眾所周知

半導體是指一種電阻率介于金屬和絕緣體之間，并有負的電阻溫度系數(shù)的物質(zhì)。作為“二十世紀最重要的新四大發(fā)明”之一，也作為二十一世紀集成電路、芯片等名詞的載體，這幾年里半導體的火熱程度從未退卻。

你以為半導體是最近幾十年才被發(fā)現(xiàn)的嗎？說出來你可能不信，半導體的“發(fā)家史”實際上可以追溯到很久很久以前······

（來源：https://image.baidu.com/）

第一個意外

——不一樣的電導率

那是遙遠的大清道光十三年，公歷1833年的一天，英國物理學家、“交流電之父”法拉第(MIChael Faraday，1791~1867)像往常一樣在做實驗，可是突然間，他發(fā)現(xiàn)了一個神奇的現(xiàn)象——有種材料的電阻隨溫度變化的現(xiàn)象很反常。這種材料是硫化銀。

一般情況下，像常見的金屬材料，它們的電阻都會隨著溫度升高而變大，但是硫化銀這種材料卻很反常，隨著溫度的上升，它的電阻越來越低，導電性越來越強。就是說：呈現(xiàn)出負的電阻溫度系數(shù)。

隨著科技的發(fā)展，人們觀測到了半導體在室溫時電阻率約在10^-5～10^7(歐·米)之間，隨著溫度升高，電阻率指數(shù)會減小。從那之后，這個區(qū)別于常見材料的性質(zhì)就成為了識別這種材料的第一個特征，不過在那個時候，這種材料還是沒有“半導體”這個名字。

第二個意外

——光生伏特效應

六年后的1839年，年僅19歲的法國物理學家亞歷山大.貝克勒爾（Alexandre Edmond Becquerel, 1820—1891）在協(xié)助父親做實驗時意外地發(fā)現(xiàn)：將兩片金屬浸入溶液和電解質(zhì)接觸構成伏打電池，當這個體系受到陽光照射后產(chǎn)生了一個額外的電壓。

直到1883年，又有學者發(fā)現(xiàn)：將硒和金屬兩種固體接觸所形成的結受到光照時，也會產(chǎn)生額外的電勢，后來人們就把這種現(xiàn)象稱作光生伏特效應，將能夠產(chǎn)生此效應的器件稱為光伏器件。

光生伏特效應，也叫光生伏打效應，是半導體第二個被發(fā)現(xiàn)的特征。但直到這時候，這種材料還是沒有“半導體”這個名字。（是不是有點替半導體焦急了～）

（來源：http://www.sohu.com/a/130277479_264334）

第三個意外

——光電效應

在1873年，英國科學家威勒畢·史密斯(Willoughby Smith)在進行與水下電纜相關的一項任務時發(fā)現(xiàn)，光照會促使硒圓柱的電導增加。這個現(xiàn)象后來被稱為光電導效應。

又過了14年，在1887年，德國物理學者海因里希·赫茲（Heinrich Rudolf Hertz，1857－1894）在實驗中真正觀察到了光電效應，后來愛因斯坦第一個成功的解釋了光電效應。這種特質(zhì)成為了半導體的又一個特有的標簽。

大家都知道，光可以看作是由攜帶一份一份的能量的光子組成的。當有光照射的時候，半導體材料就可能吸收入射光子能量。吸收了能量的電子會“躁動”起來了，獲得動能的增加，當動能增大到足以克服原子核的吸引力時，它就能在十億分之一秒的時間內(nèi)飛逸出金屬表面，成為可以導電的光電子。

因為電子和空穴是成對產(chǎn)生的，電子增多，空穴當然也就增加了。而電子和空穴都是載流子，這時候載流子的濃度就能大大增加，使得半導體的導電性也大大增加，電阻也會相應地減小。光敏電阻就是基于光電導效應而制成的光電器件。

第四個意外

——整流效應

1874年，德國航天工程師布勞恩（Ferdinand Braun，1850~1918)觀察到：某些硫化物是否能導電與其所加電場的方向有關。如果在它兩端加一個正向電壓，它就是導體；如果把電壓極性反過來，它就儼然成了絕緣體。

同年，出生在德國的英國物理學家舒斯特(Arthur Schuster，1851—1934)又發(fā)現(xiàn)了銅與氧化銅的整流效應。這就是半導體的整流效應，也是半導體所特有的第四種特性。這個性質(zhì)也促成了半導體的第一個應用——利用整流效應制作的檢波器。

（來源：https://www.bilibili.com/read/cv1236368/）

雖然，在1880年以前，半導體的這4個效應就先后被發(fā)現(xiàn)了，但是“半導體”這個名字的出現(xiàn)大概到了1911年，由考尼白格和維斯首次使用了。當然，總結出半導體的這四個特性的工作一直到1947年12月才由貝爾實驗室完成。

也是在這一年，因為鍺材料晶體管的誕生，讓半導體材料真正走上了歷史舞臺。而直到1954年，第一個硅晶體管才誕生；直到上世紀 60 年代后期，硅材料才逐漸取代了鍺并一直“活躍”至今～

但讓人驚訝的是：到了這個時候，距離半導體的第一個特性被發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)足足120年有余了～～哦對了，硅（Si)，就是組成石頭的元素之一，也是地球上第二多的元素。

直到現(xiàn)代，不僅硅、鍺等為代表的第一代半導體材料得到了廣泛的應用，還有了以GaAs為代表的第二代化合物半導體材料、以GaN為代表的第三代半導體材料，而且它們也分別在各自的領域發(fā)光發(fā)熱，也許你不認識它們，但它們的產(chǎn)品的的確確已經(jīng)成為了人們生活中不可或缺的必需品。

（來源：https://huaban.com/pins/1242578568/）

半導體材料從發(fā)現(xiàn)到發(fā)展，從應用到創(chuàng)新，經(jīng)歷了逾越百年的路程。也許您心生疑問，為什么半導體被認可需要這么多年呢？筆者猜測這其中的主要原因也許是當時的材料不純。沒有好的材料，很多與材料相關的問題就難以說清楚了吧。

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參考文獻：

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