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半导体材料作为现代电子工业的基石，正迈向纳米化发展阶段，推动信息技术进入全新量子时代。近日，中国科学院院士、半导体研究所研究员王占国在中国科技馆科学讲坛上，向数百名听众详细介绍了半导体材料的分类、发展现状及未来趋势。

半导体是一类介于导体与绝缘体之间的材料，自1947年发明以来，广泛应用于家电、通信、网络、航空航天及国防等领域，极大推动了电子工业的革命性进步。2010年，全球半导体市场规模达到2983亿美元，带动了万亿美元级别的电子产品产业链。

王占国院士指出，半导体材料可分为三代：第一代为锗和硅，第二代为砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）等化合物半导体，第三代则包括宽禁带半导体如碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）及金刚石等。

在第一代材料中，12英寸硅单晶片已实现大规模生产，18英寸单晶硅也在实验室成功制备。全球每年用于集成电路的硅用量约为2万吨。尽管我国多晶硅产量逐年增长，但由于纯度限制，集成电路用硅片仍依赖进口。硅基微电子技术方面，国际上8英寸硅片已广泛应用于大规模集成电路生产，我国目前拥有5至12英寸的38条集成电路线。

工艺水平方面，国际领先的12英寸硅片已实现45纳米工艺量产，预计2016年将开发出16纳米工艺，而我国多数企业仍处于0.18微米至65纳米工艺水平，少数企业拥有45纳米工艺。王占国预测，到2015年我国将拥有多条45至90纳米工艺的8英寸及12英寸生产线，2022年有望进入国际先进水平。

随着集成度提升，硅片面临功耗激增及热管理难题，芯片尺寸缩减至10纳米极限后，硅基技术难以满足信息处理需求。为此，第二代半导体材料如GaAs和InP因其高速和低功耗特性，成为重要替代方案，广泛应用于卫星通信、移动通信、光通信及GPS导航等领域。GaAs晶圆尺寸已从2英寸发展至实验室研制成功的8英寸。

第三代宽禁带半导体材料如氮化镓、碳化硅和氧化锌，因其禁带宽度大、击穿电压高、热导率优异及电子迁移率高等优势，正快速发展并应用于高功率、高频率电子器件及半导体白光照明领域。王占国预计，到2015年我国将实现150流明/瓦的半导体照明灯具，工作电压仅为3至4伏，兼具安全与节能优势。

未来半导体材料的发展趋势将由传统三维体材料向低维纳米材料转变。基于GaAs和InP的低维材料技术已较为成熟，广泛应用于光通信、移动通信和微波通信领域。纳米尺度的半导体材料能够在原子和分子层面精确控制，制造出性能卓越的人工微结构材料及器件，有望引发新一轮技术革命，推动人类进入充满变幻的量子信息时代。