半導體(ti)指常溫下導電(dian)性能介于導體(ti)與絕緣(yuan)體(ti)之(zhi)間的材料。
半(ban)導(dao)體(ti)在集成電路、消費電子、通(tong)信系(xi)統、光伏發電、照明、大功率電源轉換(huan)等(deng)領(ling)域都(dou)有應用(yong)(yong),如二極管就是采用(yong)(yong)半(ban)導(dao)體(ti)制作(zuo)的器件(jian)。
無論從科技(ji)或是經濟發(fa)展的(de)角度來看,半(ban)導體(ti)的(de)重要性都(dou)是非常巨大的(de)。大部分的(de)電(dian)子產品,如計(ji)算機、移動電(dian)話或是數字錄音(yin)機當中的(de)核心單元都(dou)和半(ban)導體(ti)有著極(ji)為(wei)密切(qie)的(de)關聯。
常(chang)見的(de)半導(dao)體(ti)(ti)材料有硅(gui)(gui)、鍺、砷(shen)化鎵等,硅(gui)(gui)是各(ge)種半導(dao)體(ti)(ti)材料應(ying)用(yong)中最具(ju)有影響力(li)的(de)一種。
物質存在的(de)(de)形式(shi)多種多樣,固(gu)體(ti)(ti)(ti)(ti)、液體(ti)(ti)(ti)(ti)、氣體(ti)(ti)(ti)(ti)、等離子(zi)體(ti)(ti)(ti)(ti)等等。我們通(tong)常(chang)把導(dao)(dao)電性(xing)差的(de)(de)材(cai)料,如煤、人工晶體(ti)(ti)(ti)(ti)、琥珀、陶瓷等稱(cheng)(cheng)為(wei)絕緣(yuan)體(ti)(ti)(ti)(ti)。而把導(dao)(dao)電性(xing)比較好的(de)(de)金屬如金、銀、銅、鐵(tie)、錫、鋁等稱(cheng)(cheng)為(wei)導(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)(ti)。可以(yi)簡單的(de)(de)把介(jie)于導(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)(ti)和絕緣(yuan)體(ti)(ti)(ti)(ti)之間(jian)的(de)(de)材(cai)料稱(cheng)(cheng)為(wei)半導(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)(ti)。與(yu)導(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)(ti)和絕緣(yuan)體(ti)(ti)(ti)(ti)相比,半導(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)(ti)材(cai)料的(de)(de)發現是最晚的(de)(de),直(zhi)到20世紀30年代,當材(cai)料的(de)(de)提純(chun)技術(shu)改進(jin)以(yi)后(hou),半導(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)存在才真正被學術(shu)界認可。
半導(dao)體(ti)(ti)(ti)是(shi)指(zhi)在(zai)常(chang)溫下導(dao)電(dian)性能介于導(dao)體(ti)(ti)(ti)與絕緣(yuan)體(ti)(ti)(ti)之(zhi)(zhi)間(jian)的(de)材料(liao)。半導(dao)體(ti)(ti)(ti)是(shi)指(zhi)一種導(dao)電(dian)性可控,范(fan)圍從絕緣(yuan)體(ti)(ti)(ti)到導(dao)體(ti)(ti)(ti)之(zhi)(zhi)間(jian)的(de)材料(liao)。從科學技術(shu)和經濟發展的(de)角度來看,半導(dao)體(ti)(ti)(ti)影響著人們的(de)日常(chang)工作(zuo)生活,直到20世紀30年(nian)代(dai)這一材料(liao)才被學界所認可。
半(ban)導體的發現實(shi)際上可以追(zhui)溯(su)到很久以前。
1833年,英國(guo)科學(xue)家電(dian)子學(xue)之(zhi)父法(fa)拉第(di)最(zui)先發(fa)(fa)現硫(liu)化銀的電(dian)阻隨(sui)著溫(wen)(wen)度的變化情(qing)況不同于一(yi)般金屬,一(yi)般情(qing)況下,金屬的電(dian)阻隨(sui)溫(wen)(wen)度升高而增加(jia),但(dan)法(fa)拉第(di)發(fa)(fa)現硫(liu)化銀材料(liao)的電(dian)阻是隨(sui)著溫(wen)(wen)度的上升而降低。這(zhe)是半導(dao)體現象的首次發(fa)(fa)現。
不久,1839年(nian)法國的(de)(de)貝(bei)克(ke)萊爾發(fa)現半導體和電解質接觸(chu)形成的(de)(de)結,在光(guang)照下會產生(sheng)(sheng)一個電壓,這(zhe)(zhe)就是后來人們熟知的(de)(de)光(guang)生(sheng)(sheng)伏(fu)特效應,這(zhe)(zhe)是被發(fa)現的(de)(de)半導體的(de)(de)第(di)二個特性。
1873年,英國的(de)史密(mi)斯發現硒晶(jing)體(ti)材料在光照下(xia)電導(dao)增(zeng)加的(de)光電導(dao)效應,這是半(ban)導(dao)體(ti)的(de)第三種特性(xing)。
在1874年,德國(guo)的(de)(de)(de)布勞恩(en)觀(guan)察(cha)到某些硫化物的(de)(de)(de)電(dian)導(dao)(dao)與所加電(dian)場(chang)的(de)(de)(de)方向有(you)關,即它的(de)(de)(de)導(dao)(dao)電(dian)有(you)方向性,在它兩端加一個正(zheng)向電(dian)壓,它是導(dao)(dao)通(tong)的(de)(de)(de);如果把電(dian)壓極(ji)性反(fan)過來,它就(jiu)不(bu)導(dao)(dao)電(dian),這就(jiu)是半導(dao)(dao)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)整(zheng)流效(xiao)應,也是半導(dao)(dao)體(ti)(ti)所特有(you)的(de)(de)(de)第四種特性。同年,舒斯特又發現了銅與氧(yang)化銅的(de)(de)(de)整(zheng)流效(xiao)應。
半(ban)導體的這(zhe)四(si)個(ge)特(te)性,雖在(zai)1880年以前就先(xian)后被(bei)發現了,但半(ban)導體這(zhe)個(ge)名詞(ci)大概到(dao)1911年才(cai)被(bei)考(kao)尼白格和維(wei)斯(si)首次使用。而總結出(chu)半(ban)導體的這(zhe)四(si)個(ge)特(te)性一直(zhi)到(dao)1947年12月才(cai)由貝爾實驗室完成。
