半導體(ti)指常溫下(xia)導電性能介于(yu)導體(ti)與絕緣體(ti)之間的材料。
半(ban)導(dao)(dao)體在集成電路、消費電子、通信系統、光(guang)伏發電、照明、大功率電源轉換等(deng)領(ling)域(yu)都有應用(yong),如(ru)二極管就是采用(yong)半(ban)導(dao)(dao)體制作的器件。
無論從科技或是(shi)經濟(ji)發展的角度來看(kan),半導體的重要(yao)性都(dou)是(shi)非(fei)常巨大的。大部分的電子(zi)產品,如計算(suan)機(ji)、移動電話或是(shi)數字錄音機(ji)當中的核心單元都(dou)和半導體有著(zhu)極為密切的關(guan)聯。
常見的半導體材料有(you)硅、鍺(zang)、砷化鎵等,硅是各種(zhong)半導體材料應用(yong)中最具有(you)影響力的一種(zhong)。
物質存在的(de)(de)(de)形式(shi)多種多樣(yang),固體(ti)(ti)(ti)、液(ye)體(ti)(ti)(ti)、氣體(ti)(ti)(ti)、等離(li)子(zi)體(ti)(ti)(ti)等等。我們通(tong)常把導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)電性差的(de)(de)(de)材(cai)料,如煤、人工(gong)晶體(ti)(ti)(ti)、琥珀(po)、陶(tao)瓷(ci)等稱為(wei)絕緣體(ti)(ti)(ti)。而把導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)電性比較好的(de)(de)(de)金(jin)屬如金(jin)、銀、銅、鐵、錫、鋁(lv)等稱為(wei)導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)。可以簡單的(de)(de)(de)把介于導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)和絕緣體(ti)(ti)(ti)之間的(de)(de)(de)材(cai)料稱為(wei)半(ban)導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)。與導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)和絕緣體(ti)(ti)(ti)相比,半(ban)導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)材(cai)料的(de)(de)(de)發現是最晚的(de)(de)(de),直到(dao)20世紀(ji)30年代,當材(cai)料的(de)(de)(de)提純技術改進以后,半(ban)導(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)存在才(cai)真正被學術界認可。
半(ban)導體是指在(zai)常(chang)溫下導電(dian)性能介于導體與絕緣(yuan)體之間(jian)的(de)材(cai)料(liao)。半(ban)導體是指一種導電(dian)性可(ke)控,范圍從絕緣(yuan)體到(dao)導體之間(jian)的(de)材(cai)料(liao)。從科(ke)學技術和經濟發展的(de)角度(du)來看,半(ban)導體影(ying)響著人們(men)的(de)日常(chang)工作(zuo)生活,直到(dao)20世紀30年代這一材(cai)料(liao)才被學界(jie)所認可(ke)。
半導體(ti)的發現實際上(shang)可(ke)以追溯(su)到很久以前。
1833年,英國(guo)科學家電(dian)(dian)子(zi)學之父法拉第最先發(fa)(fa)(fa)現(xian)硫化(hua)(hua)銀的(de)電(dian)(dian)阻(zu)隨著溫(wen)度的(de)變化(hua)(hua)情(qing)況不(bu)同于(yu)一般金屬(shu),一般情(qing)況下,金屬(shu)的(de)電(dian)(dian)阻(zu)隨溫(wen)度升高(gao)而(er)增加,但法拉第發(fa)(fa)(fa)現(xian)硫化(hua)(hua)銀材料的(de)電(dian)(dian)阻(zu)是(shi)隨著溫(wen)度的(de)上升而(er)降低。這是(shi)半導體現(xian)象的(de)首次發(fa)(fa)(fa)現(xian)。
不久,1839年法國的貝克萊爾發現(xian)(xian)半導(dao)體(ti)(ti)和電(dian)解質接觸形(xing)成的結,在光照下會(hui)產生一個電(dian)壓,這(zhe)就是后來人(ren)們熟知的光生伏(fu)特效應,這(zhe)是被發現(xian)(xian)的半導(dao)體(ti)(ti)的第二個特性。
1873年,英國的(de)史密斯發(fa)現硒晶體材料在光照下電導增加(jia)的(de)光電導效應,這是半導體的(de)第(di)三種特性。
在(zai)1874年(nian),德國的(de)布勞恩觀察到某些硫化物的(de)電導與(yu)所(suo)(suo)加電場的(de)方向有(you)(you)關(guan),即它的(de)導電有(you)(you)方向性(xing),在(zai)它兩(liang)端加一個正向電壓,它是導通(tong)的(de);如果把電壓極性(xing)反過來(lai),它就(jiu)不(bu)導電,這就(jiu)是半(ban)導體的(de)整(zheng)流效應,也(ye)是半(ban)導體所(suo)(suo)特(te)有(you)(you)的(de)第四種特(te)性(xing)。同年(nian),舒斯特(te)又(you)發現了銅與(yu)氧化銅的(de)整(zheng)流效應。
半(ban)導(dao)體的這四個特性,雖在1880年以前就先后被發現(xian)了,但半(ban)導(dao)體這個名詞大概到1911年才(cai)被考尼白格和維斯首次使用(yong)。而總(zong)結出半(ban)導(dao)體的這四個特性一直到1947年12月才(cai)由貝爾實驗室完成。
2019年10月,一(yi)國際科研團隊稱與傳(chuan)統霍爾(er)測(ce)量中僅獲得(de)(de)3個(ge)參數相比,新技術(shu)在每個(ge)測(ce)試光強度下最(zui)多可獲得(de)(de)7個(ge)參數:包括電子(zi)和(he)空(kong)(kong)穴的遷移率;在光下的載荷子(zi)密度、重組壽命、電子(zi)、空(kong)(kong)穴和(he)雙極性類(lei)型的擴(kuo)散長(chang)度。
