什么是半导体叫做半导体?

半导体产业的根基:晶圆是什么? | TechNews 科技新报
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谁知道什么是半导体光源?
谁知道什么是半导体光源?半导体光源有什么用途?它和照明行业的关系是怎样的?半导体属于什么行业?半导体光源的生产厂家和公司有哪些?
提问者:万兰若|
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坏坏小男人
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LED(LightingEmittingDiode)即发光二极管,是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料,在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射,直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。LED照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器具。
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半导体光源引是把光和电这两种物理量联系起来,使光和电互相转化的新型半导体器件。即利用半导体的光电效应(或热电效应)制成的器件。光电器件主要有,利用半导体光敏特性工作的光电导器件,利用半导体光伏打效应工作的光电池和半导体发光器件等。这一节中简略地向大家介绍一下这些光电器件的工作原理。半导体光电器件如光导管、光电池、光电二极管、光电晶体管等;半导体热电器件如热敏电阻、温差发电器和温差电致冷器等。
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照明光源(illumination &&source)指用于建筑物内外照明的人工光源。近代照明光源主要采用电光源(即将电能转换为光能的光源),一般分为热辐射光源、气体放电光源和半导体光源三大类。半导体光源包括荧光粉在电场作用下发光,或者是半导体p-n结发光。这类灯仅用于需要特殊照明的场所。
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中国装修网什么叫做半导体?
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半导体(semiconductor),指常温下导电性能介于导体(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.多谢!
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扫描下载二维码什么是半导体?
简单的说导电性能处于导体和绝缘体之间的物质属于半导体,例如硅、锗、砷化镓和一些硫化物和氧化物。
那为什么这些物质就是半导体呢?
这是由于它们的电子结构决定的。例如硅和锗的电子结构如图。
它们的最外层电子数是4,处于相对稳定的状态。而其它最外层电子数小于4或大于4要么导电性能太强要么太差。
那同样最外层电子数是4的其它元素呢?例如C和Sn。
虽然锗和硅的最外层电子数都是4但是从图中可以看出硅的电子层数比锗少一层。那么如果再少一层也就是元素周期表中上一个周期的碳呢?碳的最外层电子离原子核太近、太过稳定所以不适合做成半导体。而锗的下一周期的锡又离原子核太远太不稳定也不适合做半导体。所以单质半导体只能是硅或锗。当然半导体也可以由是其它的化合物制成,例如砷化镓。
半导体有哪些分类?
半导体按组成元素可分为本征半导体和杂质半导体。
本征半导体就是纯净的半导体,也就是由单质组成,例如硅和锗。
以硅为例,每个硅原子和周围的四个硅原子通过共价键(如图),因为共价键有很强的结合力,使每个硅原子紧密规则的组合在一起形成稳定的结构。在绝对0度(T=0)和没有外界激发的情况下,最外层电子几乎是无法脱离共价键的,也就是说在绝对0度和没有外界激发的条件下本征半导体相当于绝缘体。
但是当温度升高或者有光照的情况下,部分最外层电子会获得热能或光能变得活跃,从而能摆脱共价键的束缚,形成自由电子。而当有电子摆脱了共价键的束缚后电子原来的那个位置就空了出来,我们把这个空位称为空穴。因为这个硅原子失去了电子,所以我们可以认为这个空穴带正电。因为它带正电,它就会吸引经过它附近的电子填补这个位置,而既然它吸引到一个电子,说明有别的地方也产生了空穴。而别的空穴同样也会吸引附近的电子。这样就形成了电子移动。也就有了导电能力。
由以上内容可以看出本征半导体的导电能力取决于自由电子和空穴的浓度,我们把自由电子和空穴都称为载流子,另外因为每产生一个自由电子自然留下一个空穴,所以说自由电子和空穴是成对出现的。我们把这种通过外界刺激产生载流子的现象称为本征激发。但是本征激发出来的载流子的数量是很少的,而且受于温度高低和光照强度影响。
所以本征半导体的特点是:导电能力差,具有热敏和光敏效应。
杂质半导体就是在本征半导体中掺入杂质。
通过对本征半导体的说明我们知道本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。那么如果我们想增强半导体的导电能力我们就可以想办法增加载流子的浓度。也就是改变自由电子和空穴的数量。
那么载流子的浓度怎么改变呢?
