目前，各个行业均在推动产业链智能化、信息化、自动化的进程，半导体产业作为全球科技产业发展变革的核心驱动力，对整个社会的发展有着举足轻重的作用。硅是当前非常重要的半导体材料，全球有近95%的半导体芯片、器件是由单晶硅硅片作为基底功能材料生产出来的，而多晶硅作为制备单晶硅的前驱体，其对于纯度的把控十分的严格，需要达到99.999999999%（小数点后9个9）。小编将通过专题的形式向大家详细介绍半导体材料，本文先聊聊为什么要用硅作为半导体的基底材料？
半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，而硅是各种半导体材料应用中最具影响力的一种。
半导体材料—锗
事实上，锗在半导体发展初期是主流的材料，第一个晶体管是锗基晶体管，第一个集成电路芯片是锗芯片。锗与硅一样同属于IV族的元素，比硅多了一个电子层，因为属于同族的元素，所以锗具有和硅类似的半导体特性，可以用来放大信号；因为锗比硅多了一个电子层，所以它相较硅会更加的活泼，在温度高于70℃的情况下，锗晶体管就无法工作了，这也是导致后来锗无法与硅竞争的一大关键因素。
再者是锗比较稀有，矿产资源分布较为分散。美国地质调查局2016年曾发布的一份数据显示，全球已探明的锗保有储量仅为8600金属吨，主要分布在美国、中国和俄罗斯。因为资源较少，导致其成本十分高昂，使得其很难大规模的进行量产加上其热稳定性不好、半导体的界面缺陷很多、氧化物不够致密等问题，使得其市场份额逐步减少。目前锗主要应用于某些特殊领域的特定场景，如90nm以上CMOS（数码摄像器材感光元件）的生产、核物理探测、航空航天测控。
半导体材料—硅
反观硅，作为仅次氧的排名第二的地球元素，其含量巨大，不需要过分选择地点就可以建成工厂进行生产。其次它的化学性质和物理性质都十分稳定；本身无毒无害，对于环境非常友好；有着致密、高介电常数的氧化物，可以轻易制备出界面缺陷极少的硅氧化硅界面；提纯的操作比较容易，能够达到很高的纯度，基于以上种种因素，硅当之无愧的成为了半导体材料中的基本材料。
随着科技的发展，人们逐渐发现硅存在电子迁移率和饱和电子速率较低、发光性差、衬底高频损耗较高等问题，这些因素限制了硅在半导体某些领域的应用。于是有非常多的科学家开展了一系列新型材料的研究，如氮化镓、石墨烯、各种有机半导体材料等。
半导体材料—氮化镓
镓元素属于III族，一般不会单独使用，而是作为化合物结合成氮化镓、砷化镓、氧化镓等。氮化镓（GaN）是最具代表性的第三代半导体材料之一，是目前世界上最先进的半导体材料。氮化镓具备更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率、更高的电子饱和速率及更优的抗辐照能力，使得其应用非常的广泛。
在电源领域，由于氮化镓的禁带宽度高，具有优良的功率转换效率，在同等体积下可实现更高的充电功率；在无线通信领域，氮化镓射频功率放大器（PA）具有更快的开关速度，可用于更高带宽的数据传输。与其他半导体相比，它的功率更大、频率更高、体积更小、可以承受更高的工作电压，在5G通信基站中可以有效减小收发通道数，从而降低整体成本；在无人驾驶汽车领域中，由于氮化镓场效晶体管的开关速度是传统的MOS晶体管的十倍，使得激光雷达具有更快的响应速度和更佳的图像解析度以生成电子地图。
* 禁带是指电子从原子核轨道上脱离所需要的能量，氮化镓的禁带宽度为3.4eV，是硅的3倍多，禁带宽度决定了一种材料所能承受的电场。
虽然以氮化镓为代表的一系列新型材料在某些方面的性能能够超过硅，但在实际应用中，或因为制作工艺难度高、或因为成本高昂，使得大规模工业应用还存在相当的难度，所以当前还并未替代硅成为主流的半导体材料，但随着技术的发展，其应用前景还是非常可观的。
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