2019年10月,一(yi)國際(ji)科研團隊稱與傳統(tong)霍爾測(ce)量(liang)中僅獲得(de)3個(ge)參數相比,新技術在每(mei)個(ge)測(ce)試光強度(du)下最(zui)多可獲得(de)7個(ge)參數:包(bao)括電子和空穴的(de)遷(qian)移率;在光下的(de)載荷(he)子密度(du)、重組壽(shou)命、電子、空穴和雙極性類型的(de)擴散長度(du)。
(1)元素(su)半(ban)導體(ti)(ti)。元素(su)半(ban)導體(ti)(ti)是指單一元素(su)構成的(de)(de)(de)半(ban)導體(ti)(ti),其中(zhong)(zhong)對硅、硒(xi)的(de)(de)(de)研究比較早。它是由相同元素(su)組成的(de)(de)(de)具有半(ban)導體(ti)(ti)特(te)性的(de)(de)(de)固(gu)體(ti)(ti)材料,容易受到微量雜質和(he)外界條件(jian)的(de)(de)(de)影(ying)響而(er)發(fa)生變化(hua)。目前(qian),只有硅、鍺(zang)性能(neng)好,運用的(de)(de)(de)比較廣,硒(xi)在(zai)(zai)電子照明(ming)和(he)光電領域中(zhong)(zhong)應用。硅在(zai)(zai)半(ban)導體(ti)(ti)工(gong)業中(zhong)(zhong)運用的(de)(de)(de)多(duo),這主要受到二氧化(hua)硅的(de)(de)(de)影(ying)響,能(neng)夠(gou)在(zai)(zai)器(qi)件(jian)制作上形成掩膜,能(neng)夠(gou)提高(gao)半(ban)導體(ti)(ti)器(qi)件(jian)的(de)(de)(de)穩定性,利于自動化(hua)工(gong)業生產。
(2)無機合成(cheng)物半(ban)(ban)導(dao)體(ti)。無機合成(cheng)物主(zhu)(zhu)要(yao)是通過單一(yi)元(yuan)素(su)構成(cheng)半(ban)(ban)導(dao)體(ti)材(cai)(cai)料(liao),當然也有多(duo)種元(yuan)素(su)構成(cheng)的(de)(de)(de)(de)半(ban)(ban)導(dao)體(ti)材(cai)(cai)料(liao),主(zhu)(zhu)要(yao)的(de)(de)(de)(de)半(ban)(ban)導(dao)體(ti)性(xing)質有I族(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)與V、VI、VII族(zu)(zu)(zu)(zu)(zu);II族(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)與IV、V、VI、VII族(zu)(zu)(zu)(zu)(zu);III族(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)與V、VI族(zu)(zu)(zu)(zu)(zu);IV族(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)與IV、VI族(zu)(zu)(zu)(zu)(zu);V族(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)與VI族(zu)(zu)(zu)(zu)(zu);VI族(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)與VI族(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)的(de)(de)(de)(de)結合化(hua)合物,但受到元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)特性(xing)和制(zhi)作(zuo)方(fang)式(shi)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響,不是所有的(de)(de)(de)(de)化(hua)合物都(dou)能夠(gou)符合半(ban)(ban)導(dao)體(ti)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)要(yao)求。這一(yi)半(ban)(ban)導(dao)體(ti)主(zhu)(zhu)要(yao)運(yun)用(yong)到高速器件(jian)中,InP制(zhi)造的(de)(de)(de)(de)晶體(ti)管的(de)(de)(de)(de)速度比其(qi)他材(cai)(cai)料(liao)都(dou)高,主(zhu)(zhu)要(yao)運(yun)用(yong)到光電集成(cheng)電路(lu)、抗核輻射(she)器件(jian)中。對于導(dao)電率高的(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao),主(zhu)(zhu)要(yao)用(yong)于LED等方(fang)面。
(3)有(you)(you)(you)(you)機(ji)(ji)(ji)合成(cheng)物半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)。有(you)(you)(you)(you)機(ji)(ji)(ji)化合物是指含分子中含有(you)(you)(you)(you)碳鍵(jian)的(de)化合物,把有(you)(you)(you)(you)機(ji)(ji)(ji)化合物和碳鍵(jian)垂直,疊加(jia)的(de)方(fang)式能(neng)夠(gou)形成(cheng)導(dao)(dao)(dao)帶,通過化學的(de)添加(jia),能(neng)夠(gou)讓其進(jin)入到(dao)能(neng)帶,這(zhe)(zhe)樣可(ke)以發生電(dian)導(dao)(dao)(dao)率,從而(er)形成(cheng)有(you)(you)(you)(you)機(ji)(ji)(ji)化合物半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)。這(zhe)(zhe)一(yi)半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)和以往的(de)半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)相(xiang)比(bi),具有(you)(you)(you)(you)成(cheng)本低、溶解(jie)性好、材(cai)料輕加(jia)工容易的(de)特點。可(ke)以通過控制分子的(de)方(fang)式來(lai)控制導(dao)(dao)(dao)電(dian)性能(neng),應用的(de)范圍(wei)比(bi)較廣,主要(yao)用于有(you)(you)(you)(you)機(ji)(ji)(ji)薄膜、有(you)(you)(you)(you)機(ji)(ji)(ji)照明(ming)等方(fang)面。
