半導體材料發(fā)展史

1、1833年，英國巴拉迪最先發(fā)現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)現硫化銀材料的電阻是隨著溫度的上升而降低。這是半導體現象的首次發(fā)現。不久，1839年法國的貝克萊爾發(fā)現半導體和電解質接觸形成的結，在光照下會產生一個電壓，這就是后來人們熟知的光生伏特效應，這是被發(fā)現的半導體的第二個特征。在1874年，德國的布勞恩觀察到某些硫化物的電導與所加電場的方向有關，即它的導電有方向性，在它

2、兩端加一個正向電壓，它是導通的；如果把電壓極性反過來，它就不導電，這就是半導體的整流效應，也是半導體所特有的第三種特性。同年，舒斯特又發(fā)現了銅與氧化銅的整流效應。1873年，英國的史密斯發(fā)現硒晶體材料在光照下電導增加的光電導效應，這是半導體又一個特有的性質。半導體的這四個效應，(jianxia霍爾效應的余績──四個伴生效應的發(fā)現)雖在1880年以前就先后被發(fā)現了，但半導體這個名詞大概到1911年才被考尼白格和維斯首次使用。而總結出半導體

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，已經過了上百萬年的歲月。社會的進步可以用當時人類使用的器物來代表，從遠古的石器時代、到銅器，再進步到鐵器時代?，F今，以硅為原料的電子元件產值，則超過了以鋼為原料的產值，人類的歷史因而正式進入了一個新的時代，也就是硅的時代。硅所代表的正是半導體元件，包括記憶元件、微處理機、邏輯元件、光電元件與偵測器等等在內，舉凡電視、電話、電腦、電冰箱、汽車，這些半導體元件無時無刻

4、都在為我們服務。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，經過數百道制程做出的積體電路，其價值可達上萬美金；把石頭變成硅晶片的過程是一項點石成金的成就，也是近代科學的奇蹟！在日本，有人把半導體比喻為工業(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，才有強大的國防能力，1991年的波斯灣戰(zhàn)爭中，美國已經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)生多次貿易摩擦，但最后在許

5、多項目美國都妥協了，但是為了半導體，雙方均不肯輕易讓步，最后兩國政府慎重其事地簽訂了協議，足證對此事的重視程度，這是因為半導體工業(yè)發(fā)展的成敗，關系著國家的命脈，不可不慎。在臺灣，半導體工業(yè)是新竹科學園區(qū)的主要支柱，半導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，半導體工業(yè)是我們必經的途徑。半導體的起源在二十世紀的近代科學，特別是量子力學發(fā)展知道金屬材料擁有良好的導電與導熱特性，稱為射極(emitter)，負電壓的稱為集極(co

6、llect)，塑膠下方接觸的鍺晶體就是基極(base)，構成第一個點接觸電晶體(pointcontacttransist)，1947年12月23日，他們更進一步使用點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，在蕭克萊的構想中，使用半導體兩邊的n型層來取代點接觸電晶體的金屬針，藉由調節(jié)中

7、間p型層的電壓，就能調控電子或電洞的流動，這是一種進步很多的電晶體，也稱為雙極型電晶體(bipolartransist)，但以當時的技術，還無法實際制作出來。電晶體的確是由于科學發(fā)明而創(chuàng)造出來的一個新元件，但是工業(yè)界在1950年代為了生產電晶體，卻碰到許多困難。1951年，西方電器公司（WesternElectrIC）開始生產商用的鍺接點電晶體，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，利用氣體擴散來把雜質摻入半導體的技術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、電子計算機甚至助聽器等等電子產品。早期制造出來的電晶體均屬于高臺式的結構。1958年，快捷半導體公司(FairchildSemIConduc

9、t)發(fā)展出平面工藝技術(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體元件。1960年，磊晶(epitaxy)技術也由貝爾實驗室發(fā)展出來了。至此，半導體工業(yè)獲得了可以批次(batch)生產的能力，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、體電路的構想。1958年9月12日，德州儀器公司(TexasInstruments)的基爾比(JackKilby，1923~)，細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體晶片上能包含不同的元件。1964年，快捷半導體(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