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半(ban)導(dao)體指常溫下導(dao)電性能介(jie)于(yu)導(dao)體與絕緣體之間(jian)的材(cai)料。

半(ban)(ban)導體在集成電路、消費(fei)電子(zi)、通信系(xi)統、光伏發電、照明、大功率電源(yuan)轉換等領域都有應用，如二極管就是(shi)采(cai)用半(ban)(ban)導體制作的器件。

無論從科技或(huo)是(shi)經濟發展的(de)角度來看，半(ban)導體的(de)重要性都是(shi)非常巨大(da)的(de)。大(da)部分的(de)電子(zi)產品，如計算機(ji)、移動(dong)電話或(huo)是(shi)數字(zi)錄音機(ji)當中的(de)核心單(dan)元都和半(ban)導體有著極(ji)為密切的(de)關(guan)聯(lian)。

常見的(de)半(ban)導(dao)體材料有硅、鍺、砷化(hua)鎵等，硅是各種(zhong)半(ban)導(dao)體材料應(ying)用中最具有影響力的(de)一種(zhong)。

物理定義

物(wu)質存在的(de)形式多(duo)種多(duo)樣，固體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)、液體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)、氣體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)、等離(li)子體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)等等。我(wo)們通常(chang)把(ba)導(dao)(dao)(dao)電性差的(de)材(cai)料，如煤(mei)、人工晶體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)、琥珀、陶(tao)瓷(ci)等稱為絕緣體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)。而把(ba)導(dao)(dao)(dao)電性比較好的(de)金屬(shu)如金、銀、銅、鐵、錫(xi)、鋁(lv)等稱為導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)。可以簡單的(de)把(ba)介于導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)和絕緣體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)之間的(de)材(cai)料稱為半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)。與導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)和絕緣體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)比，半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)材(cai)料的(de)發現(xian)是最(zui)晚的(de)，直到20世紀30年代，當(dang)材(cai)料的(de)提純技術(shu)改進(jin)以后，半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)存在才真正(zheng)被學術(shu)界認可。

半導(dao)體是指(zhi)在常(chang)溫下導(dao)電性能介于導(dao)體與絕緣體之間(jian)的(de)材(cai)料。半導(dao)體是指(zhi)一(yi)種導(dao)電性可控，范圍從(cong)絕緣體到導(dao)體之間(jian)的(de)材(cai)料。從(cong)科學技術和(he)經(jing)濟(ji)發(fa)展的(de)角度(du)來(lai)看，半導(dao)體影(ying)響著人們(men)的(de)日常(chang)工作生(sheng)活，直到20世紀30年代這一(yi)材(cai)料才(cai)被學界所認(ren)可。

發現歷史

半導體的(de)發現實際上可以(yi)追溯到很久(jiu)以(yi)前。

1833年，英(ying)國科學(xue)家電子學(xue)之父法拉第最先發(fa)現(xian)硫(liu)化銀的(de)電阻(zu)隨(sui)著(zhu)溫度(du)的(de)變化情況不同(tong)于一(yi)般(ban)金屬(shu)，一(yi)般(ban)情況下，金屬(shu)的(de)電阻(zu)隨(sui)溫度(du)升(sheng)高而(er)增加(jia)，但法拉第發(fa)現(xian)硫(liu)化銀材料的(de)電阻(zu)是隨(sui)著(zhu)溫度(du)的(de)上(shang)升(sheng)而(er)降低(di)。這是半導體(ti)現(xian)象的(de)首(shou)次發(fa)現(xian)。

不久，1839年(nian)法國的(de)貝克萊爾發現(xian)半導(dao)體(ti)和電解(jie)質接觸形成的(de)結，在光(guang)照下會產(chan)生一(yi)個(ge)電壓，這就(jiu)是后(hou)來人們熟(shu)知的(de)光(guang)生伏特效應(ying)，這是被發現(xian)的(de)半導(dao)體(ti)的(de)第二個(ge)特性。

1873年，英國的(de)史密斯發現(xian)硒(xi)晶體(ti)材料在光照下電(dian)導增加(jia)的(de)光電(dian)導效應，這是半導體(ti)的(de)第三種特性。

在1874年(nian)，德國的(de)(de)布(bu)勞恩觀察到某(mou)些(xie)硫化(hua)物的(de)(de)電(dian)(dian)導(dao)與(yu)所(suo)加電(dian)(dian)場的(de)(de)方向(xiang)有(you)關(guan)，即它(ta)的(de)(de)導(dao)電(dian)(dian)有(you)方向(xiang)性(xing)，在它(ta)兩端加一個正向(xiang)電(dian)(dian)壓(ya)，它(ta)是導(dao)通的(de)(de)；如果把電(dian)(dian)壓(ya)極性(xing)反過(guo)來，它(ta)就不導(dao)電(dian)(dian)，這就是半導(dao)體的(de)(de)整流(liu)效應(ying)(ying)，也是半導(dao)體所(suo)特(te)有(you)的(de)(de)第四(si)種特(te)性(xing)。同年(nian)，舒(shu)斯特(te)又(you)發現(xian)了銅與(yu)氧化(hua)銅的(de)(de)整流(liu)效應(ying)(ying)。

