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半导体
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半导体( ( semiconductor) ) ,指常温下导电性能介于导体(conductor) (conductor) 与绝缘体(insulator)之间的材料。 半导体在收音机、电视机以及测温上有着广泛的应用。如二极管就是采用半导体制作的器件。半导体是指一种导电性可受控制,范围可从绝缘体至导体 (insulator) 之间的材料 。无论从科技或是经济发展的角度来看,半导体的重要性都是非常巨大的。今日大部分的电子产品,如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关连。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等,而硅更是各种半导体材料中,在商业应用上最具有影响力的一种 。
半导体在收音机、电视机以及测温上有着广泛的应用。如二极管就是采用半导体制作的器件。半导体是指一种导电性可受控制,范围可从绝缘体至导体之间的材料。无论从科技或是经济发展的角度来看,半导体的重要性都是非常巨大的。今日大部分的电子产品,如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关连。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等,而硅更是各种半导体材料中,在商业应用上最具有影响力的一种。<ref>[http://tags.eeworld.com.cn/tags/%E5%8D%8A%E5%AF%BC%E4%BD%93 半导体],电子工程世界网</ref>
=='''基本信息'''==
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=='''半导体的概念'''==
[[File:Ef550a74a66f42e0960b7a3085985c21 th.jpg|缩略图|350px|[https://image.so.com/view?q=%E5%8D%8A%E5%AF%BC%E4%BD%93%E6%9D%90%E6%96%99&src=srp&correct=%E5%8D%8A%E5%AF%BC%E4%BD%93%E6%9D%90%E6%96%99&ancestor=list&cmsid=ceb17984a65019f3d334ffaa12f38c2a&cmran=0&cmras=6&cn=0&gn=0&kn=50&fsn=110&adstar=0&clw=246#id=ff6fec07e39ef92fc7f5eb96be0cac87&prevsn=110&currsn=170&ps=216&pc=60 原图链接][http://www.sohu.com/a/124346281_465246 图片来源于搜狐网]]]
所谓半导体,顾名思义,就是它的导电能力介乎导体和绝缘体之间,半导体的电阻率为10-3~10-9 W•cm。
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,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。半导体材料最外层电子既不像导体那样极易摆脱原子核的束缚, 成为自由电子, 也不像绝缘体那样被原子核束缚得那么紧, 因此, 半导体的导电特性介于二者之间。
本征半导体:不含杂质且无晶格缺陷的半导体称为本征半导体。
参杂半导体:通过扩散工艺,在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素,可得到杂质半导体。
=='''发展历 程史'''==
1833年,英国巴拉迪最先发现硫化银的电阻随着温度的变化情况不同于一般金属,一般情况下,金属的电阻随温度升高而增加,但巴拉迪发现硫化银材料的电阻是随着温度的上升而降低。这是半导体现象的首次发现。
=='''主要特点'''==
[[File:梅根·福克斯6.jpg|缩略图|居中|250px|[http://pic8.nipic.com/20100621/2163148_003328533247_2.jpg 原图链接][http://www.nipic.com/show/3317755.html 图片来源于呢图网]]]
半导体五大特性∶掺杂性,热敏性,光敏性,负电阻率温度特性,整流特性。
=='''半导体的应用'''==
[[File:201901301413251022.jpg|缩略图|350px|[https://image.so.com/view?q=%E5%8D%8A%E5%AF%BC%E4%BD%93%E6%9D%90%E6%96%99&src=srp&correct=%E5%8D%8A%E5%AF%BC%E4%BD%93%E6%9D%90%E6%96%99&ancestor=list&cmsid=ceb17984a65019f3d334ffaa12f38c2a&cmran=0&cmras=6&cn=0&gn=0&kn=50&fsn=110&adstar=0&clw=246#id=8b49e49bb57fde577947b9f17f0aff8b&currsn=0&ps=97&pc=97 原图链接][http://www.xincailiao.com/news/news_detail.aspx?id=413747 图片来源于新材料网]]]
