半导体技术发展史

中文摘要:

自从有人类以来，已经过了上百万年的岁月。社会的进步可以用当时人类使用的器物来代表，从远古的石器时代、到铜器，再进步到铁器时代。现今，以硅为原料的电子元件产值，则超过了以钢为原料的产值，人类的历史因而正式进入了一个新的时代，也就是硅的时代。硅所代表的正是半导体元件，包括记忆元件、微处理机、逻辑元件、光电元件与侦测器等等在内，举凡电视、电话、电脑、电冰箱、汽车，这些半导体元件无时无刻都在为我们服务。

关键字：半导体起源，半超导材料，硅材料，半导体器件，临界参量，半超导技术，半超导技术应用，半导体发展趋势。

Abstract

Since there are human beings, have over millions of years. The progress of the society can be used when humans use objects to represent, bronze from the ancient stone age, the iron age, progress to. Nowadays, electronic components production using silicon as raw material, more than to steel as the raw material production, human history and thus entered a new era, also is the era of silicon. Silicon is representative of the semiconductor components, including memory element, microprocessor, logic components, optoelectronic devices and sensors and so forth, such as television, telephone, computer, refrigerator, car, the semiconductor elements in every hour and moment for our service

Keyword

Semiconductor origin, semi superconducting materials, silicon materials, element semiconductor devices, critical parameters, semi superconducting technology, semi superconducting technology, semiconductor development trend

目录

一、半导体的起源 (4)

（一）硫化银的发明 (4)

（二）电晶体的发明 (4)

（三）积体电路 (5)

二、半导体材料及其结构 (6)

三、半导体技术应用 (7)

（一）半导体照明技术的迅猛发展 (7)

（二）消费类光电子 (8)

（三）汽车光电子市场 (8)

（四）新一代光纤通信技术。 (8)

（五）移动通信技术正在不断朝有利于化合物半导体产品的方向发展。 (8)

四、半导体和集成电路的现状及发展趋势 (9)

(一)半导体材料的发展，现状和趋势 (9)

（二）集成电路的发展趋势 (10)

五、半导体技术发展前景展望 (10)

（一）芯片加工的突破--提高芯片集成度 (10)

（二）降低功耗 (10)

附录A (11)

参考文献 (14)

一、半导体的起源

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瞭解，那时已经介于这两者的就是半导体材料

（一）硫化银的发明

英国科学家法拉第(MIChael Faraday，1791~1867)，在电磁学方面拥有许多贡献，但较不为人所知的，则是他在1833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。

[1]

1874年，德国的布劳恩(Ferdinand Braun，1850~1918)，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。但直到1906年，美国电机发明家匹卡(G. W. PICkard，1877~1956)，才发明了第一个固态电子元件：无线电波侦测器(cat’s whisker)，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。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」发表了一篇有关整流理论的重要论文，做了许多推论，他认为金属与半导体间有能障(potential barrier)的存在，其主要贡献就在于精确计算出这个能障的形状与宽度。至于现在为大家所接受的整流理论，则是1942年，由索末菲(Arnold Sommerfeld， 1868~1951)的学生贝特(Hans Bethe，1906~ )所发展出来，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，可越过能障到达另一边，其理论也与实验结果较为符合。在半导体领域中，与整流理论同等重要的，就是能带理论。布洛赫(FelixBLOCh，1905~1983)在这方面做出了重要的贡献，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(Rudolf Peierls，) 于1929年，则指出一个几乎完全填满的能带，其电特性可以用一些带正电的电荷来解释，这就是电洞概念的滥觞；他后来提出的微扰理论，解释了能隙(Energy gap)存在。

（二）电晶体的发明

早在1930与1940年代，使用半导体制作固态放大器的想法就持续不绝；第一个有实验结果的放大器是1938年，由波欧(Robert Pohl， 1884~1976)与赫希(Rudolf Hilsch)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元件的实用性。[1]

二次大战后，美国的贝尔实验室(Bell Lab)，决定要进行一个半导体方面的计画，目标自然是想做出固态放大器，它们在1945年7月，成立了固态物理的研究部门，经理正是萧克莱(William Shockley， 1910~1989)与摩根(Stanley Morgan)。由于使用场效应