(1)元(yuan)(yuan)素半(ban)(ban)(ban)導體。元(yuan)(yuan)素半(ban)(ban)(ban)導體是指單(dan)一元(yuan)(yuan)素構成的半(ban)(ban)(ban)導體,其(qi)中對(dui)硅、硒的研究(jiu)比較早。它(ta)是由相同元(yuan)(yuan)素組(zu)成的具有(you)半(ban)(ban)(ban)導體特(te)性的固體材料,容易受到微量雜質和外界條(tiao)件(jian)(jian)的影響(xiang)而發生變化(hua)。目前,只有(you)硅、鍺(zang)性能好,運(yun)用的比較廣,硒在電(dian)(dian)子照明和光電(dian)(dian)領域中應用。硅在半(ban)(ban)(ban)導體工業中運(yun)用的多,這主要受到二氧化(hua)硅的影響(xiang),能夠在器件(jian)(jian)制(zhi)作(zuo)上(shang)形成掩膜,能夠提高(gao)半(ban)(ban)(ban)導體器件(jian)(jian)的穩(wen)定(ding)性,利于(yu)自(zi)動化(hua)工業生產(chan)。
(2)無(wu)機合(he)成(cheng)物(wu)半導(dao)(dao)體。無(wu)機合(he)成(cheng)物(wu)主(zhu)要(yao)(yao)是(shi)通過(guo)單(dan)一元(yuan)素構成(cheng)半導(dao)(dao)體材(cai)(cai)料,當(dang)然也有多種元(yuan)素構成(cheng)的(de)(de)(de)半導(dao)(dao)體材(cai)(cai)料,主(zhu)要(yao)(yao)的(de)(de)(de)半導(dao)(dao)體性質有I族(zu)(zu)(zu)(zu)與(yu)(yu)(yu)V、VI、VII族(zu)(zu)(zu)(zu);II族(zu)(zu)(zu)(zu)與(yu)(yu)(yu)IV、V、VI、VII族(zu)(zu)(zu)(zu);III族(zu)(zu)(zu)(zu)與(yu)(yu)(yu)V、VI族(zu)(zu)(zu)(zu);IV族(zu)(zu)(zu)(zu)與(yu)(yu)(yu)IV、VI族(zu)(zu)(zu)(zu);V族(zu)(zu)(zu)(zu)與(yu)(yu)(yu)VI族(zu)(zu)(zu)(zu);VI族(zu)(zu)(zu)(zu)與(yu)(yu)(yu)VI族(zu)(zu)(zu)(zu)的(de)(de)(de)結合(he)化合(he)物(wu),但受到(dao)元(yuan)素的(de)(de)(de)特性和制作(zuo)方式的(de)(de)(de)影響,不(bu)是(shi)所(suo)有的(de)(de)(de)化合(he)物(wu)都能夠符合(he)半導(dao)(dao)體材(cai)(cai)料的(de)(de)(de)要(yao)(yao)求。這一半導(dao)(dao)體主(zhu)要(yao)(yao)運(yun)用到(dao)高速器(qi)件(jian)中(zhong),InP制造的(de)(de)(de)晶體管的(de)(de)(de)速度比(bi)其他材(cai)(cai)料都高,主(zhu)要(yao)(yao)運(yun)用到(dao)光電集成(cheng)電路、抗核輻(fu)射器(qi)件(jian)中(zhong)。對于(yu)導(dao)(dao)電率高的(de)(de)(de)材(cai)(cai)料,主(zhu)要(yao)(yao)用于(yu)LED等方面(mian)。
(3)有(you)(you)(you)機(ji)合(he)(he)(he)成物(wu)(wu)半(ban)導(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)。有(you)(you)(you)機(ji)化合(he)(he)(he)物(wu)(wu)是指含分(fen)子中含有(you)(you)(you)碳鍵的化合(he)(he)(he)物(wu)(wu),把有(you)(you)(you)機(ji)化合(he)(he)(he)物(wu)(wu)和碳鍵垂直,疊加的方(fang)式能(neng)夠形成導(dao)(dao)(dao)(dao)帶,通(tong)過化學的添加,能(neng)夠讓(rang)其進入到能(neng)帶,這樣可以(yi)發生電導(dao)(dao)(dao)(dao)率,從而形成有(you)(you)(you)機(ji)化合(he)(he)(he)物(wu)(wu)半(ban)導(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)。這一半(ban)導(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)和以(yi)往的半(ban)導(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)相比,具(ju)有(you)(you)(you)成本低、溶(rong)解性(xing)好、材料(liao)輕加工(gong)容易的特(te)點。可以(yi)通(tong)過控制(zhi)分(fen)子的方(fang)式來控制(zhi)導(dao)(dao)(dao)(dao)電性(xing)能(neng),應用的范圍(wei)比較廣,主要(yao)用于有(you)(you)(you)機(ji)薄(bo)膜、有(you)(you)(you)機(ji)照明等方(fang)面。
(4)非(fei)晶態(tai)半(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)(ti)。它又被(bei)叫做(zuo)無(wu)定形(xing)半(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)(ti)或玻(bo)璃(li)半(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)(ti),屬于(yu)半(ban)(ban)導(dao)電性(xing)的(de)(de)(de)(de)一類(lei)材料。非(fei)晶半(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)(ti)和(he)(he)其他非(fei)晶材料一樣,都是(shi)(shi)短(duan)程(cheng)有(you)(you)(you)序(xu)、長(chang)程(cheng)無(wu)序(xu)結構。它主(zhu)要是(shi)(shi)通過改變原(yuan)子相對位置(zhi),改變原(yuan)有(you)(you)(you)的(de)(de)(de)(de)周期性(xing)排(pai)(pai)列(lie),形(xing)成非(fei)晶硅。晶態(tai)和(he)(he)非(fei)晶態(tai)主(zhu)要區別于(yu)原(yuan)子排(pai)(pai)列(lie)是(shi)(shi)否具有(you)(you)(you)長(chang)程(cheng)序(xu)。非(fei)晶態(tai)半(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)性(xing)能控制難,隨著技術的(de)(de)(de)(de)發明,非(fei)晶態(tai)半(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)(ti)開始使用。這一制作工序(xu)簡(jian)單,主(zhu)要用于(yu)工程(cheng)類(lei),在光吸收方面有(you)(you)(you)很好的(de)(de)(de)(de)效(xiao)果,主(zhu)要運用到(dao)太陽能電池和(he)(he)液(ye)晶顯示(shi)屏中。
