前段時(shí)間有人留言，想了解半導(dǎo)體究竟是什么，和導(dǎo)體絕緣體有什么關(guān)系？然后羅叔做了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)人，一聽(tīng)到半導(dǎo)體這個(gè)名字的時(shí)候，第一時(shí)間想到的就是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，但要他們說(shuō)一下半導(dǎo)體到底是什么，又說(shuō)不出個(gè)所以然。因此本篇視頻就來(lái)給大家介紹，半導(dǎo)體的“前世今生”。

半導(dǎo)體是什么？芯片為什么和半導(dǎo)體密不可分？為啥光刻機(jī)如此重要

學(xué)過(guò)物理的朋友應(yīng)該都知道，導(dǎo)體就是指非常容易導(dǎo)電的物質(zhì)，像銅、鋁、鐵等金屬都是導(dǎo)體，水和潮濕的土地也是導(dǎo)體，絕緣體就是不能導(dǎo)電的物質(zhì)，像玻璃、橡膠等都是絕緣體。而半導(dǎo)體，顧名思義，就是介于導(dǎo)體和絕緣體之間的一種物質(zhì)，它的導(dǎo)電性處于人類可控的一種狀態(tài)。

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很長(zhǎng)的一段時(shí)間里，人們都以為世界上的物質(zhì)要么是能導(dǎo)電的，要么是不能導(dǎo)電的。直到1833年，法拉第首次發(fā)現(xiàn)，硫化銀的電阻性能不同于其他金屬，一般的金屬電阻是隨著溫度升高而增加，但硫化銀的電阻卻是隨著溫度上升而降低。

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6年后，法國(guó)的貝克萊爾又發(fā)現(xiàn)，半導(dǎo)體和電解質(zhì)接觸形成的結(jié)，在光照下會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電壓，這就是光伏特效應(yīng)。然后在30多年后，科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)，光照變化會(huì)引起半導(dǎo)體材料，電導(dǎo)變化的現(xiàn)象，即光電導(dǎo)效應(yīng)，和半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電具有方向性，即整流效應(yīng)，至此半導(dǎo)體的4個(gè)主要特性相繼被發(fā)現(xiàn)。

不過(guò)當(dāng)時(shí)的人們并不知道，這些材料是半導(dǎo)體，也沒(méi)有對(duì)半導(dǎo)體的特性進(jìn)行總結(jié)。半導(dǎo)體這個(gè)名詞是直到1911年，才被考尼白格和維斯首次使用，四個(gè)特性更是直到1947年，才被貝爾實(shí)驗(yàn)室總結(jié)出來(lái)。不過(guò)可別小看半導(dǎo)體這四個(gè)特性，正是因?yàn)樗鼈兊拇嬖?，由半?dǎo)體產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造的信息社會(huì)才會(huì)出現(xiàn)。

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在學(xué)術(shù)界的認(rèn)知里，半導(dǎo)體主要由四個(gè)部分組成，集成電路，光電器件，分立器件，傳感器，不過(guò)因?yàn)榧呻娐氛剂似渲械?0%，所以外行人一般將集成電路看做半導(dǎo)體。而在集成電路里，又分為微處理器、存儲(chǔ)器、邏輯器件，以及模擬器件，這些類似于小盒子的東西，其實(shí)就是我們俗稱的芯片。看過(guò)羅叔視頻的朋友可能知道，芯片是由晶體管組成的，但如果從材料學(xué)的意義上來(lái)講，其實(shí)晶體管全部全部是由，半導(dǎo)體材料制造的。

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相信大家都知道，手機(jī)和電腦等設(shè)備我們一般叫做電子產(chǎn)品，但很少有人想過(guò)為什么，其實(shí)就是因?yàn)樗恼麄€(gè)運(yùn)行原理，都離不開(kāi)電子?？赡苣阋獑?wèn)，導(dǎo)體里面也有大量的電子，為啥不用它呢？這就不得不提到我們前面說(shuō)的，半導(dǎo)體的第一個(gè)特性，它的電阻是隨著溫度的上升而降低的，這是什么意思呢？

普通的金屬溫度一旦升高，內(nèi)部震動(dòng)就會(huì)隨之加強(qiáng)，電阻也會(huì)增大，這時(shí)電子運(yùn)行就會(huì)遇到阻礙，而半導(dǎo)體材料則相反，它是隨著溫度升高電阻反而降低，所以電子的運(yùn)行基本不會(huì)受到影響，這個(gè)時(shí)候晶體管就可以流暢地控制電信號(hào)，從而完成一整套的電路邏輯。

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有人可能會(huì)問(wèn)了，為啥是光來(lái)雕刻芯片上的電路呢？光導(dǎo)電效應(yīng)和光伏特效應(yīng)，也沒(méi)應(yīng)用在芯片工藝上啊，前面我們也說(shuō)了，半導(dǎo)體和光有特殊關(guān)系，不僅有光伏特效應(yīng)，也有光電導(dǎo)效應(yīng)，這是什么意思呢？光伏特效應(yīng)其實(shí)就是，半導(dǎo)體材料在光的照射下，會(huì)將光子轉(zhuǎn)換成電子，太陽(yáng)能電池板就是運(yùn)用這個(gè)原理，雖然一般人認(rèn)為它和芯片沒(méi)什么關(guān)系，但半導(dǎo)體材料和光的關(guān)系，在這里體現(xiàn)得淋漓盡致，而光電導(dǎo)效應(yīng)就是指光照越強(qiáng)，光電導(dǎo)材料的電阻率就會(huì)越小。如果在低溫條件下，由它制造的元器件就可以通過(guò)，中遠(yuǎn)紅外輻射進(jìn)行探測(cè)。

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雖然不知道光刻機(jī)的作用，是不是也是這個(gè)原理，但羅叔在以前的視頻里介紹過(guò)，芯片在制造的時(shí)候，一般先將半導(dǎo)體進(jìn)行切割，這些片狀的物體叫做晶圓，晶圓經(jīng)過(guò)熱處理以后，會(huì)得到半導(dǎo)體的氧化物，這時(shí)在上面涂上一層光阻物質(zhì)，也就是光刻膠，就可以通過(guò)紫外線，將復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)圖刻畫(huà)在晶圓上，這個(gè)過(guò)程是極其復(fù)雜難做的。后來(lái)科學(xué)家經(jīng)過(guò)研究，發(fā)現(xiàn)使用極紫外線照射半導(dǎo)體材料后，芯片的存儲(chǔ)容量會(huì)出現(xiàn)增長(zhǎng)，其速度也比原來(lái)快100倍。

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而用光來(lái)“雕刻”其實(shí)涉及到了雕刻工藝，目前的集成電路制造，一般是在幾平方厘米的面積上，造出成千上萬(wàn)的晶體管，而每個(gè)器件的結(jié)構(gòu)也相當(dāng)微小和復(fù)雜，要在上面雕刻電路，只用通過(guò)光來(lái)實(shí)現(xiàn)，而波長(zhǎng)越短的光，刻蝕到半導(dǎo)體材料上的晶體管就越多，因此光刻機(jī)對(duì)芯片制造來(lái)說(shuō)，是極其關(guān)鍵的一步。張眼看世界，羅叔聊風(fēng)云，喜歡的朋友記得點(diǎn)個(gè)關(guān)注。