如果想增加自由电子的浓度我们可以在硅晶体中掺入5价的元素,例如磷。例如如果加入5价的磷以后磷最外层的5个电子与4价的硅形成共价键之后还剩下一个电子。这样自由电子的数量就增加了。我们把掺入5价元素的杂质半导体称为N型半导体(电子半导体)。因为N型半导体同样还会由于温度或光照的原因产生自由电子和空穴,而N型半导体中因为自由电子的数量远大于空穴,所以在N型半导体中自由电子被称为多子,空穴称为少子。
同样,如果想增加空穴的浓度我们可以在硅晶体中掺入3价的元素,例如硼。例如如果加入3价的硼以后硼最外层的3个电子与4价的硅形成共价键之后会产生一个空穴。这样空穴的数量就增加了。我们把掺入3价元素的杂质半导体称为P型半导体(空穴半导体)。因为P型半导体同样还会由于温度或光照的原因产生自由电子和空穴,而P型半导体中因为空穴的数量远大于自由电子,所以在P型半导体中空穴是多子,自由电子是少子。
阅读(...) 评论()半导体技术_百度百科
半导体技术
半导体技术是指半导体加工的各种技术,包括的生长技术、薄膜沉积、、、掺杂技术和工艺整合等技术。
半导体技术概念
半导体技术就是以半导体为材料,制作成组件及的技术。在周期表里的元素,依照导电性大致可以分成导体、半导体与绝缘体三大类。最常见的半导体是硅(Si),当然半导体也可以是两种元素形成的化合物,例如(),但大多应用在光电方面。
绝大多数的电子组件都是以硅为基材做成的,因此电子产业又称为半导体产业。半导体技术最大的应用是集成电路(IC),举凡计算机、手机、各种电器与信息产品中,一定有 IC 存在,它们被用来发挥各式各样的控制功能,有如人体中的大脑与神经。
如果把计算机打开,除了一些线路外,还会看到好几个线路板,每个板子上都有一些大小与形状不同的黑色小方块,周围是金属接脚,这就是封装好的 IC。如果把包覆的黑色封装除去,可以看到里面有个灰色的小薄片,这就是 IC。如果再放大来看,这些 IC 里面布满了密密麻麻的小组件,彼此由金属导线连接起来。除了少数是电容或电阻等被动组件外,大都是晶体管,这些晶体管由硅或其氧化物、氮化物与其它相关材料所组成。整颗 IC 的功能决定于这些晶体管的特性与彼此间连结的方式。
半导体技术的演进,除了改善性能如速度、能量的消耗与可靠性外,另一重点就是降低制作成本。降低成本的方式,除了改良制作方法,包括制作流程与采用的设备外,如果能在硅芯片的单位面积内产出更多的 IC,成本也会下降。
所以半导体技术的一个非常重要的发展趋势,就是把晶体管微小化。当然组件的微小化会伴随着性能的改变,但很幸运的,这种演进会使 IC 大部分的特性变好,只有少数变差,而这些就需要利用其它技术来弥补了。
半导体制程有点像是盖房子,分成很多层,由下而上逐层依蓝图布局迭积而成,每一层各有不同的材料与功能。随
着功能的复杂,不只结构变得更繁复,技术要求也越来越高。与建筑物最不一样的地方,除了尺寸外,就是建筑物是一栋一栋地盖,半导体技术则是在同一片芯片或同一批生产过程中,同时制作数百万个到数亿个组件,而且要求一模一样。因此可说是半导体工业的最大特色 。
把组件做得越小,芯片上能制造出来的 IC 数也就越多。尽管每片芯片的制作成本会因技术复杂度增加而上升,但是每颗 IC 的成本却会下降。所以价格不但不会因性能变好或功能变强而上涨,反而是越来越便宜。正因如此,综观其它科技的发展,从来没有哪一种产业能够像半导体这样,持续维持三十多年的快速发展。