(5)本(ben)征半導(dao)體(ti):不(bu)含(han)雜質(zhi)且無晶(jing)格缺(que)(que)陷(xian)的(de)半導(dao)體(ti)稱(cheng)為(wei)(wei)(wei)本(ben)征半導(dao)體(ti)。在(zai)(zai)(zai)極低溫(wen)度(du)下(xia),半導(dao)體(ti)的(de)價(jia)帶是(shi)(shi)滿帶,受到(dao)熱(re)(re)(re)激發(fa)后(hou),價(jia)帶中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)部分電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)會(hui)越過禁帶進入能(neng)(neng)量(liang)較(jiao)高的(de)空(kong)(kong)(kong)(kong)帶,空(kong)(kong)(kong)(kong)帶中(zhong)(zhong)(zhong)存在(zai)(zai)(zai)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)后(hou)成為(wei)(wei)(wei)導(dao)帶,價(jia)帶中(zhong)(zhong)(zhong)缺(que)(que)少一(yi)個電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)后(hou)形成一(yi)個帶正電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)空(kong)(kong)(kong)(kong)位(wei),稱(cheng)為(wei)(wei)(wei)空(kong)(kong)(kong)(kong)穴。空(kong)(kong)(kong)(kong)穴導(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)并不(bu)是(shi)(shi)實際運(yun)動,而(er)(er)是(shi)(shi)一(yi)種(zhong)等效(xiao)。電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)導(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)時(shi)(shi)等電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)量(liang)的(de)空(kong)(kong)(kong)(kong)穴會(hui)沿其反方向運(yun)動。它們在(zai)(zai)(zai)外電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)場作用(yong)下(xia)產(chan)生定(ding)(ding)向運(yun)動而(er)(er)形成宏觀電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu),分別稱(cheng)為(wei)(wei)(wei)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)導(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)和空(kong)(kong)(kong)(kong)穴導(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)。這(zhe)種(zhong)由于電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)-空(kong)(kong)(kong)(kong)穴對的(de)產(chan)生而(er)(er)形成的(de)混(hun)合型導(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)稱(cheng)為(wei)(wei)(wei)本(ben)征導(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)。導(dao)帶中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)會(hui)落入空(kong)(kong)(kong)(kong)穴,電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)-空(kong)(kong)(kong)(kong)穴對消(xiao)失,稱(cheng)為(wei)(wei)(wei)復(fu)(fu)合。復(fu)(fu)合時(shi)(shi)釋放出的(de)能(neng)(neng)量(liang)變(bian)成電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)磁輻射(she)(發(fa)光(guang))或(huo)晶(jing)格的(de)熱(re)(re)(re)振動能(neng)(neng)量(liang)(發(fa)熱(re)(re)(re))。在(zai)(zai)(zai)一(yi)定(ding)(ding)溫(wen)度(du)下(xia),電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)-空(kong)(kong)(kong)(kong)穴對的(de)產(chan)生和復(fu)(fu)合同時(shi)(shi)存在(zai)(zai)(zai)并達到(dao)動態(tai)平衡(heng),此時(shi)(shi)半導(dao)體(ti)具有一(yi)定(ding)(ding)的(de)載流(liu)子(zi)(zi)(zi)密(mi)度(du),從而(er)(er)具有一(yi)定(ding)(ding)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻率(lv)(lv)。溫(wen)度(du)升高時(shi)(shi),將產(chan)生更多(duo)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)-空(kong)(kong)(kong)(kong)穴對,載流(liu)子(zi)(zi)(zi)密(mi)度(du)增加,電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻率(lv)(lv)減(jian)小。無晶(jing)格缺(que)(que)陷(xian)的(de)純凈半導(dao)體(ti)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻率(lv)(lv)較(jiao)大,實際應(ying)用(yong)不(bu)多(duo)。
