（一） 沙龙活动情况 

　　2017年6月8日，中国科学院老科技工作者协会在半导体所老科协分会举办了题为“锑化物半导体材料、器件和应用”的沙龙活动。半导体所老科协分会、半导体所离退休办公室和民主同盟中科院半导体所支部协助承办了这次活动。在这次活动中，中国科学院半导体所的牛智川、赵有文两研究员，分别就“低维铟鎵砷锑半导体材料及其红外光电器件”、“锑化物半导体材料研制及应用”做了专门的介绍。新任我所老科协分会理事长的王玉富博士，主持了今天的报告会。 

　　两报告除了报告的侧重点有所不同外，主题内容基本一致，理论与应用相结合，深入全面地介绍了锑化物半导体材料在国内外研究进展情况及其在国防建设和国民经济建设方面的应用前景，并对其发展趋势进行了认真的探究。 

　　在今天的活动中，有中科院老科协领导张志林、李致洁，老科协办公室负责人麻莉雯、樊锦华等同志出席。 半导体所的夏建白院士，党委书记冯仁国研究员，所长助理谭平恒研究员，及本所涉及该领域的半导体材料专家等近三十人参加了当天的沙龙活动。 

到会的各位领导 

（二） 沙龙活动内容  

　　低维铟鎵砷锑等锑化物半导体材料，早已被国际上公认为是研制红外光电器件的首选材料体系。其中，红外探测器件又是国防建设如红外制导、海洋监测、深空探索等设备中的重要元件。因此，该材料正成为美、日、德等发达国家竞相开展研究的热点课题，广为人们瞩目。 

　　因为红外探测器在民用工业、军事领域、太空装备等诸多领域有着十分广泛和重要的应用。随着需求的不断发展扩大，人们对红外探测器性能提出了更高的要求：大面阵、多波段(或多色)、高工作温度、重量轻、成本低、易于维护等。近年来，InAs/GaSb超晶格材料所具有的 型能带结构和高灵敏宽谱红外光电响应特性引起了人们极大的兴趣，探索锑化物超晶格等第三代新型红外半导体光电子材料已成为研究热点。现在，锑化物以其独特物理性能和光电器件的应用价值，在红外光电子器件方面具有重大发展前景。被认为是继砷化物、磷化物、氮化物等III-V族体系获得巨大成功后的新的前沿方向。 

　　本次沙龙就这一重要研究方向的主要进展、问题和发展趋势进行了深入研讨。 

　　一、牛智川在“低维铟鎵砷锑半导体材料及其红外光电器件”报告中，谈了如下问题： 

　　1、第三代红外探测材料与器件发展现状 

　　电磁波的分布，可见光、X射线、微波之外，还有红外。红外光在大气有很多关键的窗口。各种红外器件有很多的重要的应用，比如说红外遥感、激光通信、红外武器等等。 

　　红外探测器可以有热电、光电等，一般来说都需要制冷，制冷目的是要提高探测率、降低噪音。光电类型红外探测器一般被称为高性能的红外探测器，上世纪就有发展，成像方式有扫描、凝视等。现在主要发展则已采用多色大面阵。 

　　高光谱，首先要宽，要能构成一个三维清晰目标图像。通常来说频道内要大于100个频道；像素面积或者是探测范围则决定于探测器阵列规模。比如说波长1-5 微米，宽光谱， 640 512 焦平面（碲镉汞探测器）成像，就可以同步反映物体温度、表面、阴影、光反射、周围环境信息。推而广之，这样的高光谱探测可以用于减灾防灾，海洋监测、深空探索等等。 

　　红外探测的另一个趋势是开展红外对抗。小型的半导体器件前沿机会很大。小体积、轻重量、低成本、低功率、多模式、高清晰、抗干扰、长寿命、宽范围。这是我们做这些红外材料器件的背景。 

　　2、锑化物半导体特性及其红外器件优势 

　　锑化物是近15年来突破的新体系，而且工作范围就是中远红外，看起来，锑化物超晶格具有中心优势。过去，锑化物中Sb元素的精确控制难题长期没有解决。直到2003-2005年，锑化物纳米超薄层外延、掺杂、As/Sb互混、表面钝化等技术逐一取得了重要进展！ 

　　我们可以通过调节超晶格的周期让导带灵活调整，实现不同能带结构。InAs/GaSb超晶格探测波长由能带带隙决定。探测波长1-20微米可调，可有效抑制俄歇复合，提升量子效率。超晶格典型的纳米尺度结构，外延制备技术至关重要。超晶格红外材料的灵活性是因为有设计的灵活性，外延则提供了实验上的便利性。 

　　目前，两种最重要红外探测材料碲镉汞（MCT）与锑化物超晶格（SLs）对比，效率是接近的。锑化物超晶格则更具有如下优点：大尺寸、大面阵；高均匀性、低成本；适用III-V族半导体成熟工艺。 