半導(dao)體(ti)(ti)的這四(si)個特性，雖在1880年(nian)以前(qian)就先(xian)后被發現了，但半導(dao)體(ti)(ti)這個名詞大(da)概到1911年(nian)才(cai)被考(kao)尼白格和維斯首(shou)次使用。而總結出半導(dao)體(ti)(ti)的這四(si)個特性一(yi)直到1947年(nian)12月才(cai)由貝(bei)爾(er)實驗(yan)室完成(cheng)。

2019年10月，一(yi)國(guo)際科研團隊稱與傳統霍爾測(ce)量中僅(jin)獲(huo)得3個(ge)參數相比，新(xin)技(ji)術在(zai)每個(ge)測(ce)試光強(qiang)度(du)下最(zui)多可獲(huo)得7個(ge)參數：包(bao)括電子和空穴的遷移率；在(zai)光下的載荷子密度(du)、重組壽命、電子、空穴和雙極性類型的擴散長(chang)度(du)。

分類及性能

（1）元素半導(dao)體(ti)(ti)。元素半導(dao)體(ti)(ti)是(shi)指(zhi)單一元素構成的(de)(de)(de)(de)半導(dao)體(ti)(ti)，其(qi)中(zhong)對硅、硒的(de)(de)(de)(de)研(yan)究比較早(zao)。它(ta)是(shi)由(you)相同元素組成的(de)(de)(de)(de)具有半導(dao)體(ti)(ti)特性的(de)(de)(de)(de)固體(ti)(ti)材(cai)料，容易受到微量雜質和(he)外界條件(jian)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)而發生變(bian)化。目前，只有硅、鍺性能好(hao)，運(yun)用的(de)(de)(de)(de)比較廣，硒在電子(zi)照明(ming)和(he)光電領域中(zhong)應(ying)用。硅在半導(dao)體(ti)(ti)工(gong)業中(zhong)運(yun)用的(de)(de)(de)(de)多(duo)，這主要受到二氧化硅的(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)，能夠(gou)在器件(jian)制作上(shang)形成掩(yan)膜，能夠(gou)提高半導(dao)體(ti)(ti)器件(jian)的(de)(de)(de)(de)穩定性，利于自動化工(gong)業生產。

（2）無機合(he)成物(wu)半(ban)(ban)導體(ti)(ti)。無機合(he)成物(wu)主要(yao)(yao)(yao)是(shi)通過單一元素構成半(ban)(ban)導體(ti)(ti)材(cai)(cai)料(liao)，當然也有多種(zhong)元素構成的(de)半(ban)(ban)導體(ti)(ti)材(cai)(cai)料(liao)，主要(yao)(yao)(yao)的(de)半(ban)(ban)導體(ti)(ti)性(xing)質有I族(zu)(zu)(zu)與(yu)V、VI、VII族(zu)(zu)(zu)；II族(zu)(zu)(zu)與(yu)IV、V、VI、VII族(zu)(zu)(zu)；III族(zu)(zu)(zu)與(yu)V、VI族(zu)(zu)(zu)；IV族(zu)(zu)(zu)與(yu)IV、VI族(zu)(zu)(zu);V族(zu)(zu)(zu)與(yu)VI族(zu)(zu)(zu)；VI族(zu)(zu)(zu)與(yu)VI族(zu)(zu)(zu)的(de)結合(he)化(hua)(hua)合(he)物(wu)，但(dan)受(shou)到(dao)(dao)元素的(de)特性(xing)和制(zhi)(zhi)作方式的(de)影響(xiang)，不(bu)是(shi)所(suo)有的(de)化(hua)(hua)合(he)物(wu)都(dou)(dou)能夠(gou)符(fu)合(he)半(ban)(ban)導體(ti)(ti)材(cai)(cai)料(liao)的(de)要(yao)(yao)(yao)求。這一半(ban)(ban)導體(ti)(ti)主要(yao)(yao)(yao)運(yun)用到(dao)(dao)高(gao)速(su)器(qi)件(jian)中，InP制(zhi)(zhi)造的(de)晶(jing)體(ti)(ti)管的(de)速(su)度比(bi)其他材(cai)(cai)料(liao)都(dou)(dou)高(gao)，主要(yao)(yao)(yao)運(yun)用到(dao)(dao)光電集成電路、抗核輻射器(qi)件(jian)中。對于(yu)導電率高(gao)的(de)材(cai)(cai)料(liao)，主要(yao)(yao)(yao)用于(yu)LED等方面(mian)。