半導體在集成電路、消費電子、通(tong)信系(xi)統、光伏發電、照明應(ying)用、大(da)功(gong)率電源(yuan)轉換(huan)等(deng)領域應(ying)用。
半導(dao)體(ti)(ti)材(cai)(cai)(cai)料(liao)光生伏(fu)特效(xiao)應(ying)(ying)是(shi)太(tai)陽能(neng)電(dian)池(chi)(chi)運行的(de)(de)(de)基本(ben)原理。現(xian)階段半導(dao)體(ti)(ti)材(cai)(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)光伏(fu)應(ying)(ying)用已經成(cheng)為(wei)一(yi)大熱(re)門(men),是(shi)目(mu)前世界上增長最快(kuai)、發展最好(hao)的(de)(de)(de)清潔能(neng)源(yuan)市場。太(tai)陽能(neng)電(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)(de)主要制(zhi)作(zuo)材(cai)(cai)(cai)料(liao)是(shi)半導(dao)體(ti)(ti)材(cai)(cai)(cai)料(liao),判斷太(tai)陽能(neng)電(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)(de)優劣(lie)主要的(de)(de)(de)標準(zhun)是(shi)光電(dian)轉化(hua)率,光電(dian)轉化(hua)率越高,說明太(tai)陽能(neng)電(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)(de)工作(zuo)效(xiao)率越高。根據應(ying)(ying)用的(de)(de)(de)半導(dao)體(ti)(ti)材(cai)(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)不同,太(tai)陽能(neng)電(dian)池(chi)(chi)分為(wei)晶體(ti)(ti)硅太(tai)陽能(neng)電(dian)池(chi)(chi)、薄膜電(dian)池(chi)(chi)以及III-V族化(hua)合物電(dian)池(chi)(chi)。
LED是建立在半導體(ti)(ti)晶體(ti)(ti)管上的半導體(ti)(ti)發光(guang)(guang)二極管,采(cai)用(yong)(yong)LED技(ji)術半導體(ti)(ti)光(guang)(guang)源(yuan)體(ti)(ti)積小(xiao),可以實現平面封裝,工作(zuo)時發熱(re)量(liang)低(di)、節能(neng)高效,產品壽命長(chang)、反應(ying)速(su)度(du)快,而且綠色(se)環(huan)保(bao)無(wu)污染,還能(neng)開發成(cheng)輕(qing)薄(bo)短小(xiao)的產品,一經(jing)(jing)問世,就迅速(su)普及(ji),成(cheng)為新一代的優(you)質照明(ming)光(guang)(guang)源(yuan),目前已經(jing)(jing)廣泛的運用(yong)(yong)在我們的生活中。如交通指示燈、電子產品的背光(guang)(guang)源(yuan)、城市夜景美化(hua)光(guang)(guang)源(yuan)、室內(nei)照明(ming)等(deng)各(ge)個領域,都(dou)有(you)應(ying)用(yong)(yong)。
交流(liu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)和直流(liu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)相互轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)換(huan)(huan)(huan)對(dui)于電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)器(qi)(qi)的(de)使(shi)用(yong)十分重(zhong)要,是(shi)對(dui)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)器(qi)(qi)的(de)必(bi)要保護。這就要用(yong)到(dao)(dao)等電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)換(huan)(huan)(huan)裝(zhuang)(zhuang)置。碳(tan)化(hua)(hua)(hua)硅擊(ji)穿電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓強(qiang)度高,禁帶寬(kuan)度寬(kuan),熱(re)導(dao)性高,因(yin)此(ci)SiC半導(dao)體(ti)器(qi)(qi)件(jian)十分適合(he)應用(yong)在(zai)功率密度和開關頻率高的(de)場合(he),電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)裝(zhuang)(zhuang)換(huan)(huan)(huan)裝(zhuang)(zhuang)置就是(shi)其中之一。碳(tan)化(hua)(hua)(hua)硅元件(jian)在(zai)高溫、高壓、高頻的(de)又一表現(xian)(xian)(xian)使(shi)得現(xian)(xian)(xian)在(zai)被廣泛使(shi)用(yong)到(dao)(dao)深(shen)井(jing)鉆探(tan),發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)裝(zhuang)(zhuang)置中的(de)逆變器(qi)(qi),電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)氣(qi)混動(dong)汽車的(de)能量轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)器(qi)(qi),輕軌(gui)列車牽引(yin)動(dong)力轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)換(huan)(huan)(huan)等領域。由于SiC本身的(de)優(you)勢以及現(xian)(xian)(xian)階(jie)段行業(ye)對(dui)于輕量化(hua)(hua)(hua)、高轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)換(huan)(huan)(huan)效(xiao)率的(de)半導(dao)體(ti)材料需要,SiC將會取代Si,成(cheng)為應用(yong)最廣泛的(de)半導(dao)體(ti)材料。
