榮麗

摘要：半導(dǎo)體物理是凝聚態(tài)物理領(lǐng)域中一個(gè)非?；钴S且重要的分支，本身在大學(xué)發(fā)展的過程中也是半導(dǎo)體科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要物理基礎(chǔ)。而隨著半個(gè)多世紀(jì)以來的發(fā)展，半導(dǎo)體物理不僅在晶體半導(dǎo)體、非晶體半導(dǎo)體、半導(dǎo)體超晶各、納米半導(dǎo)體和其他領(lǐng)域中獲得非常重大的進(jìn)展，而且本身也是一種新材料、新結(jié)構(gòu)、新效應(yīng)和新工藝的集合，在使用的過程中也將在最大程度上豐富凝聚態(tài)物理研究的內(nèi)容，最終更好地促進(jìn)半導(dǎo)體科學(xué)技術(shù)在之后的迅速發(fā)展。雖然很多大學(xué)也對半導(dǎo)體物理進(jìn)行全面的研究，但本文主要就半導(dǎo)體物理研究的回顧和展望進(jìn)行全面的分析，也希望能夠給更多在校大學(xué)生一些參考性意見。

關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體研究；物理屬性；回顧策略；展望策略

引言：

目前，我國的信息產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為促進(jìn)我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)。此外，信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展也進(jìn)一步地推動(dòng)了器件制造業(yè)和軟件開發(fā)業(yè)的迅速發(fā)展。但在信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的過程中，有一些新原理和新功能器件的制造也會(huì)在很大程度上與半導(dǎo)體物理的研究和發(fā)展有很大的關(guān)系。而現(xiàn)在很多發(fā)達(dá)國家和地區(qū)都已經(jīng)在半導(dǎo)體物理領(lǐng)域投入了大量的資金和人力資源，并就全過程的發(fā)展進(jìn)行半導(dǎo)體物理的創(chuàng)新和研究。這樣一種市場運(yùn)作的狀態(tài)也始終會(huì)很大程度上加劇國家競爭的程度。因?yàn)榘雽?dǎo)體的物理發(fā)展能夠在很大程度上促進(jìn)社會(huì)發(fā)展水平的提升和人們生活水平的提升。

1.半導(dǎo)體材料的概述

很多大學(xué)都開設(shè)了半導(dǎo)體這一新的領(lǐng)域，因?yàn)楸旧淼陌l(fā)展歷史非常短，是在本世紀(jì)四十年代之后才發(fā)展起來的一個(gè)新領(lǐng)域。在本世紀(jì)初，很多大學(xué)甚至還沒有開設(shè)半導(dǎo)體這一學(xué)科，人們對于半導(dǎo)體本身的概念也不是很了解。很多大學(xué)生甚至都只是了解諸如鋁、銅和這些普通的金屬具有很好的導(dǎo)電性，甚至也屬于很好的導(dǎo)電材料[1]。而又把不具備導(dǎo)電性能的金屬材料稱之為絕緣材料。絕緣材料本身的導(dǎo)電性能非常差，包括橡膠和陶瓷等材料都被稱之為絕緣材料，這些材料在生活中應(yīng)用的場合都比較多。

從導(dǎo)電性能來看，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性是介于導(dǎo)電體和絕緣體之間的。在物理試驗(yàn)中經(jīng)常會(huì)用到類似硅的物質(zhì)，而這些半導(dǎo)體材料在大學(xué)實(shí)驗(yàn)甚至是工業(yè)上的應(yīng)用都不是很多。

2.半導(dǎo)體物理研究的回顧

2.1固體能帶和晶格動(dòng)力學(xué)理論

有關(guān)完整的周期結(jié)構(gòu)晶態(tài)半導(dǎo)體理論是半導(dǎo)體物理技術(shù)發(fā)展的開端。而在30年代出現(xiàn)的固體能帶理論和50年代出現(xiàn)的晶格動(dòng)力學(xué)理論往往又為半導(dǎo)體物理發(fā)展的過程提供了很好的基礎(chǔ)。從長遠(yuǎn)發(fā)展的過程來看，固態(tài)電子理論的出現(xiàn)不僅能夠使得人們能夠更好地使用包括導(dǎo)帶、價(jià)帶和禁帶等的概念，并在這個(gè)過程中能夠?qū)ń饘?、半?dǎo)體和絕緣體等的物體分開。從此人們才會(huì)對晶態(tài)半導(dǎo)體的認(rèn)識(shí)有了一個(gè)質(zhì)的飛躍，并讓很多大學(xué)教授和大學(xué)生都能夠更加深刻和牢固地張我半導(dǎo)體內(nèi)部各種物質(zhì)的性能和本質(zhì)，并最終成為各類半導(dǎo)體器件和集成電路發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.2有效質(zhì)量理論和“空穴”概念的提出