（3）有(you)(you)機合(he)成(cheng)物(wu)半(ban)導(dao)(dao)體(ti)。有(you)(you)機化(hua)(hua)合(he)物(wu)是指含分(fen)子(zi)中含有(you)(you)碳鍵(jian)的(de)(de)(de)化(hua)(hua)合(he)物(wu)，把(ba)有(you)(you)機化(hua)(hua)合(he)物(wu)和碳鍵(jian)垂直(zhi)，疊加的(de)(de)(de)方(fang)式能夠形(xing)成(cheng)導(dao)(dao)帶，通過化(hua)(hua)學的(de)(de)(de)添加，能夠讓其進入到能帶，這(zhe)樣可以(yi)發生電(dian)導(dao)(dao)率(lv)，從而(er)形(xing)成(cheng)有(you)(you)機化(hua)(hua)合(he)物(wu)半(ban)導(dao)(dao)體(ti)。這(zhe)一(yi)半(ban)導(dao)(dao)體(ti)和以(yi)往的(de)(de)(de)半(ban)導(dao)(dao)體(ti)相比，具有(you)(you)成(cheng)本(ben)低、溶解(jie)性(xing)(xing)好、材料輕加工容易的(de)(de)(de)特點。可以(yi)通過控制(zhi)分(fen)子(zi)的(de)(de)(de)方(fang)式來控制(zhi)導(dao)(dao)電(dian)性(xing)(xing)能，應用的(de)(de)(de)范圍(wei)比較廣，主要用于(yu)有(you)(you)機薄膜、有(you)(you)機照(zhao)明等方(fang)面。

（4）非(fei)(fei)晶(jing)態(tai)(tai)半(ban)導體(ti)。它又被叫做無(wu)定形半(ban)導體(ti)或玻璃半(ban)導體(ti)，屬于半(ban)導電(dian)性(xing)的(de)(de)一類材料。非(fei)(fei)晶(jing)半(ban)導體(ti)和其(qi)他非(fei)(fei)晶(jing)材料一樣，都(dou)是(shi)短(duan)程(cheng)有(you)序、長(chang)(chang)程(cheng)無(wu)序結(jie)構。它主要(yao)是(shi)通過改變(bian)原子相對位置，改變(bian)原有(you)的(de)(de)周期性(xing)排(pai)列(lie)，形成非(fei)(fei)晶(jing)硅。晶(jing)態(tai)(tai)和非(fei)(fei)晶(jing)態(tai)(tai)主要(yao)區別(bie)于原子排(pai)列(lie)是(shi)否具有(you)長(chang)(chang)程(cheng)序。非(fei)(fei)晶(jing)態(tai)(tai)半(ban)導體(ti)的(de)(de)性(xing)能控(kong)制(zhi)難，隨著技術的(de)(de)發明，非(fei)(fei)晶(jing)態(tai)(tai)半(ban)導體(ti)開始(shi)使用。這(zhe)一制(zhi)作工(gong)序簡單，主要(yao)用于工(gong)程(cheng)類，在(zai)光吸收方(fang)面有(you)很好的(de)(de)效果，主要(yao)運用到(dao)太陽能電(dian)池和液晶(jing)顯(xian)示屏中。

（5）本(ben)征(zheng)半(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)：不含雜質且無(wu)(wu)晶(jing)格缺陷的(de)(de)(de)(de)(de)(de)半(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)稱(cheng)(cheng)為(wei)(wei)本(ben)征(zheng)半(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)。在(zai)極低溫(wen)(wen)度下，半(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)價(jia)帶是滿帶，受到(dao)熱激發(fa)后，價(jia)帶中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)部分電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)會越過禁帶進入能量(liang)較高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)空(kong)(kong)帶，空(kong)(kong)帶中存(cun)在(zai)電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)后成(cheng)(cheng)為(wei)(wei)導(dao)(dao)帶，價(jia)帶中缺少一個(ge)電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)后形成(cheng)(cheng)一個(ge)帶正(zheng)電(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)空(kong)(kong)位(wei)，稱(cheng)(cheng)為(wei)(wei)空(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue)。空(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue)導(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)并不是實際運(yun)動(dong)(dong)(dong)，而(er)(er)是一種(zhong)等(deng)效(xiao)。電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)導(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)時等(deng)電(dian)(dian)(dian)(dian)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)空(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue)會沿其(qi)反(fan)方向運(yun)動(dong)(dong)(dong)。它們在(zai)外電(dian)(dian)(dian)(dian)場作用下產生定向運(yun)動(dong)(dong)(dong)而(er)(er)形成(cheng)(cheng)宏(hong)觀電(dian)(dian)(dian)(dian)流，分別稱(cheng)(cheng)為(wei)(wei)電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)導(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)和空(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue)導(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)。這(zhe)種(zhong)由于電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)-空(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue)對的(de)(de)(de)(de)(de)(de)產生而(er)(er)形成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)混合(he)型導(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)稱(cheng)(cheng)為(wei)(wei)本(ben)征(zheng)導(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)。導(dao)(dao)帶中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)會落入空(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue)，電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)-空(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue)對消失，稱(cheng)(cheng)為(wei)(wei)復(fu)合(he)。復(fu)合(he)時釋放(fang)出的(de)(de)(de)(de)(de)(de)能量(liang)變(bian)成(cheng)(cheng)電(dian)(dian)(dian)(dian)磁輻射(she)（發(fa)光）或晶(jing)格的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱振動(dong)(dong)(dong)能量(liang)（發(fa)熱）。在(zai)一定溫(wen)(wen)度下，電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)-空(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue)對的(de)(de)(de)(de)(de)(de)產生和復(fu)合(he)同時存(cun)在(zai)并達到(dao)動(dong)(dong)(dong)態平衡，此時半(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)具(ju)有一定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)載(zai)流子(zi)密度，從而(er)(er)具(ju)有一定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)阻率。溫(wen)(wen)度升(sheng)高(gao)時，將產生更多的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)-空(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue)對，載(zai)流子(zi)密度增加，電(dian)(dian)(dian)(dian)阻率減小(xiao)。無(wu)(wu)晶(jing)格缺陷的(de)(de)(de)(de)(de)(de)純凈半(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)阻率較大，實際應用不多。