(4)非(fei)(fei)(fei)晶(jing)(jing)(jing)(jing)態(tai)半(ban)導(dao)體。它又(you)被叫做無定形半(ban)導(dao)體或玻璃半(ban)導(dao)體,屬于半(ban)導(dao)電性的(de)(de)一類材料(liao)。非(fei)(fei)(fei)晶(jing)(jing)(jing)(jing)半(ban)導(dao)體和其他(ta)非(fei)(fei)(fei)晶(jing)(jing)(jing)(jing)材料(liao)一樣,都是(shi)短程(cheng)有序(xu)、長(chang)程(cheng)無序(xu)結構。它主要是(shi)通(tong)過改變原(yuan)(yuan)子(zi)相對位置(zhi),改變原(yuan)(yuan)有的(de)(de)周期性排列(lie),形成非(fei)(fei)(fei)晶(jing)(jing)(jing)(jing)硅。晶(jing)(jing)(jing)(jing)態(tai)和非(fei)(fei)(fei)晶(jing)(jing)(jing)(jing)態(tai)主要區別于原(yuan)(yuan)子(zi)排列(lie)是(shi)否具有長(chang)程(cheng)序(xu)。非(fei)(fei)(fei)晶(jing)(jing)(jing)(jing)態(tai)半(ban)導(dao)體的(de)(de)性能(neng)控制難,隨著技(ji)術的(de)(de)發明,非(fei)(fei)(fei)晶(jing)(jing)(jing)(jing)態(tai)半(ban)導(dao)體開始(shi)使用(yong)。這一制作工(gong)(gong)序(xu)簡單,主要用(yong)于工(gong)(gong)程(cheng)類,在光吸收(shou)方面有很(hen)好的(de)(de)效果,主要運用(yong)到太陽能(neng)電池和液晶(jing)(jing)(jing)(jing)顯示(shi)屏中。
(5)本(ben)征(zheng)半導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti):不含雜質且無晶格(ge)缺(que)陷(xian)(xian)的半導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)稱(cheng)(cheng)為本(ben)征(zheng)半導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)。在(zai)極低溫(wen)(wen)度(du)下,半導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)的價(jia)帶(dai)是(shi)滿(man)帶(dai),受到(dao)熱(re)激發后(hou),價(jia)帶(dai)中(zhong)(zhong)(zhong)的部分電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)會(hui)越過(guo)禁帶(dai)進入(ru)能(neng)量(liang)(liang)較(jiao)高的空(kong)(kong)帶(dai),空(kong)(kong)帶(dai)中(zhong)(zhong)(zhong)存在(zai)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)后(hou)成為導(dao)(dao)(dao)帶(dai),價(jia)帶(dai)中(zhong)(zhong)(zhong)缺(que)少(shao)一個電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)后(hou)形(xing)成一個帶(dai)正電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)的空(kong)(kong)位,稱(cheng)(cheng)為空(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue)。空(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue)導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)并不是(shi)實際(ji)運動(dong)(dong),而是(shi)一種等(deng)效。電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)時(shi)等(deng)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)量(liang)(liang)的空(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue)會(hui)沿其反方(fang)向運動(dong)(dong)。它(ta)們在(zai)外電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)場作(zuo)用下產生定(ding)向運動(dong)(dong)而形(xing)成宏觀電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu),分別稱(cheng)(cheng)為電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)和空(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue)導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)。這種由于(yu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)-空(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue)對(dui)(dui)的產生而形(xing)成的混合(he)(he)(he)型導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)稱(cheng)(cheng)為本(ben)征(zheng)導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)。