半導(dǎo)體材料發(fā)展史

1、1833年，英國巴拉迪最先發(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(dǎo)體現(xiàn)象的首次發(fā)現(xiàn)。不久，1839年法國的貝克萊爾發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)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(yīng)，這是被發(fā)現(xiàn)的半導(dǎo)體的第二個特征。在1874年，德國的布勞恩觀察到某些硫化物的電導(dǎo)與所加電場的方向有關(guān)，即它的導(dǎo)電有方向性，在它

2、兩端加一個正向電壓，它是導(dǎo)通的；如果把電壓極性反過來，它就不導(dǎo)電，這就是半導(dǎo)體的整流效應(yīng)，也是半導(dǎo)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(yīng)。1873年，英國的史密斯發(fā)現(xiàn)硒晶體材料在光照下電導(dǎo)增加的光電導(dǎo)效應(yīng)，這是半導(dǎo)體又一個特有的性質(zhì)。半導(dǎo)體的這四個效應(yīng)，(jianxia霍爾效應(yīng)的余績──四個伴生效應(yīng)的發(fā)現(xiàn))雖在1880年以前就先后被發(fā)現(xiàn)了，但半導(dǎo)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(dǎo)體

3、的這四個特性一直到1947年12月才由貝爾實驗室完成。前言自從有人類以來，已經(jīng)過了上百萬年的歲月。社會的進(jìn)步可以用當(dāng)時人類使用的器物來代表，從遠(yuǎn)古的石器時代、到銅器，再進(jìn)步到鐵器時代?，F(xiàn)今，以硅為原料的電子元件產(chǎn)值，則超過了以鋼為原料的產(chǎn)值，人類的歷史因而正式進(jìn)入了一個新的時代，也就是硅的時代。硅所代表的正是半導(dǎo)體元件，包括記憶元件、微處理機(jī)、邏輯元件、光電元件與偵測器等等在內(nèi)，舉凡電視、電話、電腦、電冰箱、汽車，這些半導(dǎo)體元件無時無刻

4、都在為我們服務(wù)。硅是地殼中最常見的元素，許多石頭的主要成分都是二氧化硅，然而，經(jīng)過數(shù)百道制程做出的積體電路，其價值可達(dá)上萬美金；把石頭變成硅晶片的過程是一項點(diǎn)石成金的成就，也是近代科學(xué)的奇蹟！在日本，有人把半導(dǎo)體比喻為工業(yè)社會的稻米，是近代社會一日不可或缺的。在國防上，惟有扎實的電子工業(yè)基礎(chǔ)，才有強(qiáng)大的國防能力，1991年的波斯灣戰(zhàn)爭中，美國已經(jīng)把新一代電子武器發(fā)揮得淋漓盡致。從1970年代以來，美國與日本間發(fā)生多次貿(mào)易摩擦，但最后在許

5、多項目美國都妥協(xié)了，但是為了半導(dǎo)體，雙方均不肯輕易讓步，最后兩國政府慎重其事地簽訂了協(xié)議，足證對此事的重視程度，這是因為半導(dǎo)體工業(yè)發(fā)展的成敗，關(guān)系著國家的命脈，不可不慎。在臺灣，半導(dǎo)體工業(yè)是新竹科學(xué)園區(qū)的主要支柱，半導(dǎo)體公司也是最賺錢的企業(yè)，臺灣如果要成為明日的科技硅島，半導(dǎo)體工業(yè)是我們必經(jīng)的途徑。半導(dǎo)體的起源在二十世紀(jì)的近代科學(xué)，特別是量子力學(xué)發(fā)展知道金屬材料擁有良好的導(dǎo)電與導(dǎo)熱特性，稱為射極(emitter)，負(fù)電壓的稱為集極(co

6、llect)，塑膠下方接觸的鍺晶體就是基極(base)，構(gòu)成第一個點(diǎn)接觸電晶體(pointcontacttransist)，1947年12月23日，他們更進(jìn)一步使用點(diǎn)接觸電晶體制作出一個語音放大器，該日因而成為電晶體正式發(fā)明的重大日子。另一方面，就在點(diǎn)接觸電晶體發(fā)明整整一個月后，蕭克萊想到使用pn接面來制作接面電晶體(junctiontransist)的方法，在蕭克萊的構(gòu)想中，使用半導(dǎo)體兩邊的n型層來取代點(diǎn)接觸電晶體的金屬針，藉由調(diào)節(jié)中

7、間p型層的電壓，就能調(diào)控電子或電洞的流動，這是一種進(jìn)步很多的電晶體，也稱為雙極型電晶體(bipolartransist)，但以當(dāng)時的技術(shù)，還無法實際制作出來。電晶體的確是由于科學(xué)發(fā)明而創(chuàng)造出來的一個新元件，但是工業(yè)界在1950年代為了生產(chǎn)電晶體，卻碰到許多困難。1951年，西方電器公司（WesternElectrIC）開始生產(chǎn)商用的鍺接點(diǎn)電晶體，1952年4月，西方電器、雷神(Raytheon)、美國無線電(RCA與奇異(GE)等公司，

8、則生產(chǎn)出商用的雙極型電晶體。但直到1954年5月，第一顆以硅做成的電晶體才由美國德州儀器公司(TexasInstruments)開發(fā)成功；約在同時，利用氣體擴(kuò)散來把雜質(zhì)摻入半導(dǎo)體的技術(shù)也由貝爾實驗室與奇異公司研發(fā)出來；在1957年底，各界已制造出六百種以上不同形式的電晶體，使用于包括無線電、收音機(jī)、電子計算機(jī)甚至助聽器等等電子產(chǎn)品。早期制造出來的電晶體均屬于高臺式的結(jié)構(gòu)。1958年，快捷半導(dǎo)體公司(FairchildSemIConduc

9、t)發(fā)展出平面工藝技術(shù)(planartechnology)，藉著氧化、黃光微影、蝕刻、金屬蒸鍍等技巧，可以很容易地在硅晶片的同一面制作半導(dǎo)體元件。1960年，磊晶(epitaxy)技術(shù)也由貝爾實驗室發(fā)展出來了。至此，半導(dǎo)體工業(yè)獲得了可以批次(batch)生產(chǎn)的能力，終于站穩(wěn)腳步，開始快速成長。積體電路積體電路就是把許多分立元件制作在同一個半導(dǎo)體晶片上所形成的電路，早在1952年，英國的杜默(GeoffreyW.A.Dummer)就提出積

10、體電路的構(gòu)想。1958年9月12日，德州儀器公司(TexasInstruments)的基爾比(JackKilby，1923~)，細(xì)心地切了一塊鍺作為電阻，再用一塊pn接面做為電容，制造出一個震蕩器的電路，并在1964年獲得專利，首度證明了可以在同一塊半導(dǎo)體晶片上能包含不同的元件。1964年，快捷半導(dǎo)體(FairchildSemIConduct)的諾宜斯(RobertNoyce，1927~1990)，則使用平面工藝方法，即藉著蒸鍍金屬、微