應用領域

半導體在集成電(dian)(dian)路、消費電(dian)(dian)子、通信系統、光伏發電(dian)(dian)、照明(ming)應(ying)用、大功率電(dian)(dian)源轉換等(deng)領域應(ying)用。

光伏應用

半導體材(cai)料光(guang)(guang)生(sheng)伏(fu)特效(xiao)應是(shi)太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)電(dian)池(chi)(chi)(chi)運(yun)行(xing)的(de)基本原(yuan)理。現(xian)階段半導體材(cai)料的(de)光(guang)(guang)伏(fu)應用已經成(cheng)為(wei)一大(da)熱門，是(shi)目前(qian)世界(jie)上增(zeng)長(chang)最快、發展最好的(de)清潔(jie)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)市場。太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)電(dian)池(chi)(chi)(chi)的(de)主要制作材(cai)料是(shi)半導體材(cai)料，判斷(duan)太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)電(dian)池(chi)(chi)(chi)的(de)優劣主要的(de)標(biao)準是(shi)光(guang)(guang)電(dian)轉化(hua)率(lv)，光(guang)(guang)電(dian)轉化(hua)率(lv)越(yue)高，說明太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)電(dian)池(chi)(chi)(chi)的(de)工作效(xiao)率(lv)越(yue)高。根據(ju)應用的(de)半導體材(cai)料的(de)不同，太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)電(dian)池(chi)(chi)(chi)分為(wei)晶體硅太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)電(dian)池(chi)(chi)(chi)、薄膜電(dian)池(chi)(chi)(chi)以及III-V族化(hua)合物(wu)電(dian)池(chi)(chi)(chi)。

照明應用

LED是建立在半導體晶體管上的半導體發(fa)光(guang)(guang)二極管，采用LED技(ji)術(shu)半導體光(guang)(guang)源(yuan)(yuan)體積小，可以(yi)實現平(ping)面(mian)封裝，工作時發(fa)熱量低、節(jie)能(neng)高效(xiao)，產品壽命長、反(fan)應速度快(kuai)，而(er)且綠(lv)色環保無污(wu)染，還能(neng)開發(fa)成輕(qing)薄短小的產品，一經(jing)問(wen)世，就迅速普(pu)及，成為新一代的優質照明光(guang)(guang)源(yuan)(yuan)，目前(qian)已(yi)經(jing)廣泛的運用在我們的生活中。如交(jiao)通指(zhi)示燈、電子產品的背光(guang)(guang)源(yuan)(yuan)、城(cheng)市夜(ye)景美化光(guang)(guang)源(yuan)(yuan)、室(shi)內照明等各個(ge)領域，都(dou)有(you)應用。

大功率電源轉換

交流(liu)電(dian)和(he)(he)直流(liu)電(dian)的(de)相(xiang)互轉(zhuan)換(huan)對(dui)于(yu)電(dian)器的(de)使用(yong)十分(fen)重要(yao)(yao)，是(shi)對(dui)電(dian)器的(de)必要(yao)(yao)保護。這就要(yao)(yao)用(yong)到(dao)等(deng)電(dian)源(yuan)(yuan)轉(zhuan)換(huan)裝(zhuang)置。碳化硅擊穿電(dian)壓強度高(gao)，禁(jin)帶寬度寬，熱導性高(gao)，因(yin)此(ci)SiC半(ban)(ban)導體器件(jian)十分(fen)適合(he)應用(yong)在功率(lv)密度和(he)(he)開關頻(pin)率(lv)高(gao)的(de)場合(he)，電(dian)源(yuan)(yuan)裝(zhuang)換(huan)裝(zhuang)置就是(shi)其中之一。碳化硅元件(jian)在高(gao)溫、高(gao)壓、高(gao)頻(pin)的(de)又一表(biao)現(xian)使得(de)現(xian)在被廣泛使用(yong)到(dao)深(shen)井(jing)鉆探，發電(dian)裝(zhuang)置中的(de)逆(ni)變(bian)器，電(dian)氣混動汽車的(de)能量轉(zhuan)化器，輕軌列車牽引動力轉(zhuan)換(huan)等(deng)領域。由于(yu)SiC本身的(de)優勢以及現(xian)階段行(xing)業(ye)對(dui)于(yu)輕量化、高(gao)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)的(de)半(ban)(ban)導體材料需要(yao)(yao)，SiC將會(hui)取(qu)代Si，成為(wei)應用(yong)最廣泛的(de)半(ban)(ban)導體材料。

