1. 引言

上世紀中葉，單晶硅和半導體晶體管的發(fā)明及其硅集成電路的研制成功，導致了電子工業(yè)革命；上世紀70年代初石英光導纖維材料和GaAs激光器的發(fā)明，促進了光纖通信技術迅速發(fā)展并逐步形成了高新技術產(chǎn)業(yè)，使人類進入了信息時代。超晶格概念的提出及其半導體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設計思想，使半導體器件的設計與制造從“雜質(zhì)工程”發(fā)展到“能帶工程”。

2. 半導體定義

我們通常把導電性差的材料，如煤、人工晶體、琥珀、陶瓷等稱為絕緣體（insulator）。

把導電性比較好的金屬如金、銀、銅、鐵、錫、鋁等稱為導體（conductor）。

常溫下導電性能介于導體與絕緣體之間的材料稱為半導體（semiconductor）。

與導體和絕緣體相比，半導體材料的發(fā)現(xiàn)是最晚的，直到20世紀30年代，當材料的提純技術改進以后，半導體的存在才真正被學術界認可。

3. 發(fā)展歷史

1833年，英國科學家電子學之父法拉第最先發(fā)現(xiàn)硫化銀的電阻隨著溫度的變化情況不同于一般金屬，一般情況下，金屬的電阻隨溫度升高而增加，但巴拉迪發(fā)現(xiàn)硫化銀材料的電阻是隨著溫度的上升而降低。這是半導體現(xiàn)象的首次發(fā)現(xiàn)。

1839年法國的貝克萊爾發(fā)現(xiàn)半導體和電解質(zhì)接觸形成的結(jié)，在光照下會產(chǎn)生一個電壓，這就是后來人們熟知的光生伏特效應，這是被發(fā)現(xiàn)的半導體的第二個特征。

1873年，英國的史密斯發(fā)現(xiàn)硒晶體材料在光照下電導增加的光電導效應，這是半導體又一個特有的性質(zhì)。半導體的這四個效應，(jianxia霍爾效應的余績──四個伴生效應的發(fā)現(xiàn))雖在1880年以前就先后被發(fā)現(xiàn)了，但半導體這個名詞大概到1911年才被考尼白格和維斯首次使用。而總結(jié)出半導體的這四個特性一直到1947年12月才由貝爾實驗室完成。

在1874年，德國的布勞恩觀察到某些硫化物的電導與所加電場的方向有關，即它的導電有方向性，在它兩端加一個正向電壓，它是導通的；如果把電壓極性反過來，它就不導電，這就是半導體的整流效應，也是半導體所特有的第三種特性。同年，舒斯特又發(fā)現(xiàn)了銅與氧化銅的整流效應。

很多人會疑問，為什么半導體被認可需要這么多年呢？主要原因是當時的材料不純。沒有好的材料，很多與材料相關的問題就難以說清楚。

4. 半導體分類

按化學成分可分為元素半導體和化合物半導體兩大類。

鍺和硅是最常用的元素半導體；化合物半導體包括第Ⅲ和第Ⅴ族化合物（砷化鎵、磷化鎵等）、第Ⅱ和第Ⅵ族化合物（硫化鎘、硫化鋅等）、氧化物（錳、鉻、鐵、銅的氧化物）,以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物組成的固溶體（鎵鋁砷、鎵砷磷等）。

按照其制造技術，半導體的分類可分為：集成電路器件，分立器件、光電半導體、邏輯IC、模擬IC、儲存器等大類，一般來說這些還會被分成小類。

5. 半導體的特點

半導體五大特性∶摻雜性，熱敏性，光敏性，負電阻率溫度特性，整流特性。

在形成晶體結(jié)構(gòu)的半導體中，人為地摻入特定的雜質(zhì)元素，導電性能具有可控性。在光照和熱輻射條件下，其導電性有明顯的變化。

6. 半導體工作原理

本征半導體：不含雜質(zhì)且無晶格缺陷的半導體稱為本征半導體。在極低溫度下，半導體的價帶是滿帶，受到熱激發(fā)后，價帶中的部分電子會越過禁帶進入能量較高的空帶，空帶中存在電子后成為導帶，價帶中缺少一個電子后形成一個帶正電的空位，稱為空穴。

空穴導電并不是實際運動，而是一種等效。電子導電時等電量的空穴會沿其反方向運動。它們在外電場作用下產(chǎn)生定向運動而形成宏觀電流，分別稱為電子導電和空穴導電。

這種由于電子-空穴對的產(chǎn)生而形成的混合型導電稱為本征導電。導帶中的電子會落入空穴，電子-空穴對消失，稱為復合。復合時釋放出的能量變成電磁輻射（發(fā)光）或晶格的熱振動能量（發(fā)熱）。在一定溫度下，電子-空穴對的產(chǎn)生和復合同時存在并達到動態(tài)平衡，此時半導體具有一定的載流子密度，從而具有一定的電阻率。溫度升高時，將產(chǎn)生更多的電子-空穴對，載流子密度增加，電阻率減小。無晶格缺陷的純凈半導體的電阻率較大，實際應用不多。

7. 半導體的應用

1）最早的實用半導體是電晶體（Transistor）/二極體（Diode）。在無線電收音機（Radio）及電視機（Television）半導體中，作為訊號放大器/整流器用。

2）發(fā)展太陽能（Solar Power），也用在光電池（Solar Cell）中。

3）半導體可以用來測量溫度，測溫范圍可以達到生產(chǎn)、生活、醫(yī)療衛(wèi)生、科研教學等應用的70%的領域，有較高的準確度和穩(wěn)定性，分辨率可達0.1℃，甚至達到0.01℃也不是不可能，線性度0.2%，測溫范圍-100~+300℃，是性價比極高的一種測溫元件。

4）半導體致冷器的發(fā)展,它也叫熱電致冷器或溫差致冷器,它采用了帕爾貼效應.