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      半導體技術淺談

      半導體技術淺談
      半導體是與我們的生活息息相關的一種技術產品,從最簡單的電燈,到手機,筆記本電腦,大至一個國家的航天事業,無一不是以半導體技術作為基礎,可以說,如果沒有半導體,我們現在人的生活完全會是另外的樣子??墒请m然半導體技術如此重要,真正了解它的人并不多,所以作為選修課的論文,我想在這里簡要的談論一下我對半導體技術的認識,也算是修這門課程的心得吧。 

      首先要對半導體有一個明確的定義,這里引用大英百科全書里的定義:any of 
      a class of crystalline solids intermediate in electrical conductivity between a conductor and an insulator.直譯過來就是:一類晶體,它的導電性介于導體與半導體之間。
      這雖然是百科全書的定義,但我覺得說的未免有些寬泛了。關于我的理解,半導體是一類具有特殊電特性的材料,可以用于制作一類特殊的電子元器件,包括二極管,晶體管,集成電路等。下面的部分我準備對半導體的一個基本特性,P-N結做一簡要描述。 

      自然界不存在天然的半導體,所謂半導體是人類改變大自然的結果,這也足以看到人類的偉大。半導體材料一般按其導電性質的不同,可以分為兩種,P型半導體,和N型半導體。如果我們在純硅中摻加少許的砷或磷,就會多出一個自由電子,這樣就形成N型半導體如果我們在純硅中摻雜少許的硼,就反而少了一個電子,而形成一個空穴,這樣就形成P型半導體。 

      如果在一個單一的晶體結構中,半導體的材料在某一處突然由p型半導體到n型半導體,這個就叫P-N結。在P區,空穴構成了占優勢的載流子所以叫做多數載流子。有一小部分熱產生的電子還是會在p區存在。而在n區,電子是多數載流子。在接近pn結的地方,沒有帶電的載流子,這個區域叫做耗盡層,他的行為就像絕緣體一樣。 

      關于P-N結的一個最重要的特性就是單向導電性。當給P-N結加正向電壓時,大部分的帶電載流子通過P-N結,所以有大電流的流過。然而,當一個副向電壓加入時,雜質所產生的帶電載流子沿著結相反的方向走,只有很小的漏電電流流過,當反向電壓增加時,漏電電流保持很小,直到一個關鍵的電壓達到了,在這一點之后,電流會突然增加,這說明結被擊穿了。雖然其他類型的結已經被發明出來了,包括P-N-P,N-P-N等,但是P-N結仍被認為是半導體設備的最基本類型。 
      半導體從被人類發明以來,使人類社會發生了前所未有的大變革,那么半導體又是如何成長期來的呢? 

      早在19世紀,人們就已經開始注意它了,1874年,德國的布勞恩,注意到硫化物的電導率與所加的電壓有關,這就是半導體的整流作用。在整流方面,德國的肖特基,在1939年,發表了一篇整流理論的重要論文,在德國物理學學報上,他認為在金屬與半導體之間有能障的存在,其主要貢獻就在于計算出這個能障的形態和寬度。在半導體領域中,與整流理論同等重要的就是能帶理論,布洛赫在這方面做出了巨大貢獻。 
      二次世界大戰之后,美國貝爾實驗室決定要進行一個半導體方面的計劃,但很多次實驗都失敗了,直到1947年12月16日,布萊登用一塊三角形塑膠,深圳二極管在塑膠腳上貼上金箔,然后用刀片切開一條細縫,形成了兩個距離很近的電極,構成了一個點接觸電晶體。就這樣,第一塊人造的半導體誕生了。 

      可最初設計出的半導體并不能大規模投入生產。直到1960年,又是貝爾實驗室,發展出了磊晶技術,半導體工業獲得了批量生產的能力,終于站穩腳步,開始快速成長。 
      1952年,英國人杜莫開始提出集成電路的構想。直到,1963年,第一個集成電路商品投入市場,總共十年的時間??蓮倪@以后,集成電路上元件的數量開始每年翻一番,這就是著名的摩爾定律。直到今天,一塊超大規模集成電路可以包含上千萬個元件! 

      然而,我國半導體的發展還有很長的一段路要走。專家分析我國半導體技術發展的總體水平還處于幼年期,產業鏈不配套、不完善,如制造與設計、封裝測試產業發展水平不平衡,規模相互不平衡等矛盾突出;技術水準低,設計業規模小、產值小,封裝測試還是低水平;研發能力差,缺乏自主知識產權等等。貼片二極管這些問題的解決需要我們這一代年輕人中的有識之士來努力奮斗。 

      現在關于半導體的兩個比較有前景的產品是半導體燈和太陽能技術。這里簡要描述一下半導體燈,即LED燈。 
      如今,全球環保意識高漲,LED燈照明已經成為許多國家的主要發展政策之一。目前美國訂出的發展計劃,LED照明將于2012年全面取代白熾燈具,而歐盟更于2009年起限制100瓦白熾燈具的販售,最遲也將于2012年全面禁用白熾燈具。 
      那么,LED燈為什么具有如此大的魅力呢?它是一種固態的半導體器件,可以直接把電轉化為光,LED的心臟是一個半導體的晶片,它在同樣的亮度下,耗電僅為普通白熾燈的1/10,而壽命卻可延長50倍。此外LED作為室內照明燈具的光源,還具備省能環保、耐震動、體積小、不易衰減、適合低溫環境及發光效率高等多項優點。 
      然而,如果半導體燈要完全代替白熾燈和節能燈,肖特基二極管必須要達到LED燈泡光通量達1000Lm,LED的成本必須要下降到每千流明1美金才有可能全面普及。這其實是考慮到生產成本問題,其次,散熱問題卻是影響高功率LED邁入普及化的瓶頸。 

      那么半導體行業未來發展趨勢怎樣呢?專業人士分析,為滿足高壓直流輸電、高壓無功補償、高壓電機控制等領域快速增長的需求,大功率半導體器件正向大電流、高電壓方向發展,快恢復二極管現代大功率半導體技術還呈現出集成化、高頻化、智能化、數字化的趨勢。 

      結論:半導體技術從誕生到現在的60來年,已經有了長足的發展,它不但使無數的科學家沉浸在半導體科學的魅力當中,更是為社會做出了巨大的貢獻,

      我們相信,半導體科學技術永遠會有著無窮的生命力!

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