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从起源到氮化镓/碳化硅等材料,一文读懂开云棋牌官网在线客服材料进化史

2018-09-27

  现代世界里,没有人可以说自己跟“开云棋牌官网在线客服”没有关系。开云棋牌官网在线客服听起来既生硬又冷冰冰,但它不仅是科学园区里那帮工程师的事,你每天滑的手机、用的电脑、看的电视、听的音响,里面都有开云棋牌官网在线客服元件,可以说若没有开云棋牌官网在线客服,就没有现代世界里的轻巧又好用的高科技产物。

  开云棋牌官网在线客服的重要性不可言喻,甚至被誉为世界上第 4 大重要发明。美国《大西洋月刊》曾找来科学家、历史学家、技术专家为人类史上的重大发明排名,开云棋牌官网在线客服名列第 4,排在前面的分别是印刷机、电力、盘尼西林。

  而提到开云棋牌官网在线客服,就不得不提到开云棋牌官网在线客服的基础——材料。

  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之间的,就是开云棋牌官网在线客服材料。

  开云棋牌官网在线客服的起源

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  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年发现的其中一种开云棋牌官网在线客服材料: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,但对开云棋牌官网在线客服而言,温度上升使自由载子的浓度增加,反而有助于导电。

  这是开云棋牌官网在线客服现象的首次发现。

  不久, 1839年法国的贝克莱尔发现开云棋牌官网在线客服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,这是被发现的开云棋牌官网在线客服的第二个特征。

  在1874年,德国的布劳恩(Ferdinand Braun,1850~1918)观察到某些硫化物的电导与所加电场的方向有关,即它的导电有方向性,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,它就不导电,这就是开云棋牌官网在线客服的整流效应,也是开云棋牌官网在线客服所特有的第三种特性。同年,舒斯特又发现了铜与氧化铜的整流效应。

  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,这是开云棋牌官网在线客服又一个特有的性质。

  开云棋牌官网在线客服的这四个效应,虽在1880年以前就先后被发现了,但开云棋牌官网在线客服这个名词大概到1911年才被考尼白格和维斯首次使用。而总结出开云棋牌官网在线客服的这四个特性一直到1947年12月才由贝尔实验室完成。

  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,他认为金属与开云棋牌官网在线客服间有能障(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。

  在开云棋牌官网在线客服领域中,与整流理论同等重要的,就是能带理论。布洛赫(Felix BLOCh,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。

  开云棋牌官网在线客服材料早期发展

  20世纪初期,尽管人们对开云棋牌官网在线客服认识比较少,但是对开云棋牌官网在线客服材料的应用研究还是比较活跃的。

  20世纪20年代,固体物理和量子力学的发展以及能带论的不断完善,使开云棋牌官网在线客服材料中的电子态和电子输运过程的研究更加深入,对开云棋牌官网在线客服材料中的结构性能、杂质和缺陷行为有了更深刻的认识,提高开云棋牌官网在线客服晶体材料的完整性和纯度的研究。

  20世纪50年代,为了改善晶体管特性,提高其稳定性,开云棋牌官网在线客服材料的制备技术得到了迅速发展。尽管硅在微电子技术应用方面取得了巨大成功,但是硅材料由于受间接带隙的制约,在硅基发光器件的研究方面进展缓慢。

  随着开云棋牌官网在线客服超晶体格概念的提出,以及分子束外延。金属有机气相外延和化学束外延等先进外延生长技术的进步,成功的生长出一系列的晶态、非晶态薄层、超薄层微结构材料,这不仅推动了开云棋牌官网在线客服物理和开云棋牌官网在线客服器件设计与制造从过去的所谓“杂质工程”发展到“能带工程”为基于量子效应的新一代器件制造与应用打下了基础。

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  元素开云棋牌官网在线客服

  第一代开云棋牌官网在线客服是“元素开云棋牌官网在线客服”,典型如硅基和锗基开云棋牌官网在线客服。其中以硅基开云棋牌官网在线客服技术较成熟,应用也较广,一般用硅基开云棋牌官网在线客服来代替元素开云棋牌官网在线客服的名称。甚至于,目前,全球95%以上的开云棋牌官网在线客服芯片和器件是用硅片作为基础功能材料而生产出来的。

  以硅材料为代表的第一代开云棋牌官网在线客服材料,它取代了笨重的电子管,导致了以集成电路为核心的微电子工业的发展和整个IT 产业的飞跃,广泛应用于信息处理和自动控制等领域。

  但是在20世纪50年代,却锗在开云棋牌官网在线客服中占主导地位,主要应用于低压、低频、中功率晶体管以及光电探测器中,但是锗基开云棋牌官网在线客服器件的耐高温和抗辐射性能较差,到60年代后期逐渐被硅基器件取代。用硅材料制造的开云棋牌官网在线客服器件,耐高温和抗辐射性能较好。

  1960年出现了0.75寸(约20mm)的单晶硅片。

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  1965年以分立器件为主的晶体管,开始使用少量的1.25英寸小硅片。之后经过2寸、3寸的发展,1975年4寸单晶硅片开始在全球市场上普及,接下来是5寸、6寸、8寸,2001年开始投入使用12寸硅片,预计在2020年,18寸(450mm)的硅片开始投入使用。

  据了解,硅片占整个开云棋牌官网在线客服材料市场的32%左右,行业市场空间约76亿美元。国内开云棋牌官网在线客服硅片市场规模为130亿人民币左右,占国内开云棋牌官网在线客服制造材料总规模比重达42.5%。

  而这一领域主要由日本厂商垄断,我国6英寸硅片国产化率为50%,8英寸硅片国产化率为10%,12英寸硅片完全依赖于进口。

  目前市场上在使用的硅片有 200mm(8 英寸)、300mm(12 英寸)硅片。由于晶圆面积越大,在同一晶圆上可生产的集成电路IC越多,成本越低,硅片的发展趋势也是大尺寸化。12英寸硅片主要用于生产90nm-28nm及以下特征尺寸(16nm和14nm)的存储器、数字电路芯片及混合信号电路芯片,是当前晶圆厂扩产的主流。

  由于面临资金和技术的双重压力,晶圆厂向450mm(18英寸)产线转移的速度放缓,根据国际预测,到2020年左右,450mm的硅片开发技术才有可能实现初步量产。


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