半导体材料物理学家王占国( 三 ) _生活百科

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回母校访问物质的存在形式是多种多样的，有固体的、液体的、电浆的等等。简单说，半导体是介于导体和绝缘体物质中间的一种材料。比如说金、银、铜、铁等导体材料，他们都有着很高是电导率，导热性能也很好。另外像玻璃、陶瓷、琥珀和塑胶等一类材料，它们的导电很差，导热也不好，我们称之为绝缘体。我们把介于绝缘体和导体之间的材料称之为半导体，这个很容易理解。半导体发现的历史比较久。早在1833年的时候，英国人巴拉迪首先发现了一种叫做硫化银的材料，它的电阻是随温度的升高而降低，与一般我们知道金属的电阻是随着温度的升高而升高恰巧相反，这个现象是半导体特有的这种导电的现象的第一次的发现。1839年法国的贝克莱尔发现半导体和电解质接触形成的结，在光照下会产生一个电压，这就是后来人们熟知的光生伏特效应，这是被发现的半导体的第二个特徵。王占国:到了1873年，英国的史密斯发现硒晶体材料在光照下电导增加的光电导效应，这是半导体第三个特有的性质。在1874年，德国的布劳恩观察到某些硫化物的电导与所加电场的方向有关，在它两端加一个正向电压，它是导通的；如果把电压极性反过来，它就不导通，这就是半导体的整流效应，是半导体所特有的第四个特徵。半导体的这四个特徵远在1874年以前先后都发现了，直到1911年，考尼白格和维斯两人首次使用了半导体这个名字，半导体的真正被认可是在1947年12月电晶体发明后。王占国为什幺半导体被认可需要这幺多年呢？主要原因是当时的材料不纯，如果材料不纯，比如说电导随着温度的增高而增高，究竟是表面效应呢，还是其它别的一些原因？人们当时是搞不清楚的。1947年12月贝尔实验室用提纯了的半导体锗晶体发明了电晶体，半导体才正式得到了人们的认可。:半导体给我们人类带来了很多的便利，使我们的生活发生了一个很大的变化，与几十年前半导体还没有得到广泛套用前相比，人类的生活质量得到了很大改善。半导体必须遵循摩尔定律，这个定律是美国人摩尔提出来的。硅材料不可能无限的减小尺度，器件尺寸也不可能无限减小，到一定的程度就发生新的效应。现在的器件都是有成千上万的电子嵌在里面，把这成千上万的电子“请”出来的时候，就要发生变化，就产生记忆了。在这种情况下，当你的体积越来越小，面积越来越小，尺寸越来越小的时候，耗电量是很大的，热耗和功耗使你无法存在。按照现在的说法，每个平方厘米有十亿个元件的时候，功率不减小发的热可能就会把硅片熔化。

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王占国这时候摩尔定律遇到了新的困难。比如你要减小十个电子，五个电子，变成了量子效应，不再受统计物理的影响。一个平方厘米有一亿到十亿元件的数目，你怎幺能保证在这个导电通道中，杂质原子的分布是均匀的？这很难做到。杂质原子的统计分布、掌握引起器件性能不同。现在的器件结构，中间有一层介质是绝缘的，加上一个电压控制绝缘层下面的沟道中电子流动或者不流动，这个厚度也是随着集成度的增加在减小的。减小到几个纳米的时候，加一个很小的电压就射穿了，气电流难以控制。所以摩尔定律达到一定程度的时候，会遇到量子尺寸效应，功耗问题、击穿问题等等，这就限制了按照现在的模式继续发展下去，这就是摩尔定律受到了挑战。因为人对信息的需求是无限制的，它要追求更高的性能，为此人们就要想很多新的办法。王占国半导体材料未来的发展趋势是积极和乐观的。它的潜力还远远没有被挖掘出来。除以上介绍的量子计算和量子通信技术之外，还有分子电子学，纳米电子学都在探索之中。如纳米电子学用什幺材料？是硅、锗硅和碳纳米管材料等，都在探讨中，尚无结论。儘管如此，人们可以构想，像硅这样一个难得的好材料，是很难被废弃的。不少人认为在硅的基础上发展与其兼容的新技术是一个重要的方向，这样不仅可以充分利用硅微电子成熟的知识和技术，而且上万亿的设备投资可以继续使用。当然这只是大家的期望，科学技术的发展在某种程度上是不依人们的意志为转移的。

半导体材料物理学家 王占国( 三 )

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