半(ban)(ban)導(dao)體(ti)制冷(leng)(leng)技(ji)(ji)術是(shi)目前的(de)(de)(de)制冷(leng)(leng)技(ji)(ji)術中(zhong)(zhong)應用(yong)(yong)比較廣泛(fan)的(de)(de)(de)。農(nong)作(zuo)物在(zai)溫(wen)室(shi)大棚中(zhong)(zhong)生(sheng)長中(zhong)(zhong),半(ban)(ban)導(dao)體(ti)制冷(leng)(leng)技(ji)(ji)術可以(yi)對(dui)(dui)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)有效控制,特(te)別是(shi)一些對(dui)(dui)環(huan)境(jing)具有很高要求的(de)(de)(de)植物,采(cai)用(yong)(yong)半(ban)(ban)導(dao)體(ti)制冷(leng)(leng)技(ji)(ji)術塑造生(sheng)長環(huan)境(jing),可以(yi)促(cu)進植物的(de)(de)(de)生(sheng)長。半(ban)(ban)導(dao)體(ti)制冷(leng)(leng)技(ji)(ji)術具有可逆性,可以(yi)用(yong)(yong)于(yu)制冷(leng)(leng),也(ye)可以(yi)用(yong)(yong)于(yu)制熱,對(dui)(dui)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)的(de)(de)(de)調(diao)節(jie)具有良(liang)好的(de)(de)(de)效果。
半(ban)(ban)(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)(ti)制冷技術的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)原(yuan)(yuan)理(li)(li)是(shi)(shi)(shi)建立在(zai)帕(pa)爾(er)(er)帖(tie)原(yuan)(yuan)理(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)礎上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)。1834年,法國科(ke)學家帕(pa)爾(er)(er)帖(tie)發現了半(ban)(ban)(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)(ti)制冷作用(yong)。帕(pa)爾(er)(er)貼原(yuan)(yuan)理(li)(li)又被稱為是(shi)(shi)(shi)”帕(pa)爾(er)(er)貼效益“,就(jiu)(jiu)是(shi)(shi)(shi)將(jiang)兩種(zhong)不同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)導(dao)體(ti)(ti)(ti)充分運(yun)(yun)(yun)用(yong)起來,使(shi)用(yong)A和B組成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)路,通(tong)入直流(liu)電(dian)(dian),在(zai)電(dian)(dian)路的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)接頭處(chu)可(ke)(ke)(ke)以(yi)產生焦(jiao)耳熱,同時還會釋(shi)放出(chu)一些其它的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱量(liang),此時就(jiu)(jiu)會發現,另一個接頭處(chu)不是(shi)(shi)(shi)在(zai)釋(shi)放熱量(liang),而是(shi)(shi)(shi)在(zai)吸收(shou)熱量(liang)。這種(zhong)現象是(shi)(shi)(shi)可(ke)(ke)(ke)逆的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de),只要對(dui)電(dian)(dian)流(liu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方向進行改變(bian),放熱和吸熱的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)運(yun)(yun)(yun)行就(jiu)(jiu)可(ke)(ke)(ke)以(yi)進行調節,電(dian)(dian)流(liu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)強度與吸收(shou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱量(liang)和放出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱量(liang)之間存在(zai)正比(bi)例關系(xi),與半(ban)(ban)(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)(ti)自身所(suo)具備的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)性質也(ye)存在(zai)關系(xi)。