導(dao)(dao)(dao)帶(dai)中(zhong)(zhong)(zhong)的電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)會(hui)落入(ru)空(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue),電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)-空(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue)對(dui)(dui)消(xiao)失,稱(cheng)(cheng)為復(fu)合(he)(he)(he)。復(fu)合(he)(he)(he)時(shi)釋放出的能(neng)量(liang)(liang)變成電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)磁(ci)輻射(發光)或晶格(ge)的熱(re)振動(dong)(dong)能(neng)量(liang)(liang)(發熱(re))。在(zai)一定(ding)溫(wen)(wen)度(du)下,電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)-空(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue)對(dui)(dui)的產生和復(fu)合(he)(he)(he)同(tong)時(shi)存在(zai)并達到(dao)動(dong)(dong)態平衡(heng),此時(shi)半導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)具(ju)有一定(ding)的載(zai)流(liu)子(zi)密度(du),從而具(ju)有一定(ding)的電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻率。溫(wen)(wen)度(du)升高時(shi),將產生更多的電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)-空(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue)對(dui)(dui),載(zai)流(liu)子(zi)密度(du)增加,電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻率減小。無晶格(ge)缺(que)陷(xian)(xian)的純凈(jing)半導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)的電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻率較(jiao)大(da),實際(ji)應用不多。
半導體在集成電(dian)(dian)路、消費(fei)電(dian)(dian)子、通信系統、光伏發電(dian)(dian)、照明(ming)應用、大功率電(dian)(dian)源轉換等領域應用。
半(ban)(ban)導(dao)體(ti)材料(liao)光生伏(fu)特效應是(shi)(shi)太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)運行的(de)(de)基本原理。現(xian)階段半(ban)(ban)導(dao)體(ti)材料(liao)的(de)(de)光伏(fu)應用已經成為(wei)一大(da)熱門,是(shi)(shi)目前(qian)世界上增長最(zui)快、發展最(zui)好(hao)的(de)(de)清潔能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源市場。太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)主要制作材料(liao)是(shi)(shi)半(ban)(ban)導(dao)體(ti)材料(liao),判(pan)斷太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)優劣主要的(de)(de)標準是(shi)(shi)光電(dian)(dian)(dian)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)率(lv),光電(dian)(dian)(dian)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)率(lv)越(yue)高,說明太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)工作效率(lv)越(yue)高。根據應用的(de)(de)半(ban)(ban)導(dao)體(ti)材料(liao)的(de)(de)不同,太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)分為(wei)晶體(ti)硅太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)、薄膜電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)以及III-V族化(hua)(hua)合物電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)。
LED是建立在半導(dao)體(ti)(ti)晶體(ti)(ti)管上的半導(dao)體(ti)(ti)發(fa)光二極管,采用LED技術(shu)半導(dao)體(ti)(ti)光源(yuan)體(ti)(ti)積小,可以實現平(ping)面封裝,工作時發(fa)熱量低(di)、節能高效,產(chan)品壽命長(chang)、反應速(su)度(du)快,而且綠色(se)環保無污染(ran),還能開(kai)發(fa)成輕(qing)薄短小的產(chan)品,一經問世,就迅速(su)普及(ji),成為新(xin)一代的優質照明(ming)(ming)光源(yuan),目前已經廣泛的運用在我們的生活中。如交通指(zhi)示(shi)燈、電(dian)子(zi)產(chan)品的背光源(yuan)、城(cheng)市夜景美化光源(yuan)、室(shi)內(nei)照明(ming)(ming)等各個領域,都有應用。