晶態(tài)半導(dǎo)體在半導(dǎo)體物理研究的過程中一直占據(jù)著非常重要的地位。這兩類技術(shù)出現(xiàn)的重要理論基礎(chǔ)為有效質(zhì)量理論和“空穴”概念。有效質(zhì)量的理論一方面概括了半導(dǎo)體內(nèi)部勢場的作用，從而使得半導(dǎo)體內(nèi)部的電子即便一直處于外力控制的范圍之內(nèi)都可以更好地進(jìn)行規(guī)律的運(yùn)動(dòng)，并在運(yùn)動(dòng)的過程中并不涉及到半導(dǎo)體內(nèi)部勢場的作用。另外一方面，有效質(zhì)量的理論能夠定量地描述出半導(dǎo)體導(dǎo)帶和價(jià)帶邊附近的能帶結(jié)構(gòu)，并全面地給出了包括研究半導(dǎo)體過程中出現(xiàn)的淺施主、淺受主能級(jí)、激子能級(jí)和磁能級(jí)等的理論方法，從而才能夠更好地促進(jìn)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室中包括回旋共振、磁光吸收和激子光譜等實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2.3雷達(dá)技術(shù)的迅猛發(fā)展

隨著第二次世界大戰(zhàn)中雷達(dá)技術(shù)發(fā)展的越來越快，越來越多的半導(dǎo)體材料也正要被用到雷達(dá)制造的過程中，半導(dǎo)體材料也在此發(fā)展的過程中變得越來越好，從而促使半導(dǎo)體材料發(fā)展的越來越快。正因?yàn)榘雽?dǎo)體學(xué)科理論方面有了非?？煽康睦碚摶A(chǔ)，因此也對后續(xù)半導(dǎo)體技術(shù)的高速發(fā)展打下了更好的理論基礎(chǔ)[2]。也正因?yàn)樵絹碓蕉嗟陌雽?dǎo)體物理技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐的過程中，從而使得半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展能夠變得越來越繁榮。

3.半導(dǎo)體物理研究的展望

在未來發(fā)展的過程中，半導(dǎo)體新材料在未來研究的過程中占據(jù)著非常重要的地位，而只有不斷地探索和發(fā)現(xiàn)新材料和內(nèi)部的新性能才能夠更好地促進(jìn)半導(dǎo)體未來的發(fā)展。而在將來，半導(dǎo)體新材料的開發(fā)和設(shè)計(jì)勢必會(huì)發(fā)展的更好。包括超高速邏輯器件和高性能的光電子器件和這些與器件有關(guān)的集成電路系統(tǒng)都將會(huì)是當(dāng)今半導(dǎo)體器件發(fā)展的重大趨勢。

半導(dǎo)體的新器件勢必會(huì)變得更加小型化，其內(nèi)部的功能也會(huì)變得更加多樣化。從市面上半導(dǎo)體器件發(fā)展的過程來看，半導(dǎo)體器件在發(fā)展的過程中都是以納米結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的，而納米量子器件的結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為半導(dǎo)體材料未來發(fā)展的重大特征之一。

目前，單電子器件是一種利用先進(jìn)納米量子技術(shù)進(jìn)行制造的器件。這種器件勢必會(huì)在未來半導(dǎo)體物理研究的過程中成為創(chuàng)造新材料的一種新特性和新途徑。而經(jīng)過幾十年的努力，現(xiàn)在很多人都開始采用先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)來制造更多的單電子晶體管，并且能夠更好地研究電子晶體管在運(yùn)輸過程中會(huì)產(chǎn)生的一些問題。在未來，如何能夠?qū)㈦娮悠骷慕Y(jié)構(gòu)和先進(jìn)工藝更好地結(jié)合起來，從而制造出一種能夠在高溫高壓環(huán)境下進(jìn)行工作的集成電路。這些都是大家需要考慮的問題。

4.結(jié)束語

從越來越多的大學(xué)開始開設(shè)半導(dǎo)體物理研究這一專業(yè)的情況來看，包括我國在內(nèi)的很多國家都已經(jīng)慢慢重視半導(dǎo)體物理的發(fā)展和研究，半導(dǎo)體新材料的發(fā)展和應(yīng)用也會(huì)對國家的長遠(yuǎn)發(fā)展產(chǎn)生非常重要的影響。同時(shí)，半導(dǎo)體的新材料也將對社會(huì)的發(fā)展提供一個(gè)有力的推動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]李亞玲，李文博.光柵衍射和布拉格公式[J].2016（3）：125-129

[2]劉恩科，朱秉升，羅晉生.半導(dǎo)體物理學(xué)[M].國防工業(yè)出版社，2015（4）：139-143