半導體制冷技術

半(ban)導(dao)(dao)體制(zhi)冷(leng)技(ji)(ji)術(shu)是目前的(de)制(zhi)冷(leng)技(ji)(ji)術(shu)中(zhong)應用(yong)比較廣泛的(de)。農(nong)作物在溫室大棚中(zhong)生(sheng)長中(zhong)，半(ban)導(dao)(dao)體制(zhi)冷(leng)技(ji)(ji)術(shu)可(ke)以對(dui)環(huan)(huan)境溫度(du)有(you)效(xiao)控(kong)制(zhi)，特(te)別(bie)是一(yi)些對(dui)環(huan)(huan)境具(ju)有(you)很高(gao)要(yao)求的(de)植(zhi)物，采(cai)用(yong)半(ban)導(dao)(dao)體制(zhi)冷(leng)技(ji)(ji)術(shu)塑造(zao)生(sheng)長環(huan)(huan)境，可(ke)以促進植(zhi)物的(de)生(sheng)長。半(ban)導(dao)(dao)體制(zhi)冷(leng)技(ji)(ji)術(shu)具(ju)有(you)可(ke)逆性(xing)，可(ke)以用(yong)于制(zhi)冷(leng)，也可(ke)以用(yong)于制(zhi)熱，對(dui)環(huan)(huan)境溫度(du)的(de)調節具(ju)有(you)良好的(de)效(xiao)果(guo)。

運行原理

半導(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)制冷(leng)技術(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)應用(yong)(yong)原(yuan)理(li)(li)是(shi)建立在帕爾(er)帖(tie)原(yuan)理(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)基礎上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。1834年，法國(guo)科學(xue)家(jia)帕爾(er)帖(tie)發現了(le)半導(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)制冷(leng)作用(yong)(yong)。帕爾(er)貼原(yuan)理(li)(li)又被稱為是(shi)”帕爾(er)貼效(xiao)益“，就(jiu)是(shi)將兩種(zhong)不同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)導(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)充分運用(yong)(yong)起(qi)來(lai)，使用(yong)(yong)A和B組成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電路，通(tong)入直(zhi)流電，在電路的(de)(de)(de)(de)(de)(de)接(jie)頭處可(ke)(ke)以(yi)產(chan)生焦耳熱(re)(re)，同時還(huan)會(hui)(hui)釋(shi)放(fang)(fang)出一(yi)(yi)些(xie)其(qi)它的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)量，此(ci)時就(jiu)會(hui)(hui)發現，另一(yi)(yi)個接(jie)頭處不是(shi)在釋(shi)放(fang)(fang)熱(re)(re)量，而是(shi)在吸(xi)(xi)收熱(re)(re)量。這(zhe)(zhe)種(zhong)現象是(shi)可(ke)(ke)逆的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，只(zhi)要(yao)對(dui)電流的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方向進(jin)行改變，放(fang)(fang)熱(re)(re)和吸(xi)(xi)熱(re)(re)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)運行就(jiu)可(ke)(ke)以(yi)進(jin)行調(diao)節，電流的(de)(de)(de)(de)(de)(de)強度(du)與吸(xi)(xi)收的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)量和放(fang)(fang)出的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)量之間存在正比例關系，與半導(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)自身所(suo)(suo)具備的(de)(de)(de)(de)(de)(de)性質也(ye)存在關系。由于金(jin)屬材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)帕爾(er)帖(tie)效(xiao)應是(shi)相對(dui)較弱的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，而半導(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)材(cai)料(liao)基于帕爾(er)帖(tie)原(yuan)理(li)(li)運行，所(suo)(suo)產(chan)生的(de)(de)(de)(de)(de)(de)效(xiao)應也(ye)會(hui)(hui)更強一(yi)(yi)些(xie)，所(suo)(suo)以(yi)，在制冷(leng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)材(cai)料(liao)中(zhong)，半導(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)就(jiu)成(cheng)為了(le)主要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)料(liao)。但是(shi)，對(dui)于這(zhe)(zhe)種(zhong)材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)使用(yong)(yong)中(zhong)，需要(yao)注(zhu)意多數的(de)(de)(de)(de)(de)(de)半導(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)無量綱值接(jie)近1，比固體(ti)(ti)理(li)(li)論模型(xing)要(yao)低一(yi)(yi)些(xie)，在實際數據的(de)(de)(de)(de)(de)(de)計算上所(suo)(suo)獲得的(de)(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)果是(shi)4，所(suo)(suo)以(yi)，對(dui)于半導(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)應用(yong)(yong)中(zhong)，要(yao)使得半導(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)制冷(leng)技術(shu)合理(li)(li)運用(yong)(yong)，就(jiu)要(yao)深入研(yan)究。

