晶硅棒的外径表面并不平整且直径也比最终抛光晶片所规定的直径规格大，通过外径滚磨可以获得较为精确的直径。
平边或V型槽处理：指定向基准平面加工，用单晶硅捧上的特定结晶方向平边或V型槽。 切片：指将单晶硅棒切成具有精确几何尺寸的薄晶片。
倒角：指将切割成的晶片锐利边修整成圆弧形，防止晶片边缘破裂及晶格缺陷产生。 研磨：指通过研磨除去切片和轮磨所造成的锯痕及表面损伤层，有效改善单晶硅片的翘曲度、平坦度与平行度，达到一个抛光过程可以处理的规格。
在半导体材料的加工过程中，通常在磨片后还要经历化学腐蚀、化学机械抛光和清洗等步骤。
1）化学腐蚀
在半导体材料磨片工序后，通常要进行化学腐蚀除去片子表面残留物，除去片子表面层，侵蚀剂通常采用诸如 NaOH 一类的强碱，而控制腐蚀速率和保证腐蚀效果通常需要加入缓蚀剂来完成。
2)化学机械抛光
化学机械抛光(CMP)是目前最为普遍的半导体材料的表面平整技术，是将机械摩擦和化学腐蚀相结合的工艺，兼收了二者的优点，可以获得比较完美的表面。较为常见的 CMP 工艺是铜离子和铬离子抛光，前者存在铜离子玷污的缺点，后者受到 Cr2O3颗粒尺度的限制，这两种方法已经逐渐被二氧化硅胶体抛光所替代。碱性二氧化硅抛光是利用碱与硅的化学腐蚀反应生成可溶性硅酸盐，通过细小柔软、比表面积大、带有负电荷的 SiO2胶粒的吸附作用，及其与抛光垫和片子间的机械摩擦作用，及时除去反应产物，使之连续地在片子表面进行化学机械抛光，同时借助 SiO2的吸附活性和碱的化学清洗作用，达到去除片子表面损伤层与沾污杂质的抛光目的。
3）清洗
在半导体材料表面存留的杂质，从种类上可以分为有机杂质和无机杂质。对于有机杂质，
通常根据相似相溶原理，用甲苯、丙酮、酒精或更高级的合成洗涤剂来去除，这种方法配合上兆声清洗，可以得到比较好的效果。对于无机杂质，一般为金属离子，通常利用碱性作用和络合反应除去。常用的清洗溶液为由双氧水、氨水、去离子水组成的Ⅰ号清洗液和由双氧水、盐酸、去离子水组成的Ⅱ号清洗液，即产生于 20 世纪 60 年代的 RCA 湿法清洗技术。过氧化氢在清洗中主要起到氧化作用，氧化有机和无机杂质，使低价化合物变为高价化合物，难溶物质变为可溶物质。氨水在清洗中主要起到碱性作用和络合作用，它一方面提供碱性环境，使一些金属离子形成可脱落的沉淀，另一方面，氨分子作为良好的配位体，能够与多种金属离子形成可溶性络合物。而过氧化氢在酸性环境下的标准电极电势要高于在碱性环境下的，所以Ⅱ号清洗液中的过氧化氢拥有更强的氧化能力，另外，盐酸的氯离子也具有络合作用。
7半导体材料的发展展望
1）硅材料作为微电子技术的主导地位，到 21 世纪中叶都不会改变。人们可以利用多种形式，如减小器件尺寸从而提高集成度和功耗，利用系统集成或微电子混合电路等继续发展下去。
2）由于金刚石有着比氮化镓更大禁带宽度，可以耐更高的温度，它的抗腐蚀性能好，可工作在非常恶劣的环境中，但是这种材料存在主要的一个问题是单晶薄膜生长非常困难，至今没人制备出来。因此另外，金刚石单晶薄膜也是半导体材料中不多的一个极有应用前景的材料。
3）还有一种材料就是基于低维半导体材料的量子器件的研究。据分析，量子材料的密度函数与普通材料世界然不同的，随着材料的尺寸减小，维数降低，量子尺寸效应、量子干涉效应、量子遂穿等效应变得越来越明显，这就构成了量子器件的基础。这完全不同于基于 PN 结里面电子、空穴的扩散和漂移的器件，它是一种崭新的材料，有更大的发展前景。