划时代的材料:半导体材料

发布日期:2022-01-18 20:12   来源:未知   阅读:

  在人类社会的发展中,到目前为止,大概还没有一种材料像半导体一样会如此迅速地推动科学技术和经济的发展,历史上出现过青铜时代、铁器时代,青铜、铁器可以称得上是划时代的材料。自铁以后,各种金属、非金属材料层出不穷,但几乎没有一种材料像铜和铁一样,能够称得上和时代的划分“挂钩”的资格。不过,有一种材料也许可以成为划时代的材料,它使社会发展从工业时代进入了信息时代,它在科学技术、国民经济和人民生活方面引起的革命性变化是其他材料无法比拟的,这就是半导体材料。

  19世纪,著名科学家F·法拉第在1833年发现了硫化银这种东西的导电性“与众不同”。一般的金属,它们的电阻小,即导电性好,但金属的导电能力是随温度的增加而降低的,即温度越高,导电性降低。而硫化银的电阻比金属高得多,但它的导电性却“很怪”,温度升高后,它的导电率反而增加。1873年,科学家F.R史密斯又发现了一种“怪材”,这就是现在大家都知道的半导体硒。它本是不良导体,但它在太阳光的照射下能产生出电来。

  1874年,科学家F·布劳恩在研究硫化铅时,用金属探针和它接触并通电,这时出现了一个奇特现象,即当把加上的电压的正负极变个方向时,电流只能从一个方向通过,另一个方向就出现“此路不通”的现象。

  这些接二连三的“怪事”当时谁也解释不清,因此一时也不知道它们会有啥了不得的用处。但科学家的特点就是喜欢研究“奇怪”的东西。因此,从19世纪末到20世纪初,有许多科学家对这些“怪材”进行了大量的研究,在研究中又不断发现许多和硫化银及硒有类似“行为”的“怪材”,如硅、锗和许多化合物。其实,这些“怪材”就是后来老少皆知的半导体。科学家不把它们为什么有那些“与众不同”的“性格”搞清楚,是决不会罢休的。

  到了20世纪,半导体这个名字就风行于全世界。为什么把硫化铅、硫化银和硒、硅、锗这些材料叫半导体呢?原来,在物理学中,常用导电能力来区分各种重要的材料。通常是按材料的电阻不同分成“导体”“半导体”“绝缘体”三个“档次”。金属的电阻率最低(为0.000001~0.01欧姆·厘米),绝缘体的电阻率最高(为1~100000亿欧姆·厘米)半导体的电阻率在导体和绝缘体之间(为0.01~100000000欧姆·厘米)。而硫化银、硫化铅和硒这些材料的电阻率正好属于半导体这一个“档次”。

  材料不同,电阻就不同,也即导电能力不同,但这只是一种表面现象,可为什么导体和半导体及绝缘体的导电能力会有如此大的区别呢?原来,一种材料的导电能力和它内部的自由电子的多少有直接关系。某种金属内部的自由电子较多,它的导电能力就大,而绝缘体中就没有自由电子,因此根本不导电。12月28日起 秦皇岛单双号限

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