交流電(dian)(dian)(dian)和直流電(dian)(dian)(dian)的(de)(de)(de)相互轉(zhuan)換對(dui)(dui)于(yu)電(dian)(dian)(dian)器(qi)的(de)(de)(de)使用(yong)十分重(zhong)要(yao),是對(dui)(dui)電(dian)(dian)(dian)器(qi)的(de)(de)(de)必要(yao)保護(hu)。這就要(yao)用(yong)到(dao)等(deng)電(dian)(dian)(dian)源轉(zhuan)換裝置。碳化(hua)硅擊穿電(dian)(dian)(dian)壓(ya)強(qiang)度高,禁帶寬度寬,熱導性(xing)高,因此(ci)SiC半導體器(qi)件十分適合應用(yong)在功率密度和開(kai)關頻(pin)率高的(de)(de)(de)場合,電(dian)(dian)(dian)源裝換裝置就是其中(zhong)之一。碳化(hua)硅元(yuan)件在高溫、高壓(ya)、高頻(pin)的(de)(de)(de)又(you)一表現使得現在被廣(guang)泛(fan)使用(yong)到(dao)深井鉆(zhan)探(tan),發(fa)電(dian)(dian)(dian)裝置中(zhong)的(de)(de)(de)逆變(bian)器(qi),電(dian)(dian)(dian)氣混動(dong)汽車(che)的(de)(de)(de)能量(liang)轉(zhuan)化(hua)器(qi),輕(qing)軌列車(che)牽引動(dong)力轉(zhuan)換等(deng)領域。由于(yu)SiC本(ben)身的(de)(de)(de)優勢(shi)以及現階段行(xing)業對(dui)(dui)于(yu)輕(qing)量(liang)化(hua)、高轉(zhuan)換效率的(de)(de)(de)半導體材(cai)料需要(yao),SiC將會(hui)取代Si,成為應用(yong)最(zui)廣(guang)泛(fan)的(de)(de)(de)半導體材(cai)料。
半導(dao)(dao)體(ti)(ti)制(zhi)冷(leng)技(ji)術(shu)是目前的(de)(de)制(zhi)冷(leng)技(ji)術(shu)中(zhong)應用(yong)比(bi)較廣泛(fan)的(de)(de)。農作物(wu)在溫(wen)室大棚(peng)中(zhong)生(sheng)長(chang)中(zhong),半導(dao)(dao)體(ti)(ti)制(zhi)冷(leng)技(ji)術(shu)可(ke)以(yi)對環(huan)(huan)境(jing)(jing)溫(wen)度(du)有(you)(you)效控制(zhi),特別(bie)是一些(xie)對環(huan)(huan)境(jing)(jing)具(ju)(ju)有(you)(you)很高要求的(de)(de)植物(wu),采用(yong)半導(dao)(dao)體(ti)(ti)制(zhi)冷(leng)技(ji)術(shu)塑造生(sheng)長(chang)環(huan)(huan)境(jing)(jing),可(ke)以(yi)促進(jin)植物(wu)的(de)(de)生(sheng)長(chang)。半導(dao)(dao)體(ti)(ti)制(zhi)冷(leng)技(ji)術(shu)具(ju)(ju)有(you)(you)可(ke)逆性,可(ke)以(yi)用(yong)于(yu)制(zhi)冷(leng),也可(ke)以(yi)用(yong)于(yu)制(zhi)熱,對環(huan)(huan)境(jing)(jing)溫(wen)度(du)的(de)(de)調節(jie)具(ju)(ju)有(you)(you)良(liang)好的(de)(de)效果。
半導(dao)(dao)體(ti)制(zhi)冷技術的(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)原(yuan)理(li)是(shi)(shi)建(jian)立在(zai)(zai)帕(pa)(pa)(pa)爾(er)帖(tie)原(yuan)理(li)的(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)(ji)礎上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)。1834年,法國(guo)科學家帕(pa)(pa)(pa)爾(er)帖(tie)發(fa)(fa)現(xian)(xian)了(le)半導(dao)(dao)體(ti)制(zhi)冷作用(yong)(yong)。帕(pa)(pa)(pa)爾(er)貼(tie)原(yuan)理(li)又(you)被稱為(wei)(wei)是(shi)(shi)”帕(pa)(pa)(pa)爾(er)貼(tie)效益(yi)“,就是(shi)(shi)將(jiang)兩種不同的(de)(de)(de)(de)(de)導(dao)(dao)體(ti)充分運(yun)用(yong)(yong)起來,使(shi)用(yong)(yong)A和B組(zu)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)路,通入直流電(dian),在(zai)(zai)電(dian)路的(de)(de)(de)(de)(de)接頭(tou)處(chu)可(ke)以(yi)產(chan)生焦耳(er)熱,同時還會釋放(fang)出一(yi)些其它的(de)(de)(de)(de)(de)熱量(liang)(liang)(liang),此時就會發(fa)(fa)現(xian)(xian),另一(yi)個接頭(tou)處(chu)不是(shi)(shi)在(zai)(zai)釋放(fang)熱量(liang)(liang)(liang),而是(shi)(shi)在(zai)(zai)吸(xi)收熱量(liang)(liang)(liang)。這種現(xian)(xian)象是(shi)(shi)可(ke)逆的(de)(de)(de)(de)(de),只要(yao)(yao)對(dui)(dui)電(dian)流的(de)(de)(de)(de)(de)方向(xiang)進行(xing)(xing)(xing)改變,放(fang)熱和吸(xi)熱的(de)(de)(de)(de)(de)運(yun)行(xing)(xing)(xing)就可(ke)以(yi)進行(xing)(xing)(xing)調節,電(dian)流的(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)度(du)與(yu)吸(xi)收的(de)(de)(de)(de)(de)熱量(liang)(liang)(liang)和放(fang)出的(de)(de)(de)(de)(de)熱量(liang)(liang)(liang)之間存(cun)在(zai)(zai)正(zheng)比(bi)例關系(xi)(xi),與(yu)半導(dao)(dao)體(ti)自身所(suo)(suo)(suo)具備的(de)(de)(de)(de)(de)性質也(ye)存(cun)在(zai)(zai)關系(xi)(xi)。