半导体制程是一项复杂的制作流程,先进的 IC 所需要的制作程序达一千个以上的步骤。这些步骤先依不同的功能组合成小的单元,称为单元制程,如、微影与薄膜制程;几个单元制程组成具有特定功能的模块制程,如隔绝制程模块、接触窗制程模块或平坦化制程模块等;最后再组合这些模块制程成为某种特定 IC 的整合制程
半导体技术纳米技术
纳米技术有很多种,基本上可以分成两类,一类是由下而上的方式或称为的方式,另一类是由上而下所谓的微缩方式。前者以各种材料、化工等技术为主,后者则以半导体技术为主。以前我们都称 IC 技术是「微电子」技术,那是因为晶体管的大小是在微米(10-6米)等级。但是半导体技术发展得非常快,每隔两年就会进步一个世代,尺寸会缩小成原来的一半,这就是有名的(Moore’s Law)。
大约在 15 年前,半导体开始进入,即小于的时代,尔后更有深次微米,比微米小很多的时代。到了 2001 年,晶体管尺寸甚至已经小于 0.1 微米,也就是小于 100 纳米。因此是纳米电子时代,未来的 IC 大部分会由纳米技术做成。但是为了达到纳米的要求,半导体制程的改变须从基本步骤做起。每进步一个世代,制程步骤的要求都会变得更严格、更复杂。
半导体技术挑战
:在所有的制程中,最关键的莫过于。这个技术就像照相的曝光显影,要把 IC 工程师设计好的蓝图,忠实地制作在芯片上,就需要利用曝光显影的技术。在现今的上,不只要求曝光显影出来的图形是几十纳米的大小,还要上下层结构在 30 公分直径的上,对准的准确度在几纳米之内。这样的精准程度相当于在中国大陆的面积上,每次都能精准地找到一颗弹珠。因此这个设备与制程在半导体工厂里是最复杂、也是最昂贵的。
半导体技术进入后,除了水平方向尺寸的微缩造成对微影技术的严苛要求外,在垂直方向的要求也同样地严格。一些薄膜的厚度都是 1 ~ 2 纳米,而且在整片上的误差小于 5%。这相当于在100个足球场的面积上要很均匀地铺上一层约1公分厚的泥土,而且误差要控制在 0.05 公分的范围内。
:另外一项重要的单元制程是蚀刻,这有点像是柏油路面的刨土机或钻孔机,把不要的薄层部分去除或挖一个深洞。只是在半导体制程中,通常是用化学反应加上高能的电浆,而不是用机械的方式。在未来的纳米蚀刻技术中,有一项深度对宽度的比值需求是相当于要挖一口 100 公尺的深井,挖完之后再用三种不同的材料填满深井,可是每一层材料的厚度只有 10 层原子或分子左右。这也是技术上的一大挑战。
除了精准度与均匀度的要求外,在量产时对于设备还有一项严苛的要求,那就是速度。因为时间就是金钱,在同样的时间内,如果能制造出较多的成品,成本自然下降,价格才有竞争力。另外质量的稳定性也非常重要,不只同一批产品的质量要一样,今天生产的 IC 与下星期、下个月生产的也要具有同样的性能,因此质量管控非常重要。通常量产工厂对于生产条件的管制,包括原料、设备条件、制程条件与环境条件等要求都非常严格,不容任意变更,为的就是保持质量的稳定度。
半导体技术材料问题
电子组件进入纳米等级后,在材料方面也开始遭遇到一些瓶颈,因为原来使用的材料性能已不能满足要求。最简单的一个例子,是所谓的闸极介电层材料;这层材料的基本要求是要能绝缘,不让电流通过。使用的是由硅基材氧化而成的,在一般状况下这是一个非常好的。
