创造奇迹的半导体

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吕蒙凯

    　　自动化技术的日新月异，电子计算机的更新换代，广播电视的普及与提高，通信事业的迅猛发展……都离不开半导体材料。

      
    半导体是大家比较熟悉的一类材料，其电阻率介于典型的金属和典型的绝缘体之间，一般在10-2到107欧姆厘米之间。

    　　最常见的半导体材料是化学元素周期表中第Ⅳ主族的硅和锗，还有周期表中第Ⅲ主族和第Ⅴ主族元素形成的化合物半导体,如砷化镓等,以及Ⅱ～Ⅳ族元素化合物半导体,如硒化锌等。

    　　最早得到应用的元素半导体是硒晶体。1923年，科学家用硒制造出了第一只半导体整流器，可以把交流电转变为直流电。三年以后出现了氧化亚铜整流器。真正作为现代半导体材料起点的当数锗单晶。1947年，科学家发明了第一只锗晶体管。1950年，科学家用提拉法制造出第一块高完整性的锗单晶。此后，各种半导体材料提纯技术、单晶生长技术、薄膜技术及器件制造技术如雨后春笋般地迅速发展起来了。整个世界也随着发生了天翻地覆的变化。

    　　科学技术的发展有时真是令人难以想象。有谁能想到，40年代一台需要用一座二层楼房安放的电子计算机，现在只要用一个火柴盒即可装下。这经历了一个从电子管到晶体管到集成电路，再到超大规模集成电路的发展过程。

    　　1958年，科学家们宣布，世界上第一块集成电路诞生了！这就宣告了集成电子学时代的到来。所谓集成电路，就是在一块很小的半导体晶片上，采用特殊制造工艺，把许许多多晶体管、电阻、电容元件制作在上面，形成一个十分紧凑的复杂电路。10年以后，科学家已可在米粒大小的硅片上集成1000多个晶体管，开始了大规模集成电路时代。又一个10年过去了，科技工作者已能在一片米粒般大的硅片上集成15.6万个晶体管，这就是我们所说的超大规模集成电路。这是多么神奇的鬼斧神工，是何等的巧夺天工啊！
   
   

    　　制造超大规模集成电路时，对半导体单晶材料有相当高的要求。晶体中每一颗细小的即使在显微镜下也无法看到的杂质或灰尘及每一个微小的晶体缺陷，都是隐藏在器件中的一颗“定时炸弹”，往往会使整个集成块报废。所以，在制造半导体单晶、薄膜和器件时，除了要求超净的工作环境、精密的控制系统之外，对原料纯正度还有极高的要求。例如，有的半导体器件要求材料的纯度高达13个“9”，即99.99999999999%，也就是说材料中总的杂质含量必须控制在1/10万亿以下。要实现这一要求，必须依靠制备超高纯材料的专门高技术。所以说，现代半导体材料和器件的本身就属于高技术范畴，制造半导体材料与器件是一项精密细致的系统工程。
   

      
    在集成电路领域里，尽管从小、中、大规模到超大规模集成电路接连换代，却一直是硅器件独占鳌头。

    　　集成电路最重要的应用领域是电子计算机。提高计算机的运算速度是计算机专家的重要奋斗目标。

    摘自《绚丽多彩的新材料》