由(you)于金屬材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)帕(pa)爾(er)(er)帖(tie)效應(ying)(ying)是(shi)(shi)(shi)相對(dui)較弱的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de),而半(ban)(ban)(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)(ti)材(cai)料(liao)(liao)基(ji)于帕(pa)爾(er)(er)帖(tie)原(yuan)(yuan)理(li)(li)運(yun)(yun)(yun)行,所(suo)產生的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)效應(ying)(ying)也(ye)會更強一些,所(suo)以(yi),在(zai)制冷的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)材(cai)料(liao)(liao)中,半(ban)(ban)(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)(ti)就(jiu)(jiu)成為了主(zhu)要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)。但(dan)是(shi)(shi)(shi),對(dui)于這種(zhong)材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)使(shi)用(yong)中,需(xu)要注(zhu)意(yi)多數的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)半(ban)(ban)(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)(ti)材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)無量(liang)綱值接近1,比(bi)固體(ti)(ti)(ti)理(li)(li)論模(mo)型要低一些,在(zai)實際數據的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)計算上所(suo)獲(huo)得(de)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結果(guo)是(shi)(shi)(shi)4,所(suo)以(yi),對(dui)于半(ban)(ban)(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)(ti)材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)中,要使(shi)得(de)半(ban)(ban)(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)(ti)制冷技術合(he)理(li)(li)運(yun)(yun)(yun)用(yong),就(jiu)(jiu)要深入研(yan)究。
半導體制冷技(ji)術(shu)已經廣泛應用在醫藥領域(yu)中,工(gong)業領域(yu)中,即便是(shi)日常(chang)生活中也得以應用,所以,該技(ji)術(shu)是(shi)有(you)非常(chang)重要的(de)發展前(qian)景(jing)的(de)。
例如(ru),將導體制冷(leng)技(ji)術用(yong)于(yu)現代的(de)各(ge)種(zhong)制冷(leng)設備中,諸如(ru)冰箱、空調等等,都可以配置電子冷(leng)卻器(qi)。半導體冰箱就(jiu)是使(shi)用(yong)了半導體制冷(leng)技(ji)術。在具體的(de)應用(yong)中,可以根據不同客(ke)戶(hu)的(de)需要使(shi)用(yong),以更好地滿(man)足客(ke)戶(hu)的(de)要求。
不同數量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)半(ban)(ban)導體制冷芯片,在連接(jie)的(de)(de)(de)(de)(de)過程(cheng)中可以根(gen)據需要(yao)采用并聯的(de)(de)(de)(de)(de)方式(shi)或串(chuan)聯的(de)(de)(de)(de)(de)方式(shi),放置在合適的(de)(de)(de)(de)(de)位置就(jiu)(jiu)可以發揮(hui)作用。二十(shi)世(shi)紀50年代,前蘇聯開發了一種小型(xing)模型(xing)冰(bing)箱(xiang)(xiang),只(zhi)有10升(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)容(rong)量(liang)(liang),冰(bing)箱(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)體積非常小,使用便利。日(ri)本研制出一種冰(bing)箱(xiang)(xiang),是專門用于儲存(cun)紅(hong)酒的(de)(de)(de)(de)(de)。對于溫度要(yao)嚴格控制,應(ying)用半(ban)(ban)導體制冷技術就(jiu)(jiu)可以滿足冰(bing)箱(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)制冷要(yao)求(qiu)。隨著社(she)會的(de)(de)(de)(de)(de)不斷發展,人們在追求(qiu)生活質(zhi)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)同時,對于制冷設備的(de)(de)(de)(de)(de)要(yao)求(qiu)也越來越高。當人們使用半(ban)(ban)導體冰(bing)箱(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)時候,就(jiu)(jiu)會發現這種冰(bing)箱(xiang)(xiang)比傳統冰(bing)箱(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)耗電量(liang)(liang)更低一些,甚(shen)至可以達到20%,節能效果良好。
使用(yong)半(ban)導體空調,與日常生活中(zhong)使用(yong)的(de)空調不同,而是應(ying)用(yong)于特(te)殊(shu)場所(suo)中(zhong),諸(zhu)如機艙(cang)、潛艇等等。采用(yong)相對(dui)穩定(ding)的(de)制(zhi)冷(leng)技(ji)術(shu)(shu),不僅可以(yi)(yi)保(bao)證快速制(zhi)冷(leng),而且可能夠滿足半(ban)導體制(zhi)冷(leng)技(ji)術(shu)(shu)的(de)各項要求。一些美國公司發(fa)現半(ban)導體制(zhi)冷(leng)技(ji)術(shu)(shu)還有一個重(zhong)要的(de)功能,就是在有源電池中(zhong)合理應(ying)用(yong),就可以(yi)(yi)確保(bao)電源持續供應(ying),可以(yi)(yi)超(chao)過8小(xiao)時。在汽車(che)制(zhi)冷(leng)設備中(zhong),半(ban)導體制(zhi)冷(leng)技(ji)術(shu)(shu)也(ye)得到應(ying)用(yong)。包括(kuo)農業(ye)、天文學(xue)以(yi)(yi)及醫(yi)學(xue)領域,半(ban)導體制(zhi)冷(leng)技(ji)術(shu)(shu)也(ye)發(fa)揮著重(zhong)要的(de)作用(yong)。