由于(yu)(yu)金屬材(cai)料的(de)(de)(de)(de)(de)帕(pa)(pa)(pa)爾(er)帖(tie)效應(ying)是(shi)(shi)相對(dui)(dui)較弱的(de)(de)(de)(de)(de),而半導(dao)(dao)體(ti)材(cai)料基(ji)(ji)于(yu)(yu)帕(pa)(pa)(pa)爾(er)帖(tie)原(yuan)理(li)運(yun)行(xing)(xing)(xing),所(suo)(suo)(suo)產(chan)生的(de)(de)(de)(de)(de)效應(ying)也(ye)會更強(qiang)一(yi)些,所(suo)(suo)(suo)以(yi),在(zai)(zai)制(zhi)冷的(de)(de)(de)(de)(de)材(cai)料中,半導(dao)(dao)體(ti)就成(cheng)為(wei)(wei)了(le)主要(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)料。但是(shi)(shi),對(dui)(dui)于(yu)(yu)這種材(cai)料的(de)(de)(de)(de)(de)使(shi)用(yong)(yong)中,需要(yao)(yao)注(zhu)意多數的(de)(de)(de)(de)(de)半導(dao)(dao)體(ti)材(cai)料的(de)(de)(de)(de)(de)無(wu)量(liang)(liang)(liang)綱值接近1,比(bi)固體(ti)理(li)論模型要(yao)(yao)低(di)一(yi)些,在(zai)(zai)實際(ji)數據的(de)(de)(de)(de)(de)計算上(shang)所(suo)(suo)(suo)獲(huo)得(de)的(de)(de)(de)(de)(de)結果是(shi)(shi)4,所(suo)(suo)(suo)以(yi),對(dui)(dui)于(yu)(yu)半導(dao)(dao)體(ti)材(cai)料的(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)中,要(yao)(yao)使(shi)得(de)半導(dao)(dao)體(ti)制(zhi)冷技術合理(li)運(yun)用(yong)(yong),就要(yao)(yao)深入研(yan)究(jiu)。
半導體制冷技(ji)術(shu)已經廣泛應(ying)用在醫藥領域中(zhong),工業領域中(zhong),即便是日常生(sheng)活中(zhong)也得以(yi)(yi)應(ying)用,所以(yi)(yi),該技(ji)術(shu)是有(you)非常重要的發展前景的。
例如(ru),將導(dao)體(ti)制冷(leng)(leng)技術用(yong)(yong)于現代的(de)各種制冷(leng)(leng)設(she)備中(zhong),諸(zhu)如(ru)冰箱、空調等(deng)等(deng),都可以(yi)配置電(dian)子冷(leng)(leng)卻器。半(ban)導(dao)體(ti)冰箱就是(shi)使用(yong)(yong)了半(ban)導(dao)體(ti)制冷(leng)(leng)技術。在具體(ti)的(de)應用(yong)(yong)中(zhong),可以(yi)根據不(bu)同客(ke)戶(hu)的(de)需要使用(yong)(yong),以(yi)更好(hao)地(di)滿(man)足客(ke)戶(hu)的(de)要求。
不同數量的(de)(de)(de)(de)半導體制(zhi)冷(leng)芯(xin)片,在(zai)(zai)連接的(de)(de)(de)(de)過程中可(ke)以根據需要采用(yong)并聯(lian)的(de)(de)(de)(de)方式或(huo)串聯(lian)的(de)(de)(de)(de)方式,放置(zhi)在(zai)(zai)合(he)適(shi)的(de)(de)(de)(de)位(wei)置(zhi)就(jiu)可(ke)以發(fa)揮(hui)作用(yong)。二十世紀50年代,前蘇聯(lian)開發(fa)了一(yi)種(zhong)小型(xing)模型(xing)冰(bing)(bing)箱(xiang),只有10升的(de)(de)(de)(de)容量,冰(bing)(bing)箱(xiang)的(de)(de)(de)(de)體積非常(chang)小,使用(yong)便利。日本研制(zhi)出一(yi)種(zhong)冰(bing)(bing)箱(xiang),是(shi)專門用(yong)于(yu)儲(chu)存紅酒的(de)(de)(de)(de)。對于(yu)溫度要嚴格控制(zhi),應用(yong)半導體制(zhi)冷(leng)技術就(jiu)可(ke)以滿足冰(bing)(bing)箱(xiang)的(de)(de)(de)(de)制(zhi)冷(leng)要求。隨著社會(hui)的(de)(de)(de)(de)不斷發(fa)展,人(ren)們在(zai)(zai)追求生活質量的(de)(de)(de)(de)同時,對于(yu)制(zhi)冷(leng)設備的(de)(de)(de)(de)要求也越(yue)來越(yue)高。當人(ren)們使用(yong)半導體冰(bing)(bing)箱(xiang)的(de)(de)(de)(de)時候,就(jiu)會(hui)發(fa)現這種(zhong)冰(bing)(bing)箱(xiang)比傳(chuan)統冰(bing)(bing)箱(xiang)的(de)(de)(de)(de)耗電(dian)量更低一(yi)些,甚至可(ke)以達到20%,節能(neng)效(xiao)果良好。
使(shi)用半(ban)(ban)(ban)導(dao)(dao)體空調,與日(ri)常(chang)生活中(zhong)使(shi)用的(de)(de)空調不(bu)同,而(er)是應用于特殊場所中(zhong),諸如機艙、潛艇等(deng)等(deng)。采用相對穩定的(de)(de)制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)技術(shu)(shu)(shu),不(bu)僅可(ke)以(yi)(yi)保(bao)證快速制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng),而(er)且可(ke)能夠滿足半(ban)(ban)(ban)導(dao)(dao)體制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)技術(shu)(shu)(shu)的(de)(de)各(ge)項要(yao)(yao)求。一(yi)些美國公司發(fa)現半(ban)(ban)(ban)導(dao)(dao)體制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)技術(shu)(shu)(shu)還(huan)有一(yi)個重(zhong)要(yao)(yao)的(de)(de)功(gong)能,就是在(zai)有源電(dian)池(chi)中(zhong)合(he)理應用,就可(ke)以(yi)(yi)確保(bao)電(dian)源持續(xu)供應,可(ke)以(yi)(yi)超過8小時。在(zai)汽(qi)車制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)設備中(zhong),半(ban)(ban)(ban)導(dao)(dao)體制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)技術(shu)(shu)(shu)也得到應用。包括農業、天文學(xue)以(yi)(yi)及醫學(xue)領域,半(ban)(ban)(ban)導(dao)(dao)體制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)技術(shu)(shu)(shu)也發(fa)揮著重(zhong)要(yao)(yao)的(de)(de)作用。