應用策略

半導體(ti)制(zhi)冷技(ji)術已經廣泛應(ying)用在醫藥領(ling)域(yu)中，工(gong)業領(ling)域(yu)中，即便是日常生活中也得(de)以(yi)應(ying)用，所以(yi)，該技(ji)術是有非常重要的(de)發展前景的(de)。

例如(ru)(ru)，將(jiang)導體制(zhi)冷技(ji)術用(yong)于現代的(de)各種制(zhi)冷設備(bei)中，諸如(ru)(ru)冰箱(xiang)、空調等等，都(dou)可(ke)以配(pei)置電子(zi)冷卻器。半導體冰箱(xiang)就是使用(yong)了(le)半導體制(zhi)冷技(ji)術。在具體的(de)應用(yong)中，可(ke)以根(gen)據不同客戶的(de)需要使用(yong)，以更好地滿足客戶的(de)要求。

不(bu)同數量(liang)(liang)的(de)(de)半(ban)導(dao)體(ti)制(zhi)冷芯(xin)片，在連接(jie)的(de)(de)過程中可(ke)以(yi)(yi)(yi)根據需要(yao)采用(yong)并聯(lian)的(de)(de)方式或串(chuan)聯(lian)的(de)(de)方式，放置在合(he)適的(de)(de)位置就可(ke)以(yi)(yi)(yi)發揮(hui)作用(yong)。二十世紀(ji)50年代(dai)，前蘇聯(lian)開(kai)發了一種小(xiao)型(xing)模型(xing)冰(bing)(bing)(bing)箱(xiang)(xiang)，只有(you)10升(sheng)的(de)(de)容(rong)量(liang)(liang)，冰(bing)(bing)(bing)箱(xiang)(xiang)的(de)(de)體(ti)積非常小(xiao)，使用(yong)便利(li)。日本研制(zhi)出一種冰(bing)(bing)(bing)箱(xiang)(xiang)，是專門用(yong)于(yu)儲存紅酒的(de)(de)。對于(yu)溫度要(yao)嚴格控制(zhi)，應用(yong)半(ban)導(dao)體(ti)制(zhi)冷技術就可(ke)以(yi)(yi)(yi)滿足冰(bing)(bing)(bing)箱(xiang)(xiang)的(de)(de)制(zhi)冷要(yao)求(qiu)。隨著社會的(de)(de)不(bu)斷(duan)發展(zhan)，人們(men)在追求(qiu)生活質量(liang)(liang)的(de)(de)同時，對于(yu)制(zhi)冷設備的(de)(de)要(yao)求(qiu)也越來(lai)越高。當人們(men)使用(yong)半(ban)導(dao)體(ti)冰(bing)(bing)(bing)箱(xiang)(xiang)的(de)(de)時候(hou)，就會發現這種冰(bing)(bing)(bing)箱(xiang)(xiang)比傳(chuan)統冰(bing)(bing)(bing)箱(xiang)(xiang)的(de)(de)耗電量(liang)(liang)更低一些，甚至可(ke)以(yi)(yi)(yi)達到(dao)20%，節能(neng)效(xiao)果良好。

使用(yong)半(ban)導體空(kong)調，與日(ri)常生活(huo)中(zhong)使用(yong)的(de)(de)空(kong)調不同(tong)，而是(shi)應用(yong)于特殊場所中(zhong)，諸(zhu)如機艙、潛艇等等。采用(yong)相對穩定的(de)(de)制(zhi)(zhi)冷技術(shu)，不僅可以保證快速制(zhi)(zhi)冷，而且可能夠滿足半(ban)導體制(zhi)(zhi)冷技術(shu)的(de)(de)各項要(yao)(yao)求(qiu)。一些美國公(gong)司(si)發(fa)現半(ban)導體制(zhi)(zhi)冷技術(shu)還有(you)一個重要(yao)(yao)的(de)(de)功能，就是(shi)在有(you)源(yuan)電池中(zhong)合理應用(yong)，就可以確保電源(yuan)持續(xu)供應，可以超過8小(xiao)時。在汽車制(zhi)(zhi)冷設備中(zhong)，半(ban)導體制(zhi)(zhi)冷技術(shu)也得到應用(yong)。包括(kuo)農(nong)業、天(tian)文學(xue)(xue)以及醫學(xue)(xue)領(ling)域，半(ban)導體制(zhi)(zhi)冷技術(shu)也發(fa)揮著重要(yao)(yao)的(de)(de)作用(yong)。

