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 新闻资讯     |      2021-04-05 15:33

  现代世界里,没有人可以说本身跟“半导体”没有干系。半导体听起来既生硬又冷冰冰,但它不只是科学园区里那帮工程师的事,你天天滑的手机、用的电脑、看的电视、听的音响,内里都有半导体元件,可以说若没有半导体,就没有现代世界里的轻巧又好用的高科技产品。

  半导体的重要性不行言喻,甚至被誉为世界上第 4 大重要发现。美国《大西洋月刊》曾找来科学家、汗青学家、技能专家为人类史上的重大发现排名,半导体名列第 4,排在前面的别离是印刷机、电力、盘尼西林。

  而提到半导体,就不得不提到半导体的基本——质料。

  在二十世纪的近代科学,出格是量子力学成长知道金属质料拥有精采的导电与导热特性,而陶瓷质料则否,性质出来之前,人们对付附近物体的认识仍然属于较为巨观的瞭解,当时已经介于这两者之间的,就是半导体质料。

  半导体的发源

  

半导体质料的成长史及质料机能阐明

  英国科学家法拉第(MIChael Faraday,1791~1867),在电磁学方面拥有很多孝敬,但较不为人所知的,则是他在1833年发明的个中一种半导体质料:硫化银,因为它的电阻跟着温度上升而低落,其时只以为这件事有些怪异,并没有激起太大的火花。

  然而,本日我们已经知道,跟着温度的晋升,晶格震动越锋利,使得电阻增加,但对半导体而言,温度上升使自由载子的浓度增加,反而有助于导电。

  这是半导浮现象的首次发明。

  不久, 1839年法国的贝克莱尔发明半导体和电解质打仗形成的结,在光照下会发生一个电压,这就是厥后人们熟知的光生伏特效应,这是被发明的半导体的第二个特征。

  在1874年,德国的布劳恩(Ferdinand Braun,1850~1918)调查到某些硫化物的电导与所加电场的偏向有关,即它的导电有偏向性,在它两头加一个正向电压,它是导通的;假如把电压极性反过来,它就不导电,这就是半导体的整流效应,也是半导体所特有的第三种特性。同年,舒斯特又发明白铜与氧化铜的整流效应。

  1873年,英国的史女士发明硒晶体质料在光照下电导增加的光电导效应,这是半导体又一个特有的性质。

  半导体的这四个效应,虽在1880年以前就先后被发明白,但半导体这个名词或许到1911年才被考尼白格和维斯首次利用。而总结出半导体的这四个特性一直到1947年12月才由贝尔尝试室完成。

  直到1906年,美国电机发现家匹卡(G. W. PICkard,抢庄牛牛,1877~1956),才发现了第一个固态电子元件:无线电波侦测器(cat’s whisker),它利用金属与硅或硫化铅相打仗所发生的整流成果,来侦测无线电波。

  在整流理论方面,德国的萧特基(Walter Schottky,1886~1976)在1939年,于「德国物理学报」颁发了一篇有关整流理论的重要论文,做了很多推论,他认为金属与半导体间有能障(potenTIal barrier)的存在,其主要孝敬就在于准确计较出这个能障的形状与宽度。

  至于此刻为各人所接管的整流理论,则是1942年,由索末菲(Arnold Sommerfeld, 1868~1951)的学生贝特所成长出来,他提出的就是热电子发射理论(thermionic emission),这些具有较高能量的电子,可越过能障达到另一边,其理论也与尝试功效较为切合。

  在半导体规模中,与整流理论同等重要的,就是能带理论。布洛赫(Felix BLOCh,1905~1983)在这方面做出了重要的孝敬,其定理是将电子波函数加上了週期性的项,首开能带理论的先河。另一方面,德国人佩尔斯于1929年,则指出一个险些完全填满的能带,其电特性可以用一些带正电的电荷来表明,这就是电洞观念的滥觞;他厥后提出的微扰理论,表明白能隙(Energy gap)存在。

  半导体质料早期成长

  20世纪初期,尽量人们对半导体认识较量少,可是对半导体质料的应用研究照旧较量活泼的。

  20世纪20年月,固体物理和量子力学的成长以及能带论的不绝完善,使半导体质料中的电子态和电子输运进程的研究越发深入,对半导体质料中的布局机能、杂质和缺陷行为有了更深刻的认识,提高半导体晶体质料的完整性和纯度的研究。

  

  20世纪50年月,为了改进晶体管特性,提高其不变性,半导体质料的制备技能获得了迅速成长。尽量硅在微电子技能应用方面取得了庞大乐成,可是硅质料由于受间接带隙的制约,在硅基发光器件的研究方面希望迟钝。