(一)半(ban)導體制(zhi)冷(leng)技術的難點
半導體(ti)制(zhi)冷(leng)的(de)過程中會涉及到(dao)很多的(de)參數,而且條件是(shi)(shi)(shi)復(fu)雜(za)多變的(de)。任何一個參數對(dui)冷(leng)卻效果都會產生(sheng)影(ying)響。實驗室研究(jiu)中,由于難以滿(man)足規定的(de)噪聲(sheng),就(jiu)需要對(dui)實驗室環(huan)境(jing)進行(xing)研究(jiu),但是(shi)(shi)(shi)一些影(ying)響因(yin)素的(de)探討是(shi)(shi)(shi)存在(zai)難度的(de)。半導體(ti)制(zhi)冷(leng)技術(shu)是(shi)(shi)(shi)基于粒(li)子效應(ying)的(de)制(zhi)冷(leng)技術(shu),具有可(ke)逆性。所以,在(zai)制(zhi)冷(leng)技術(shu)的(de)應(ying)用過程中,冷(leng)熱(re)端就(jiu)會產生(sheng)很大的(de)溫差,對(dui)制(zhi)冷(leng)效果必然會產生(sheng)影(ying)響。
(二(er))半(ban)導體制冷(leng)技術所存在(zai)的問題
其(qi)一(yi)(yi),半(ban)(ban)(ban)(ban)導體(ti)(ti)材料的(de)(de)優質系(xi)數(shu)不能(neng)夠(gou)根(gen)據需(xu)要(yao)得(de)到進一(yi)(yi)步的(de)(de)提升(sheng),這就必然會對(dui)半(ban)(ban)(ban)(ban)導體(ti)(ti)制(zhi)(zhi)冷(leng)技術(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)(yong)造成影響(xiang)。其(qi)二,對(dui)冷(leng)端散熱系(xi)統(tong)和(he)熱端散熱系(xi)統(tong)進行優化設計,但是在(zai)(zai)技術(shu)(shu)(shu)(shu)上沒有升(sheng)級,依(yi)然處于(yu)理(li)論階(jie)段,沒有在(zai)(zai)應(ying)(ying)用(yong)(yong)中(zhong)更好地(di)發(fa)(fa)揮作用(yong)(yong),這就導致半(ban)(ban)(ban)(ban)導體(ti)(ti)制(zhi)(zhi)冷(leng)技術(shu)(shu)(shu)(shu)不能(neng)夠(gou)根(gen)據應(ying)(ying)用(yong)(yong)需(xu)要(yao)予以提升(sheng)。其(qi)三,半(ban)(ban)(ban)(ban)導體(ti)(ti)制(zhi)(zhi)冷(leng)技術(shu)(shu)(shu)(shu)對(dui)于(yu)其(qi)他領域以及(ji)相關領域的(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)(yong)存在(zai)(zai)局限性,所(suo)以,半(ban)(ban)(ban)(ban)導體(ti)(ti)制(zhi)(zhi)冷(leng)技術(shu)(shu)(shu)(shu)使(shi)用(yong)(yong)很少(shao),對(dui)于(yu)半(ban)(ban)(ban)(ban)導體(ti)(ti)制(zhi)(zhi)冷(leng)技術(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)研究沒有從(cong)應(ying)(ying)用(yong)(yong)的(de)(de)角度出發(fa)(fa),就難(nan)以在(zai)(zai)技術(shu)(shu)(shu)(shu)上擴展(zhan)(zhan)。其(qi)四(si),市場(chang)經濟環境中(zhong),科學技術(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)發(fa)(fa)展(zhan)(zhan),半(ban)(ban)(ban)(ban)導體(ti)(ti)制(zhi)(zhi)冷(leng)技術(shu)(shu)(shu)(shu)要(yao)獲得(de)發(fa)(fa)展(zhan)(zhan),需(xu)要(yao)考(kao)慮多(duo)方面(mian)的(de)(de)問題。重視半(ban)(ban)(ban)(ban)導體(ti)(ti)制(zhi)(zhi)冷(leng)技術(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)(yong),還要(yao)考(kao)慮各種影響(xiang)因素,使(shi)得(de)該技術(shu)(shu)(shu)(shu)更好地(di)發(fa)(fa)揮作用(yong)(yong)。
以GaN(氮化鎵)為代表的(de)第(di)三代半導(dao)體(ti)材料(liao)及器件的(de)開(kai)發(fa)(fa)(fa)(fa)是新興半導(dao)體(ti)產業的(de)核心和基礎,其(qi)研究(jiu)開(kai)發(fa)(fa)(fa)(fa)呈現出日新月異(yi)的(de)發(fa)(fa)(fa)(fa)展勢態。GaN基光(guang)(guang)電器件中(zhong),藍(lan)色發(fa)(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)二極管LED率先實現商(shang)品化生產成(cheng)功開(kai)發(fa)(fa)(fa)(fa)藍(lan)光(guang)(guang)LED和LD之后,科(ke)研方向轉移到GaN紫(zi)外光(guang)(guang)探測器上GaN材料(liao)在微(wei)波功率方面也有相當大的(de)應(ying)用(yong)市場(chang)。氮化鎵半導(dao)體(ti)開(kai)關被(bei)譽為半導(dao)體(ti)芯片(pian)設(she)計上一個新的(de)里(li)程碑。美國(guo)佛羅里(li)達大學的(de)科(ke)學家已經開(kai)發(fa)(fa)(fa)(fa)出一種可用(yong)于制(zhi)造新型電子(zi)(zi)開(kai)關的(de)重要器件,這種電子(zi)(zi)開(kai)關可以提供平穩、無間斷電源。