(一)半導(dao)體制冷技術的難點
半導體(ti)制(zhi)冷的(de)過程中會(hui)(hui)涉及(ji)到很多的(de)參數(shu),而且條件是復雜多變的(de)。任何一(yi)個參數(shu)對(dui)冷卻效(xiao)果(guo)都會(hui)(hui)產生影(ying)響(xiang)。實驗室研(yan)究中,由于(yu)難(nan)以滿(man)足規(gui)定的(de)噪聲(sheng),就需(xu)要對(dui)實驗室環境進(jin)行研(yan)究,但是一(yi)些影(ying)響(xiang)因素(su)的(de)探討是存在(zai)難(nan)度的(de)。半導體(ti)制(zhi)冷技(ji)術(shu)是基于(yu)粒子效(xiao)應(ying)的(de)制(zhi)冷技(ji)術(shu),具有可逆性(xing)。所(suo)以,在(zai)制(zhi)冷技(ji)術(shu)的(de)應(ying)用過程中,冷熱端就會(hui)(hui)產生很大(da)的(de)溫差,對(dui)制(zhi)冷效(xiao)果(guo)必然會(hui)(hui)產生影(ying)響(xiang)。
(二)半導體制(zhi)冷技術所存在的(de)問題
其(qi)(qi)(qi)一,半(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)(ti)材料的(de)(de)優質系數(shu)不(bu)能夠(gou)根據需(xu)要(yao)(yao)得到(dao)進一步的(de)(de)提升,這就必然(ran)會對(dui)(dui)半(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)(ti)制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)技(ji)(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)造(zao)成影響(xiang)。其(qi)(qi)(qi)二,對(dui)(dui)冷(leng)端散(san)熱系統和熱端散(san)熱系統進行優化(hua)設計(ji),但是在(zai)(zai)技(ji)(ji)術(shu)(shu)上(shang)沒(mei)有升級,依然(ran)處于(yu)(yu)理論(lun)階段,沒(mei)有在(zai)(zai)應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)中更好地發揮(hui)作用(yong)(yong)(yong),這就導(dao)(dao)致半(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)(ti)制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)技(ji)(ji)術(shu)(shu)不(bu)能夠(gou)根據應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)需(xu)要(yao)(yao)予以(yi)提升。其(qi)(qi)(qi)三,半(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)(ti)制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)技(ji)(ji)術(shu)(shu)對(dui)(dui)于(yu)(yu)其(qi)(qi)(qi)他領域以(yi)及相關領域的(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)存在(zai)(zai)局限性,所以(yi),半(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)(ti)制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)技(ji)(ji)術(shu)(shu)使(shi)用(yong)(yong)(yong)很少(shao),對(dui)(dui)于(yu)(yu)半(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)(ti)制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)技(ji)(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)研(yan)究沒(mei)有從應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)角度(du)出發,就難以(yi)在(zai)(zai)技(ji)(ji)術(shu)(shu)上(shang)擴(kuo)展。其(qi)(qi)(qi)四,市場經濟環境(jing)中,科學技(ji)(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)發展,半(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)(ti)制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)技(ji)(ji)術(shu)(shu)要(yao)(yao)獲得發展,需(xu)要(yao)(yao)考(kao)慮(lv)多方面的(de)(de)問題。重視半(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)(ti)制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)技(ji)(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong),還要(yao)(yao)考(kao)慮(lv)各種影響(xiang)因素(su),使(shi)得該技(ji)(ji)術(shu)(shu)更好地發揮(hui)作用(yong)(yong)(yong)。