　　3、锑化物II型超晶格红外探测器国际国内研究进展 

　　锑化物红外探测器原来在技术有难度，性能不行，2000年逐步突破以后，现在国际上已有许多家公司进入这个领域，规模、效益已经成倍的提升。 

　　我们所的锑化物外延已有一定的实验室规模。现在可以做短波、中长波640 512焦平面阵列 。材料器件的性能稳定性越来越高。我们提交用户的产品标准相当高，可以选择不同波段，中长波、中短波的双色器件。 

　　4、未来发展方向 

　　2013年，我们牵头召开国家基金委资助的“锑化物低维材料与器件基础物理与关键制备技术”北京研讨会，还主持建议《国家基金委重大项目》。汇总了一下锑化物能干什么事，除了基础研究、材料、物理基础方面以外，能够用的重大方向有激光器、探测器，集成电路等，具有多领域、多类型的重大应用前景！ 

　　研制大尺寸GaSb单晶和衬底是Sb化物光电器件发展的先决条件。我们要把外延这个技术牢牢掌握在手中，发展更大尺寸的外延技术。 

　　总的来说，红外光电器件长期以来受现有半导体材料工作波段窄、光电效率低、工艺制备难等系列瓶颈影响。近年来锑化物半导体材料和红外器件研究获得一系列突破，孕育了重大新机遇。 

牛智川研究员作报告 

　　二、赵有文在“锑化物半导体单晶材料研制及应用”报告中，谈了如下问题： 

　　1、锑化物材料性质及应用背景 

　　锑化镓（GaSb）、锑化铟（InSb）带宽0.7电子伏特左右，正好在红外波段。直到最近这10年左右，红外探测器和红外激光器取得很大进展，材料应用越来越宽。InSb应用主要有 3-5微米红外探测器、霍尔器件，跟我们生活、跟工业密切相关。红外分了几个波段（以微米为单位）：从0.7到1，1到3，另外中长波为3到5，甚长波8到12，还有12以上的，中长波就是用刚才说的锑化物做的。  

　　2、GaSb和InSb单晶生长技术进展 

　　锑化镓、锑化铟这两个材料，单晶材料主要是用来做外延衬底的，生长一直用直拉法。GaSb单晶：常压液封直拉法 （LEC），覆盖剂为NaCl/KCl，常规晶体直径2-4英寸；InSb单晶：常压直拉法 （Cz），常规晶体直径2-4英寸。 

　　英国有家公司叫Wafer Technology一直坚持做锑化物，最近几年因为红外探测器趋势也投入了大量人力、物力，商品可以提到4英寸，也有6英寸的产品。锑化镓材料，有一个缺点是特别容易氧化，给加工带来困难，表面很难控制。英国这家公司投入了大量的人力研究抛光，研究氧化层，现在表面颗粒物降低了很多。锑化镓材料比较软、也比较脆，给晶片的加工带来很大困难，对抛光、研磨有很高的要求，目前已可以做到很好的结果了，可以满足红外焦平面阵列的要求。 

　　国内的情况，GaSb采用常压液封直拉法、（100)晶向生长。我们控制熔体化学配比、热场（固液界面形状、温度梯度）、拉晶速度、降温冷却速率等，得到良好的成晶率及电学参数。这些年我们所里给了一些支持，今年还要买两台加工设备。年底我们可能要搬到廊坊去，那里有比较好的研发生产条件。要建一个标准的超净间，切、磨、抛光都可以做， 片子将在超净间封装包起来。 

　　3、衬底制备技术进展 

　　锑化镓的材料作为衬底也有缺陷，常见的就是位错，有时候也出现孪晶。目前热场、生产工艺控制得好，位错密度比较低了。对材料有影响就是点缺陷。一般常规的高纯材料透光比较好的；通过掺n型杂质，可以把透光率达到很高的水平。还有，如果表面粗糙度太高或者是氧化层太厚的话，衬底界面质量就很差。所以粗糙度越小越好，目前一般来说能做到0.5纳米以下就不错了。 

　　4、锑化物红外器件及应用 

　　最后介绍一点应用。锑化镓衬底过去做热光伏器件比较多，但是这个市场一直没有发展起来。目前最大的应用就是用锑化镓衬底来做外延，做红外探测器、红外激光器，做超晶格体系的器件。中长波红外探测器的波长大概可到十几微米的范围，得到探测图像、成像也非常好，质量很高。 

　　欧洲国家瑞典、立陶宛、德国等几家公司做的锑化镓产品不错。以色列在军工上很强的，红外这块做的很好。应用首先是军事上，应用非常多的是武器装备。在制导武器上都要配备红外装置，现在军工需求很大。在民用上，红外用的也非常多，常用的大气检测、污染源控制等等都用红外检测，还有成像、监控。医疗上诊断用的红外技术很多，所以这个市场非常好，将来发展前景非常好。 

