前面几篇文章一直在讲蓝宝石、金刚石,接下来我们认识一下半导体,在起初之时,当我看到这个名字,我也不明白这是什么东西,后来朋友们聊天,半导体是啥?朋友白话来解释就是物质有绝缘体,有导体,绝缘体就是不导电的物质,导体就是可以导电的物质,半导体取两者中间部分特质,比如A端到B端可以导电,而B端到A端就不导电,这样的物质就是半导体。学术上定义的半导体(semiconductor),指常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料,一种导电性可受控制,范围可从绝缘体至导体之间的材料。
我们还是从起源、发展、应用、制作方法等方面系统的展开介绍。
物质存在的形式多种多样,固体、液体、气体、等离子体等。通常把导电性差的材料,如煤、人工晶体、琥珀、陶瓷等称为绝缘体。而把导电性比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。可以简单的把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。与导体和绝缘体相比,半导体材料的发现是最晚的,在二十世纪的近代科学,特别是量子力学发展知道金属材料拥有良好的导电与导热特性,而陶瓷材料则否,性质出来之前,人们对于四周物体的认识仍然属于较为巨观的了解。直到20世纪30年代,当材料的提纯技术改进以后,半导体的存在才真正被学术界认可。
我们从头说起:
英国科学家法拉第(MichaelFaraday,~),在电磁学方面拥有许多贡献,但较不为人所知的,他在年发现的其中一种半导体材料:硫化银,因为它的电阻随着温度上升而降低,当时只觉得这件事有些奇特,并没有激起太大的火花;然而,今天我们已经知道,随着温度的提升,晶格震动越厉害,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,这也是半导体一个非常重要的物理性质。
年,德国的布劳恩(FerdinandBraun,~),注意到硫化物的电导率与所加电压的方向有关,这就是半导体的整流作用。
年,美国电机发明家匹卡(G.W.Pickard,~),才发明了第一个固态电子组件:无线电波侦测器(cat’swhisker),它使用金属与硅或硫化铅相接触所产生的整流功能,来侦测无线电波。
年,由波欧(RobertPohl,~)与赫希(RudolfHilsch)所做的,使用的是溴化钾晶体与钨丝做成的闸极,尽管其操作频率只有一赫兹,并无实际用途,却证明了类似真空管的固态三端子组件的实用性。
年7月美国的贝尔实验室(BellLab),成立了固态物理的研究部门,年12月23日,他们使用点接触电晶体制作出一个语音放大器,该日因而成为晶体管正式发明的重大日子。
年5月,第一颗以硅做成的晶体管才由美国德州仪器
仪表公司(TexasInstruments)开发成功。
年底,各界已制造出六百种以上不同形式的晶体管,使用于包括无线电、收音机、电子计算器甚至助听器等等电子产品。