以GaN(氮化(hua)鎵)為代表(biao)的(de)(de)第三代半導(dao)體(ti)材料(liao)(liao)及器(qi)件的(de)(de)開(kai)發是(shi)新興半導(dao)體(ti)產(chan)業的(de)(de)核心和基礎,其研究開(kai)發呈現出(chu)日(ri)新月異的(de)(de)發展勢態。GaN基光電器(qi)件中,藍(lan)色發光二極管(guan)LED率(lv)先實(shi)現商品化(hua)生(sheng)產(chan)成(cheng)功開(kai)發藍(lan)光LED和LD之后,科研方向轉移到GaN紫外光探測器(qi)上GaN材料(liao)(liao)在微(wei)波(bo)功率(lv)方面也有相當大(da)的(de)(de)應用(yong)市場。氮化(hua)鎵半導(dao)體(ti)開(kai)關(guan)被(bei)譽為半導(dao)體(ti)芯片設計上一個新的(de)(de)里程碑。美國佛羅里達大(da)學的(de)(de)科學家已經(jing)開(kai)發出(chu)一種(zhong)可(ke)用(yong)于(yu)制造(zao)新型電子(zi)開(kai)關(guan)的(de)(de)重要(yao)器(qi)件,這種(zhong)電子(zi)開(kai)關(guan)可(ke)以提供平穩(wen)、無間斷電源。
新(xin)型半導(dao)體(ti)材料(liao)在(zai)工(gong)(gong)業(ye)方(fang)面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)用(yong)越(yue)來越(yue)多。新(xin)型半導(dao)體(ti)材料(liao)表現(xian)為其結構穩(wen)定(ding),擁有(you)卓越(yue)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電學(xue)特性,而且成本低廉,可(ke)(ke)被用(yong)于制(zhi)造(zao)現(xian)代(dai)電子設備中(zhong)廣(guang)泛使用(yong),我(wo)國(guo)(guo)(guo)與其他國(guo)(guo)(guo)家(jia)相比(bi)在(zai)這方(fang)面(mian)還有(you)著很(hen)(hen)大(da)一部分的(de)(de)(de)(de)(de)(de)差距,通常會表現(xian)在(zai)對(dui)(dui)一些基本儀器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)制(zhi)作和(he)(he)加工(gong)(gong)上,近幾年來,國(guo)(guo)(guo)家(jia)很(hen)(hen)多的(de)(de)(de)(de)(de)(de)部門已經針對(dui)(dui)我(wo)國(guo)(guo)(guo)相對(dui)(dui)于其他國(guo)(guo)(guo)家(jia)存在(zai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)弱(ruo)勢,這一方(fang)面(mian)統一的(de)(de)(de)(de)(de)(de)組織了各個方(fang)面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)群體(ti),對(dui)(dui)其進(jin)(jin)行(xing)有(you)效的(de)(de)(de)(de)(de)(de)領導(dao),然后(hou)共同努力去(qu)研(yan)制(zhi)更(geng)加高(gao)(gao)水平的(de)(de)(de)(de)(de)(de)半導(dao)體(ti)材料(liao)。這樣(yang)才能(neng)夠在(zai)很(hen)(hen)大(da)程(cheng)度上適應(ying)我(wo)國(guo)(guo)(guo)工(gong)(gong)業(ye)化的(de)(de)(de)(de)(de)(de)進(jin)(jin)步(bu)(bu)和(he)(he)發展(zhan),為我(wo)國(guo)(guo)(guo)社會進(jin)(jin)步(bu)(bu)提(ti)供更(geng)強大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)動力。首(shou)先需要進(jin)(jin)一步(bu)(bu)對(dui)(dui)超晶格量(liang)子阱材料(liao)進(jin)(jin)行(xing)研(yan)發,目前我(wo)國(guo)(guo)(guo)半導(dao)體(ti)材料(liao)在(zai)這方(fang)面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)發展(zhan)背景來看,應(ying)該在(zai)很(hen)(hen)大(da)程(cheng)度上去(qu)提(ti)高(gao)(gao)超高(gao)(gao)亮(liang)度,紅綠藍光(guang)材料(liao)以及光(guang)通信材料(liao),在(zai)未(wei)(wei)來的(de)(de)(de)(de)(de)(de)發展(zhan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)主要研(yan)究(jiu)方(fang)向上,同時(shi)要根據市場上,更(geng)新(xin)一代(dai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電子器(qi)件以及電路等要求進(jin)(jin)行(xing)強化,將(jiang)這些光(guang)電子結構的(de)(de)(de)(de)(de)(de)材料(liao),在(zai)未(wei)(wei)來生(sheng)產過程(cheng)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)需求進(jin)(jin)行(xing)仔細的(de)(de)(de)(de)(de)(de)分析和(he)(he)探討,然后(hou)去(qu)滿足未(wei)(wei)來世(shi)界(jie)半導(dao)體(ti)發展(zhan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)向,我(wo)們需要選擇更(geng)加優化的(de)(de)(de)(de)(de)(de)布點,然后(hou)做好(hao)相關的(de)(de)(de)(de)(de)(de)開發和(he)(he)研(yan)究(jiu)工(gong)(gong)作,這樣(yang)將(jiang)各種研(yan)發機(ji)構與企(qi)業(ye)之間建立更(geng)好(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)溝通機(ji)制(zhi)就可(ke)(ke)以在(zai)很(hen)(hen)大(da)程(cheng)度上實現(xian)高(gao)(gao)溫半導(dao)體(ti)材料(liao),更(geng)深(shen)一步(bu)(bu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)開發和(he)(he)利用(yong)。