　　5、总结及展望 

　　GaSb/InSb单晶生长技术得到快速发展，4-6英寸单晶衬底即将投入商业化生产。单晶衬底表面加工技术取得显著进展，表面质量和平整度已接近GaAs和InP单晶衬底的水平，满足红外器件外延材料生长要求。本所的GaSb单晶衬底制备技术近年来取得长足进展，打破了国外禁运，为我国新型红外器件的发展提供了材料保障。 

 赵有文研究员作报告    

（三）沙龙活动结论 

    报告完后，大家对一些有关技术问题，推广应用的问题进行了热烈和认真的讨论。专家们认为，这种低维铟鎵砷锑等锑化物半导体材料，早已被国际上公认为是研制红外光电器件的首选材料体系。其中，红外探测器件又是国防建设如红外制导、海洋监测、深空探索等设备中的重要元件。因此，该材料正成为美、日、德等发达国家竞相开展研究的热点课题，广 为人们瞩目，我们国家应引起重视。 

    出席会议的中科院老科协领导、半导体所的领导和中科院院士夏建白，也都作了重要发言。他们肯定了此次沙龙活动，赞扬了半导体所的锑化物研究工作做得“非常好”，“激动、振奋”，“非常感谢”。 

    夏建白院士说：我们所半导体红外探测器做的比较早，但成效不大。这一次牛智川做的比较好，做了前端以后，确实我们研究所没这个力量做后面的，就跟武汉高德（音）公司合作，高德公司做后面电路的部分。对外搞合作，这是一条出路。 

    刘忠立说：我今天听完这两个报告，非常的激动。两位坚持了这么多年，应该说不管是从技术、应用来说，做的相当不错。尽管我们目前在国际上不能说是很先进、第一流，但是成果非常显著。想想我们已有的条件，我觉得很不容易。 

    报告完毕后，专家们还对报告者在研究工作中的有关问题进行了质询，对其与兄弟单位间的差距与合作，在工作中的交流情况和所领导应给与的支持等方面的问题，进行了热烈的发言，提出了许多宝贵的意见。到会的我所老一辈科技工作者们对这一研究工作表现了很大的兴趣，并给与了热情的赞扬和寄予了殷切的希望。 

（四） 沙龙活动建议 

    刘忠立说：我们一方面建立在所里面的赶和超，也要考虑与国内做的比较好的单位如上海的技术物理所进行互补，经常跟他们学术交流。如果有可能的话做适当分工也未尝不可，为了国家总体的提高嘛。 

    王玉富说：我们国家的科研投入，有两个方面是更容易有作为的：一个是美国对我们国家的封锁，我们离国外有些差距，锑化物这方面尤其明显。有差距就要去闯，去攻关。另一方面是要找到现今世界上对整个产业、科技有重大影响的课题，即摸准方向。 

    余金中说：为什么半导体所没有像计算所那样在整个社会影响大？！半导体所能否在你们这新一届所班子的领导下，在一些方针政策上做某些变更。我还坚持那句话“有所为，有所不为”。红外、远红外是重要的方面。我们可否选择一两个主流方向，作为所的研发重点。另外，我建议你们作为党委书记的，能否召开一到两次、或一年一次的所内老的科技人员会，听听他们有些什么建议。还希望所里可否有所侧重这个项目，这个在国际上目前是热门的，我期待可以做的更好些。 

    张志林说：我们半导体所有很多具有优势、特点的工作，为什么没有在这方面出名，包括我们的开花、结果。非常感谢所领导自始至终坐在这里听，而且还在做记录。根据这么多优秀科学家提出的建议，认真研究一下我们的问题在哪、症结在哪，今天的工作怎么样形成一个拳头，又让我们半导体所产生大的成果。 

    刘忠立还说：作为所里的发展，应该有一个战略研究，战略研究靠谁？靠真正有思想、有经验的战略专家组成。战略研究不是一个人说了算，要经过非常认真、细致研究调查讨论，最后制定政策。我们的李所长非常不错，如果有这样的机制以辅佐，我想会锦上添花。 

    谭平恒说：开了这个会感觉到大家非常的热情，而且对半导体所的发展非常的关心。人才的问题。如果没有后备队伍所里再怎么支持也不行。所以说要将找人才与培养下面的人两者结合起来。 

    有的专家还建议：半导体所领导对锑化物研究工作的产业化问题要给予重视和支持；希望半导体所的这些具有特点的工作，形成优势，形成拳头，在所里开花、结果，为所争光。 

（五）沙龙活动经验 

    半导体所老科协分会开展的沙龙活动，仍坚持自身形成的多种特色，即报告主题具有前瞻性，紧密结合国家的国防建设与经济发展需求；尽力与本所的科研工作挂钩，相辅相成，相得益彰；要有开放眼光，努力邀请院外的有关专家或企业界人士来做报告，开阔眼界，增长学识，互融互通，相互促进。组织者们充分发挥老科协的协调作用，热情邀请民主党派人士，无党派知名院士，积极参加到沙龙活动的组织实施和交流中来。 

　　                                        半导体所离退休办公室 

　　                                        半导体所老科协分会 

　　                                            2017年6月30日