硅在当前的应用相当广泛,他不仅是半导体集成电路,半导体器件和硅太阳能电池的基础材料,而且用半导体制作的电子器件和产品已经大范围的进入到人们的生活,人们的家用电器中所用到的电子器件80%以上与案件都离不开硅材料。锗是稀有元素,地壳中的含量较少,由于锗的特有性质,使得它的应用主要集中与制作各种二极管,三极管等。而以锗制作的其他钱江如探测器,也具有着许多的优点,广泛的应用于多个领域。
5.移动通信技术正在不断朝着有利于化合物半导体产品的方向发展。目前二代半(2.5G)技术成为移动通信技术的主流,同时正在逐渐向第三代(3G)过渡。二代半技术对功放的效率和散热有更高的要求,这对砷化镓器件有利。3G技术要求更高的工作频率,更宽的带宽和高线性,这也是对砷化镓和锗硅技术有利的。目前第四代(4G)的概念已明确提出来了。4G技术对手机有更高的要求。它要求手机在楼内可接入无线局域网(WLAN),即可工作到2.4GHz和5.8GHz,在室外可在二代、二代半、三代等任意制式下工作。
因此这是一种多功能、多频段、多模式的移动终端。从系统小巧来说,当然会希望实现单芯片集成(SOC),但单一的硅技术无法在那么多功能和模式上都达到性能最优。要把各种优化性能的功能集成在一起,只能用系统级封装(SIP),即在同一封装中用硅、锗硅、砷化镓等不同工艺来优化实现不同功能,这就为砷化镓带来了新的发展前景。<ref>[http://www.elecfans.com/baike/bandaoti/20180308644581.html 半导体材料应用有哪些_半导体材料应用领域介绍],电子发烧友网,2018年03月08日</ref>=='''半导体材料的发展'''== ===第一代半导体材料=== 主要以硅(Si)、锗(Ge)为主,20世纪50年代,Ge在半导体中占主导地位,主要应用于低压、低频、中功率晶体管以及光电探测器中,但是Ge半导体器件的耐高温和抗辐射性能较差,到60年代后期逐渐被Si器件取代。 用Si材料制造的半导体器件,耐高温和抗辐射性能较好。Si储量极其丰富,提纯与结晶方便,二氧化硅(SiO2)薄膜的纯度很高,绝缘性能很好,这使器件的稳定性与可靠性大为提高,因此Si已经成为应用最广的一种半导体材料。 目前95%以上的半导体器件和99%以上的集成电路都是由Si材料制作。在21世纪,它的主导和核心地位仍不会动摇。但是Si材料的物理性质限制了其在光电子和高频高功率器件上的应用。 ===第二代半导体材料=== 20世纪90年代以来,随着移动通信的飞速发展、以光纤通信为基础的信息高速公路和互联网的兴起,以砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)为代表的第二代半导体材料开始崭露头脚。GaAs、InP等材料适用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件,是制作高性能微波、毫米波器件及发光器件的优良材料,广泛应用于卫星通讯、移动通讯、光通信、GPS导航等领域。但是GaAs、InP材料资源稀缺,价格昂贵,并且还有毒性,能污染环境,InP甚至被认为是可疑致癌物质,这些缺点使得第二代半导体材料的应用具有很大的局限性。 ===第三代半导体材料=== 主要包括SiC、GaN、金刚石等,因其禁带宽度(Eg)大于或等于2.3电子伏特(eV),又被称为宽禁带半导体材料。和第一代、第二代半导体材料相比,第三代半导体材料具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率和高键合能等优点,可以满足现代电子技术对高温、高功率、高压、高频以及抗辐射等恶劣条件的新要求。 是半导体材料领域最有前景的材料,在国防、航空、航天、石油勘探、光存储等领域有着重要应用前景,在宽带通讯、太阳能、汽车制造、半导体照明、智能电网等众多战略行业可以降低50%以上的能量损失,最高可以使装备体积减小75%以上,对人类科技的发展具有里程碑的意义。<ref>[http://dy.163.com/v2/article/detail/CRV79ENH0519C3OK.html 中科风控:第三代半导体材料——碳化硅(SiC)],网易网,2017-08-16</ref> =='''半导体领域十大突破'''== 一、硅基导模量子集成光学芯片研制成功 二、首个打破物理极限的1nm晶体管诞生 三、碳纳米晶体管性能首次超越硅晶体管 四、“石墨烯之父”发现比石墨烯更好的半导体——硒化铟(InSe) 五、人类首次飞秒拍摄到了半导体材料内部的电子运动 六、美国犹他大学工程师最新发现新型二维半导体材料一氧化锡(SnO) 七、德国开发出新型有机无机杂化“人工树叶” 八、新型无机半导体材料SnIP具有DNA的双螺旋结构 九、首块纳米晶体“墨水”制成的晶体管问世 十、美国科学家设计超材料以光子形式释放能量传递信息<ref>[http://www.sohu.com/a/124346281_465246 2016年半导体材料领域十大突破],搜狐网,2017-01-15</ref> == '''外部連結''' ==*[http://www.sohu.com/a/124346281_465246 半导体材料领域十大突破]