但因组件的微缩,使得这层材料需要越做越薄。在纳米尺度时,如果继续使用这个材料,这层薄膜只能有约 1 纳米的厚度,也就是 3 ~ 4 层分子的厚度。但是在这种厚度下,任何绝缘材料都会因为而导通电流,造成组件漏电,以致失去应有的功能,因此只能改用其它新材料。但二氧化硅已经沿用了三十多年,几乎是集各种优点于一身,这也是使硅能够在所有的半导体中脱颖而出的关键,要找到比它功能更好的材料与更合适的制作方式,实在难如登天。
而且,材料是组件或 IC 的基础,一旦改变,所有相关的设备与后续的流程都要跟着改变,真的是牵一发而动全身,所以半导体产业还在坚持,不到最后一刻绝对不去改变它。这也是为什么 CPU 会越来越烫,消耗的电力越来越多的原因。因为CPU 中,晶体管数量甚多,运作又快速,而每一个晶体管都会「漏电」所造成。这种情形对桌上型计算机可能影响不大,但在可携式的产品如笔记型计算机或手机,就会出现待机或可用时间无法很长的缺点。
也因为这样,许多学者相继提出各种新颖的结构或材料,例如利用自组装技术制作纳米碳管晶体管,想利用纳米碳管的优异特性改善其功能或把组件做得更小。但整个产业要做这么大的更动,在实务上是不可行的,顶多只能在特殊的应用上,如特殊感测组件,找到新的出路。
半导体技术重要性
在半导体领域,“”作为新的增长市场而备受期待。这是因为进行大数据分析时,除了微处理器之外,还需要高速且容量大的新型。在《日经电子》主办的研讨会上,日本中央大学教授竹内健谈到了这一点。
例如,日本的笹子隧道崩塌事故造成了多人死亡,而如果把长年以来的维修和检查数据建立成数据库,对其进行大数据分析,或许就可以将此类事故防患于未然。全世界老化的隧道和建筑恐怕数不胜数,估计会成为一个相当大的市场。
例如,在庞大的数据中搜索所需信息时,其重点在于如何制作索引数据。索引数据的总量估计会与原始数据一样庞大。而且,索引需要经常更新,不适合使用随机改写速度较慢的NAND闪存。因此,主要采用的是使用DRAM的,但DRAM不仅容量单价高,而且耗电量大,所以市场迫切需要能够替代DRAM的高速、大容量的新型。新型存储器的候选有很多,包括磁存储器()、可变电阻式存储器()、相变存储器()等。虽然存储器本身的技术开发也很重要,但对于,使存储器物尽其用的控制器和中间件的技术似乎更加重要。而且,存储器行业垄断现象严重,只有有限的几家半导体厂商能够提供存储器,而在控制器和中间件的开发之中,还可以大显身手。
半导体技术快速发展
尽管有种种挑战,半导体技术还是不断地往前进步。分析其主要原因,总括来说有下列几项。
先天上,硅这个元素和相关的化合物性质非常好,包括物理、化学及电方面的特性。利用硅及相关材料组成的所谓金属氧化物半导体场效晶体管,做为开关组件非常好用。此外,因为性能优异,轻、薄、短、小,加上便宜,所以应用范围很广,可以用来做各种控制。换言之,市场需求很大,除了各种产业都有需要外,新兴的所谓 3C 产业,更是以 IC 为主角。
因为需求量大,自然吸引大量的人才与资源投入新技术与产品的研发。产业庞大,分工也越来越细。半导体产业可分成几个次领域,每个次领域也都非常庞大,譬如 IC 设计、光罩制作、半导体制造、封装与测试等。其它配合产业还包括半导体设备、半导体原料等,可说是一个火车头工业。
