半导体材料对现代社会的影响(光电检测论

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1、半导体材料对现代社会的影响材料是人类进化史的里程碑，现代文明的重要支柱，是发展高新技术、社会现代化的物质基础与先导。在所有材料当中，带领我们进入如今信息时代的首位功臣—半导体材料却是后来居上。计算机、手机、家电、航天、仪表等所有与现代文明相关的高科技产品都离不开以半导体材料为基础。没有半导体材料，就没有今天的物质文明和飞速发展的现代社会。硅（Si）和锗（Ge）是主要的半导体材料，其中硅（Si）是占据了90％以上的半导体材料份额。硅和锗材料在电子、冶金、化工、军事、航天等领域有广泛的用途。例如：金属硅被应用于钢铁、铝、有机硅，多晶硅被应用于太阳能光伏电池，单晶硅被应用于半导体集成

2、电路，二氧化锗被用于塑料石油工业催化剂，锗单晶被应用于卫星用太阳能光伏电池和武器装备上的夜视仪镜头。硅锗合金被应用于高速cpu处理器（达500GHZ）制造。半导体的发现可以追溯到上世纪的一八三几年，但是半导体的真正应用是上世纪中期，特别在1947年晶体管的发明到1958年集成电路的发现和设计研制成功，开辟了微电子的时代。我们今天用到的计算机空间任何一个地方都离不了半导体。半半导体材料与社会经济关系的一个典型范例就是硅材料的应用。经济上，它触发了一个数十亿美元的工业。从助听器到全球性的遥测技术，通信已十分便利，并且通过文化娱乐、各种私人计算机的出现与使用，使人们的日常生活发生着巨

3、大的变化。比如说硅已经是大规模集成电路的基础元件，与所有的电气所有的光纤移动通信、人造卫星等等，密切相关。信息时代的基础就是半导体，就是硅，用90％以上的电子器件、组件和设备都是用硅材料做成的。半导体的作用从过去工业革命是微电子时代，进一步我们进入光电子时代。半导体材料不但使人类生活有很大改变，也改变了世界的政治、经济和军事地位。最近伊拉克战争基本是空间解决问题，发现目标命中目标是事时，过去要几天时间。海湾战争大概是几天能够决定攻击，到阿富汗的时候减少到九分钟，发现目标定位决策攻击。伊拉克战争就是及时的，发现目标马上攻击。这个时代军事的抵抗形式发生很大的变化，半导体的发明和它的

4、应用使人类进入完全崭新的信息世纪。20世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；20世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米科学技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路，深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式。仅仅从电

5、子技术的发展史来看，新材料的研制与开发起了举足轻重的作用。1906年发明了电子管，从而出现了无线电技术、电视机、电子计算机；1948年发明了半导体晶体管，导致了电子设备的小型化、轻量化、省能化以及成本的降低、可靠性的提高与寿命的延长；1958年出现了集成电路，使计算机及各种电子设备发生一次飞跃．此后，集成电路的发展十分迅速，这就是以硅为主的半导体材料相应发展的结果。进入20世纪90年代，集成电路的集成度进一步提高，加工技术达到0.3μm(研究水平已达0.1μm)，每位存储器的价格就降低了。这些都与硅单晶体的生长和硅片的加工技术密切相关，即对单晶纯度与缺陷的要求不断提高，单晶直径

6、不断增加，晶片的加工精度和表面质量提高，从而芯片成品率大为提高，而价格急剧降低。这就是硅材料研究与加工水平提高的直接结果，也是为什么计算机的功能愈来愈好而其价格却不断下降的重要原因。随着计算机速度与容量的增加，以电子作为传输媒介受到限制，因而考虑光传输更为理想，即利用光子而不是电子作为携带信息的载体，于是发展了光电子材料，用光子器件制成的光计算机具有大容量、高速度，而且有助于向智能化方向发展。半导体的另一个应用就是利用它的整流效应作为检波器，就是点接触二极管（也俗称猫胡子检波器，即将一个金属探针接触在一块半导体上以检测电磁波）。除了检波器之外，在早期，半导体还用来做整流器、光伏

7、电池、红外探测器等，半导体的四个效应都用到了。完全可以说：没有半导体材料的开发和工业化生产，便不可能有目前的计算机技术和现代信息革命；没有低损耗的光导纤维，便不会出现光信息的长距离传输，也无当前的光通信，无“信息高速公路”可言了。当今世界，正面临又一场新的技术革命(有人称之为第四次工业革命)，它以信息科学、材料科学和生物科学为前沿，更是以各种新兴材料的出现和应用为前提的。世界权威人士认为，这场技术革命所带来的影响和创造的社会财富，将大大超过历次工业革命。可见，材料科学尤其是半导体材料的发展，