難點以及所存在的問題

（一）半導體制(zhi)冷(leng)技術的(de)難點

半(ban)導體制(zhi)冷(leng)的(de)過程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)會涉及到(dao)很(hen)多的(de)參數，而且條件是復雜多變的(de)。任(ren)何(he)一(yi)個參數對(dui)冷(leng)卻效(xiao)(xiao)果(guo)都會產生影(ying)響。實(shi)驗室研究中(zhong)(zhong)(zhong)，由(you)于難以(yi)滿足規定的(de)噪(zao)聲(sheng)，就(jiu)需(xu)要對(dui)實(shi)驗室環(huan)境進行研究，但是一(yi)些(xie)影(ying)響因(yin)素的(de)探討是存在難度的(de)。半(ban)導體制(zhi)冷(leng)技(ji)術是基于粒子效(xiao)(xiao)應的(de)制(zhi)冷(leng)技(ji)術，具有可逆性(xing)。所(suo)以(yi)，在制(zhi)冷(leng)技(ji)術的(de)應用過程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)，冷(leng)熱(re)端就(jiu)會產生很(hen)大的(de)溫差(cha)，對(dui)制(zhi)冷(leng)效(xiao)(xiao)果(guo)必然會產生影(ying)響。

（二）半導體制冷技(ji)術所存在(zai)的(de)問題

其(qi)一(yi)，半導(dao)體(ti)(ti)(ti)材料的(de)優質系數不能夠根據需(xu)要(yao)(yao)得(de)到進(jin)一(yi)步的(de)提升(sheng)，這就(jiu)必(bi)然會(hui)對(dui)(dui)半導(dao)體(ti)(ti)(ti)制(zhi)(zhi)(zhi)冷技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)的(de)應用造成影(ying)響。其(qi)二(er)，對(dui)(dui)冷端散(san)熱(re)系統(tong)和熱(re)端散(san)熱(re)系統(tong)進(jin)行優化設計，但(dan)是在(zai)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)上沒(mei)有(you)(you)升(sheng)級，依然處于(yu)理論階段，沒(mei)有(you)(you)在(zai)應用中更(geng)好地(di)發(fa)揮作用，這就(jiu)導(dao)致(zhi)半導(dao)體(ti)(ti)(ti)制(zhi)(zhi)(zhi)冷技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)不能夠根據應用需(xu)要(yao)(yao)予以(yi)提升(sheng)。其(qi)三(san)，半導(dao)體(ti)(ti)(ti)制(zhi)(zhi)(zhi)冷技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)對(dui)(dui)于(yu)其(qi)他領域(yu)以(yi)及相關(guan)領域(yu)的(de)應用存(cun)在(zai)局限性，所以(yi)，半導(dao)體(ti)(ti)(ti)制(zhi)(zhi)(zhi)冷技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)使(shi)用很(hen)少，對(dui)(dui)于(yu)半導(dao)體(ti)(ti)(ti)制(zhi)(zhi)(zhi)冷技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)的(de)研究沒(mei)有(you)(you)從應用的(de)角度出發(fa)，就(jiu)難以(yi)在(zai)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)上擴展(zhan)。其(qi)四，市場經(jing)濟環境(jing)中，科學技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)的(de)發(fa)展(zhan)，半導(dao)體(ti)(ti)(ti)制(zhi)(zhi)(zhi)冷技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)要(yao)(yao)獲(huo)得(de)發(fa)展(zhan)，需(xu)要(yao)(yao)考(kao)慮多方面的(de)問(wen)題。重視半導(dao)體(ti)(ti)(ti)制(zhi)(zhi)(zhi)冷技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)的(de)應用，還要(yao)(yao)考(kao)慮各(ge)種影(ying)響因素，使(shi)得(de)該技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)更(geng)好地(di)發(fa)揮作用。

未來發展

以(yi)GaN（氮(dan)化鎵）為(wei)代表的(de)(de)第三代半(ban)導(dao)體材(cai)料(liao)及器件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)開(kai)發(fa)是新興半(ban)導(dao)體產業的(de)(de)核心和(he)基(ji)礎(chu)，其研究(jiu)開(kai)發(fa)呈現(xian)出日(ri)新月異的(de)(de)發(fa)展(zhan)勢態(tai)。GaN基(ji)光(guang)電器件(jian)(jian)(jian)中，藍色發(fa)光(guang)二極管LED率(lv)先(xian)實現(xian)商品化生產成功開(kai)發(fa)藍光(guang)LED和(he)LD之(zhi)后，科研方向轉(zhuan)移到GaN紫外(wai)光(guang)探(tan)測(ce)器上GaN材(cai)料(liao)在微波(bo)功率(lv)方面也有相當大(da)的(de)(de)應用市場。氮(dan)化鎵半(ban)導(dao)體開(kai)關被譽為(wei)半(ban)導(dao)體芯(xin)片設計(ji)上一(yi)個(ge)新的(de)(de)里(li)程碑。美國佛羅里(li)達大(da)學的(de)(de)科學家已(yi)經開(kai)發(fa)出一(yi)種(zhong)可用于制造新型電子開(kai)關的(de)(de)重要器件(jian)(jian)(jian)，這(zhe)種(zhong)電子開(kai)關可以(yi)提供平穩(wen)、無間斷電源。