新型半導體(ti)材(cai)(cai)料(liao)在(zai)工業方(fang)面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)越(yue)來(lai)(lai)越(yue)多。新型半導體(ti)材(cai)(cai)料(liao)表現為其結構穩定,擁(yong)有(you)卓(zhuo)越(yue)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)學特性,而且(qie)成本(ben)低(di)廉,可被用(yong)(yong)于制(zhi)造現代(dai)電(dian)子(zi)設備中(zhong)廣泛使用(yong)(yong),我(wo)(wo)國(guo)(guo)(guo)與(yu)其他國(guo)(guo)(guo)家相(xiang)比在(zai)這(zhe)方(fang)面(mian)還有(you)著很(hen)大一(yi)(yi)部(bu)分(fen)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)差距,通(tong)(tong)常會表現在(zai)對(dui)一(yi)(yi)些(xie)基本(ben)儀器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)制(zhi)作和(he)(he)加(jia)工上,近幾年來(lai)(lai),國(guo)(guo)(guo)家很(hen)多的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)部(bu)門已經針對(dui)我(wo)(wo)國(guo)(guo)(guo)相(xiang)對(dui)于其他國(guo)(guo)(guo)家存(cun)在(zai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)弱勢,這(zhe)一(yi)(yi)方(fang)面(mian)統一(yi)(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)組織(zhi)了各(ge)(ge)個方(fang)面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)群體(ti),對(dui)其進(jin)(jin)(jin)(jin)行有(you)效的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)領(ling)導,然后共(gong)同努力去(qu)研(yan)(yan)制(zhi)更(geng)加(jia)高水(shui)平的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)半導體(ti)材(cai)(cai)料(liao)。這(zhe)樣才能(neng)夠在(zai)很(hen)大程(cheng)度(du)上適應(ying)我(wo)(wo)國(guo)(guo)(guo)工業化的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)進(jin)(jin)(jin)(jin)步和(he)(he)發(fa)展,為我(wo)(wo)國(guo)(guo)(guo)社會進(jin)(jin)(jin)(jin)步提(ti)供更(geng)強(qiang)大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)動力。首先需要進(jin)(jin)(jin)(jin)一(yi)(yi)步對(dui)超晶格量子(zi)阱材(cai)(cai)料(liao)進(jin)(jin)(jin)(jin)行研(yan)(yan)發(fa),目前我(wo)(wo)國(guo)(guo)(guo)半導體(ti)材(cai)(cai)料(liao)在(zai)這(zhe)方(fang)面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)展背景來(lai)(lai)看,應(ying)該在(zai)很(hen)大程(cheng)度(du)上去(qu)提(ti)高超高亮(liang)度(du),紅綠藍光材(cai)(cai)料(liao)以及(ji)光通(tong)(tong)信材(cai)(cai)料(liao),在(zai)未(wei)來(lai)(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)展的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)主要研(yan)(yan)究方(fang)向(xiang)上,同時要根(gen)據市場上,更(geng)新一(yi)(yi)代(dai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)子(zi)器(qi)件以及(ji)電(dian)路等要求(qiu)進(jin)(jin)(jin)(jin)行強(qiang)化,將這(zhe)些(xie)光電(dian)子(zi)結構的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao),在(zai)未(wei)來(lai)(lai)生產過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)需求(qiu)進(jin)(jin)(jin)(jin)行仔細的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)析和(he)(he)探(tan)討,然后去(qu)滿足未(wei)來(lai)(lai)世界半導體(ti)發(fa)展的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)向(xiang),我(wo)(wo)們需要選擇(ze)更(geng)加(jia)優(you)化的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)布點,然后做好相(xiang)關的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)開發(fa)和(he)(he)研(yan)(yan)究工作,這(zhe)樣將各(ge)(ge)種研(yan)(yan)發(fa)機構與(yu)企業之間建立更(geng)好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溝通(tong)(tong)機制(zhi)就(jiu)可以在(zai)很(hen)大程(cheng)度(du)上實現高溫(wen)半導體(ti)材(cai)(cai)料(liao),更(geng)深一(yi)(yi)步的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)開發(fa)和(he)(he)利(li)用(yong)(yong)。