從1998年至2018年寬禁帶半導體材料研究報告

寬禁帶半導體材料也被稱為第三代半導體材料(一代和二代分別為矽、鍺)， 其帶隙大於或等於2.3 eV。 寬禁帶半導體材料一般具有電子漂移飽和速度高、介電常數小、導電性能好等特點， 受到了研究者廣泛研究。 傳統的寬禁帶半導體有SiC、GaN、ZnO和Ga2O3等， 以及其他II-VI組化合物材料。 這類寬禁帶材料具有短波吸收、高擊穿電壓等特點， 因此在發光二極體(LEDs)與鐳射二極體(LDs)領域具有巨大的應用前景。 此外， 隨著近些年太陽能電池(SCs)的迅猛發展， 寬禁帶半導體材料開始在太陽能電池領域發揮重要作用。 比如研究者開發了許多寬禁帶有機聚合物半導體材料廣泛應用於聚合物太陽能電池，

也有研究者將許多寬禁帶材料(如ZnO、NiO和MoO3等)薄膜應用於鈣鈦礦太陽能電池充當電子/空穴傳輸層。 寬禁帶材料除了在LEDs、LDs和SCs上具有廣泛的應用前景外， 在光電探測器領域(PDs)也發揮著重要的作用， 比如ZnO納米陣列的紫外探測。 總之， 隨著納米領域與半導體領域的蓬勃發展， 一系列寬禁帶化合物半導體材料為新能源、新電子器件的發展帶來了無限的潛力。 這裡， 我們系統的調查研究了寬禁帶半導體材料的研究現狀。

本次調查報告以Web of Science為檢索工具， 以wide-bandgap為關鍵字檢索得到以下資料， 從1998年至2018年。 SCI共收錄關於寬禁帶半導體材料的研究文章共3821篇， 下面是發文情況的具體分析：

1.年度發文統計

圖1 不同年份發表的論文數

從統計資料中可以看出關於寬禁帶半導體的相關論文發表數呈上升趨勢， 從2000年的不到100篇突破到2017年的近600篇。 這說明寬禁帶材料的研究越來越熱門， 研究者對於寬禁帶材料的熱情也越來越高。

2.發文類型的統計

圖2 發表文章類型統計

關於寬禁帶半導體材料研究方面， 歷年發表的文章包括論文、會議論文、綜述社論和其他等， 其中論文和會議論文占總數量的絕大多數。

3.不同研究方向發文統計

圖3 不同研究方向論文數量統計

以上為歷年不同研究方向論文數量統計圖。 從發文方向可以看出， 寬禁帶半導體材料的應用領域十分廣泛。 其中， 工程、物理、材料科學、光學和化學類方向是研究的主流。

此外， 該類材料涉及的研究領域跨度也十分大， 從物理到化學再到能源都有非常多的研究， 說明該類材料應用前景十分良好。

4.發文量居前十位的期刊以及發文數量

表1 發表文章數排名前10的主要期刊

寬禁帶半導體材料的文章發文數量巨大， 從表1可以看出APL佔據發文數量第一， 多達114篇。 此外像AM， AEM和AFM等三大頂級期刊也報導了許多關於寬禁帶半導材料的相關文章。

5.發表論文最多的機構

表2 發表文章數排名前10的研究機構

隨著寬禁帶半導體材料的研究越來越熱門， 全球的科研機構都在積極的投入相關研究。 從表3可以看出中國科學院高居發文榜第一， 數量高達2841篇， 美國能源部和法國國家科學研究院緊跟其後。

6.最具影響力的研究人員

寬禁帶半導體材料研究的高被引文章一共79篇， 熱點文章8篇。 下表是高被引文章中被引次數排名前10的文章與研究人員的統計情況。

表3 高被引文章中被引次數排名前10的文章與研究人員

6.國際公開專利年度發表情況

根據WIPO資料對“wide-bandgap” 材料的相關專利發表情況進行了檢索並統計， 截止2018年發表專利總數達到32110篇， 下麵是2008至2018年十年內專利發表的統計圖表。 從圖表可以看出， 近十年對於寬頻隙半導體材料的專利數量每年都到達1500篇以上， 這說明寬頻隙半導材料的研究熱度經久不衰。