新型半導(dao)(dao)體材(cai)(cai)料(liao)在(zai)(zai)工(gong)(gong)業方(fang)面的(de)(de)(de)應(ying)用(yong)越來(lai)(lai)越多(duo)。新型半導(dao)(dao)體材(cai)(cai)料(liao)表現(xian)為其結(jie)構穩定，擁有(you)卓越的(de)(de)(de)電學特性(xing)，而且成本低(di)廉，可(ke)被(bei)用(yong)于(yu)制造現(xian)代電子(zi)設備中廣泛使用(yong)，我(wo)國(guo)(guo)與(yu)其他(ta)國(guo)(guo)家(jia)相比在(zai)(zai)這方(fang)面還有(you)著很(hen)(hen)大一(yi)(yi)部(bu)分的(de)(de)(de)差距，通常會表現(xian)在(zai)(zai)對一(yi)(yi)些基本儀器(qi)的(de)(de)(de)制作(zuo)和(he)加工(gong)(gong)上(shang)(shang)，近幾年(nian)來(lai)(lai)，國(guo)(guo)家(jia)很(hen)(hen)多(duo)的(de)(de)(de)部(bu)門已經針(zhen)對我(wo)國(guo)(guo)相對于(yu)其他(ta)國(guo)(guo)家(jia)存在(zai)(zai)的(de)(de)(de)弱(ruo)勢，這一(yi)(yi)方(fang)面統一(yi)(yi)的(de)(de)(de)組織(zhi)了各個方(fang)面的(de)(de)(de)群(qun)體，對其進(jin)行(xing)有(you)效的(de)(de)(de)領導(dao)(dao)，然后(hou)共同努(nu)力去(qu)研(yan)制更(geng)加高水(shui)平的(de)(de)(de)半導(dao)(dao)體材(cai)(cai)料(liao)。這樣(yang)才(cai)能(neng)夠(gou)在(zai)(zai)很(hen)(hen)大程(cheng)(cheng)度(du)上(shang)(shang)適應(ying)我(wo)國(guo)(guo)工(gong)(gong)業化的(de)(de)(de)進(jin)步和(he)發(fa)(fa)(fa)展，為我(wo)國(guo)(guo)社會進(jin)步提(ti)供更(geng)強大的(de)(de)(de)動力。首先需要進(jin)一(yi)(yi)步對超晶格量(liang)子(zi)阱材(cai)(cai)料(liao)進(jin)行(xing)研(yan)發(fa)(fa)(fa)，目前我(wo)國(guo)(guo)半導(dao)(dao)體材(cai)(cai)料(liao)在(zai)(zai)這方(fang)面的(de)(de)(de)發(fa)(fa)(fa)展背景來(lai)(lai)看(kan)，應(ying)該(gai)在(zai)(zai)很(hen)(hen)大程(cheng)(cheng)度(du)上(shang)(shang)去(qu)提(ti)高超高亮(liang)度(du)，紅綠(lv)藍光材(cai)(cai)料(liao)以及光通信材(cai)(cai)料(liao)，在(zai)(zai)未(wei)來(lai)(lai)的(de)(de)(de)發(fa)(fa)(fa)展的(de)(de)(de)主要研(yan)究方(fang)向(xiang)上(shang)(shang)，同時要根(gen)據市場上(shang)(shang)，更(geng)新一(yi)(yi)代的(de)(de)(de)電子(zi)器(qi)件以及電路等要求進(jin)行(xing)強化，將這些光電子(zi)結(jie)構的(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)，在(zai)(zai)未(wei)來(lai)(lai)生(sheng)產過程(cheng)(cheng)中的(de)(de)(de)需求進(jin)行(xing)仔細的(de)(de)(de)分析和(he)探討，然后(hou)去(qu)滿(man)足未(wei)來(lai)(lai)世界半導(dao)(dao)體發(fa)(fa)(fa)展的(de)(de)(de)方(fang)向(xiang)，我(wo)們需要選擇更(geng)加優化的(de)(de)(de)布點，然后(hou)做好相關(guan)的(de)(de)(de)開(kai)發(fa)(fa)(fa)和(he)研(yan)究工(gong)(gong)作(zuo)，這樣(yang)將各種研(yan)發(fa)(fa)(fa)機(ji)構與(yu)企業之間建立更(geng)好的(de)(de)(de)溝通機(ji)制就可(ke)以在(zai)(zai)很(hen)(hen)大程(cheng)(cheng)度(du)上(shang)(shang)實現(xian)高溫半導(dao)(dao)體材(cai)(cai)料(liao)，更(geng)深一(yi)(yi)步的(de)(de)(de)開(kai)發(fa)(fa)(fa)和(he)利用(yong)。