因为投入者众,竞争也剧烈,进展迅速,造成良性循环。一个普遍现象是各大学电机、电子方面的课程越来越多,分组越细,并且陆续从工学院中独立成电机电子与信息方面的学院。其它产业也纷纷寻求在半导体产业中的应用,这在全世界已经变成一种普遍的趋势。
总而言之,半导体技术已经从微米进步到纳米尺度,微电子已经被纳米电子所取代。半导体的纳米技术可以代表以下几层意义:它是唯一由上而下,采用微缩方式的纳米技术;虽然没有革命性或戏剧性的突破,但整个过程可以说就是一个不断进步的历程,这种动力预期还会持续一、二十年。
此外,组件会变得更小,IC 的整合度更大,功能更强,价格也更便宜。未来的应用范围会更多,市场需求也会持续增加。像高速个人计算机、个人数字助理、手机、数字相机等等,都是近几年来因为 IC 技术的发展,有了快速的 IC 与高密度的内存后产生的新应用。由于技术挑战越来越大,投入新技术开发所需的资源规模也会越来越大,因此预期会有更大的就业市场与研发人才的需求。
半导体器件有许多封装型式,从DIP、、、、到CSP再到P,技术指标一代比一代先进,这些都是前人根据当时的组装技术和市场需求而研制的。总体说来,它大概有三次重大的革新:第一次是在上世纪80年代从引脚插入式封装到表面贴片封装,极大地提高了上的组装密度;第二次是在上世纪90年代球型矩正封装的出现,它不但满足了市场高引脚的需求,而且大大地改善了半导体器件的性能;晶片级封装、、芯片级封装是第三次革新的产物,其目的就是将封装减到最小。每一种封装都有其独特的地方,即其优点和不足之处,而所用的封装材料,封装设备,根据其需要而有所不同。驱动半导体封装形式不断发展的动力是其价格和性能。
半导体技术摩尔法则
今年是摩尔法则(Moore’slaw)问世50周年,这一法则的诞生是半导体技术发展史上的一个里程碑。
这50年里,摩尔法则成为了信息技术发展的指路明灯。计算机从神秘不可近的庞然大物变成多数人都不可或缺的工具,信息技术由实验室进入无数个普通家庭,因特网将全世界联系起来,多媒体视听设备丰富着每个人的生活。这一法则决定了信息技术的变化在加速,产品的变化也越来越快。人们已看到,技术与产品的创新大致按照它的节奏,超前者多数成为先锋,而落后者容易被淘汰。
这一切背后的动力都是半导体芯片。如果按照旧有方式将晶体管、电阻和电容分别安装在电路板上,那么不仅个人电脑和移动通信不会出现,连基因组研究、计算机辅助设计和制造等新科技更不可能问世。有关专家指出,摩尔法则已不仅仅是针对芯片技术的法则;不久的将来,它有可能扩展到无线技术、光学技术、传感器技术等领域,成为人们在未知领域探索和创新的指导思想。
毫无疑问,摩尔法则对整个世界意义深远。不过,随着晶体管电路逐渐接近性能极限,这一法则将会走到尽头。摩尔法则何时失效?专家们对此众说纷纭。早在1995年在芝加哥举行信息技术国际研讨会上,美国科学家和工程师杰克·基尔比表示,5纳米处理器的出现或将终结摩尔法则。中国科学家和未来学家周海中在此次研讨会上预言,由于纳米技术的快速发展,30年后摩尔法则很可能就会失效。2012年,日裔美籍理论物理学家加来道雄在接受智囊网站采访时称,“在10年左右的时间内,我们将看到摩尔法则崩溃。”前不久,摩尔本人认为这一法则到2020年的时候就会黯然失色。一些专家指出,即使摩尔法则寿终正寝,信息技术前进的步伐也不会变慢。[1]
.环球网.[引用日期]
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