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半導(dao)體(ti)指常溫(wen)下(xia)導(dao)電性(xing)能(neng)介于導(dao)體(ti)與絕緣體(ti)之間的材料。

半導(dao)體在集成電路、消費電子、通信系統(tong)、光伏(fu)發電、照(zhao)明、大(da)功率電源轉換等領域都有(you)應用，如二極管就(jiu)是采(cai)用半導(dao)體制作(zuo)的(de)器件。

無論(lun)從科技或(huo)是經(jing)濟發(fa)展的(de)(de)(de)角度(du)來看，半(ban)導體的(de)(de)(de)重要(yao)性都是非常巨大的(de)(de)(de)。大部分的(de)(de)(de)電(dian)(dian)子產品，如計(ji)算機、移動(dong)電(dian)(dian)話(hua)或(huo)是數字(zi)錄音機當中的(de)(de)(de)核心單元都和半(ban)導體有著(zhu)極為(wei)密(mi)切(qie)的(de)(de)(de)關聯。

常見的半(ban)導體(ti)材(cai)料(liao)有硅、鍺、砷(shen)化(hua)鎵(jia)等，硅是各種半(ban)導體(ti)材(cai)料(liao)應用中最具有影(ying)響力(li)的一(yi)種。

物理定義

物質存(cun)在的(de)(de)(de)形式(shi)多種多樣，固(gu)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)、液體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)、氣體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)、等離子體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)等等。我們通常把導(dao)電性差的(de)(de)(de)材料，如煤、人工(gong)晶體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)、琥珀、陶瓷等稱為絕(jue)緣體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)。而把導(dao)電性比較好(hao)的(de)(de)(de)金屬如金、銀、銅(tong)、鐵、錫、鋁等稱為導(dao)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)。可(ke)以簡單的(de)(de)(de)把介于導(dao)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)和絕(jue)緣體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)之間的(de)(de)(de)材料稱為半(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)。與導(dao)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)和絕(jue)緣體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相比，半(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)材料的(de)(de)(de)發現是最晚的(de)(de)(de)，直到20世紀(ji)30年代，當材料的(de)(de)(de)提純(chun)技術改進以后，半(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)存(cun)在才真正被(bei)學術界認可(ke)。

半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)是(shi)指在常溫下(xia)導(dao)(dao)(dao)電性(xing)能介(jie)于導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)與絕(jue)(jue)緣(yuan)體(ti)(ti)之(zhi)間(jian)的材(cai)料(liao)。半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)是(shi)指一(yi)種導(dao)(dao)(dao)電性(xing)可控，范圍從絕(jue)(jue)緣(yuan)體(ti)(ti)到導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)之(zhi)間(jian)的材(cai)料(liao)。從科學技(ji)術和經(jing)濟發展的角度來看，半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)影響著人(ren)們的日常工作生活，直到20世紀30年代這一(yi)材(cai)料(liao)才被學界所(suo)認可。

發現歷史

半(ban)導(dao)體的發(fa)現實際(ji)上可以(yi)追溯到很久以(yi)前。

1833年，英國(guo)科學家電子學之(zhi)父法拉第最先發現(xian)硫(liu)化銀(yin)的電阻(zu)隨(sui)著(zhu)溫(wen)度的變化情況(kuang)不同于(yu)一般金(jin)屬，一般情況(kuang)下，金(jin)屬的電阻(zu)隨(sui)溫(wen)度升(sheng)高而(er)增加，但法拉第發現(xian)硫(liu)化銀(yin)材料的電阻(zu)是(shi)隨(sui)著(zhu)溫(wen)度的上升(sheng)而(er)降低。這是(shi)半導體現(xian)象的首次發現(xian)。

不(bu)久，1839年法國(guo)的貝克萊爾發(fa)現半(ban)(ban)導體和電解(jie)質接觸形成的結(jie)，在光(guang)照下會產生一(yi)個電壓(ya)，這(zhe)(zhe)就(jiu)是后來人們熟(shu)知的光(guang)生伏(fu)特效應，這(zhe)(zhe)是被發(fa)現的半(ban)(ban)導體的第二個特性(xing)。

1873年，英國的史密斯(si)發現硒(xi)晶體材料在光照下(xia)電(dian)導增加(jia)的光電(dian)導效(xiao)應，這是(shi)半導體的第三種特(te)性(xing)。

在1874年，德國的(de)布勞恩觀察(cha)到某些硫化物的(de)電導與所加電場的(de)方向有關，即它(ta)(ta)的(de)導電有方向性(xing)，在它(ta)(ta)兩(liang)端(duan)加一個(ge)正向電壓(ya)，它(ta)(ta)是導通的(de)；如(ru)果把電壓(ya)極性(xing)反過來，它(ta)(ta)就(jiu)不導電，這就(jiu)是半(ban)導體的(de)整流(liu)效應(ying)，也是半(ban)導體所特有的(de)第四種特性(xing)。同(tong)年，舒斯特又發現了(le)銅與氧化銅的(de)整流(liu)效應(ying)。

半(ban)導(dao)體(ti)的(de)這(zhe)四個特(te)性，雖(sui)在1880年以前就先后被發現了(le)，但(dan)半(ban)導(dao)體(ti)這(zhe)個名詞大概到(dao)1911年才被考尼白格和(he)維(wei)斯首次使用。而總結出半(ban)導(dao)體(ti)的(de)這(zhe)四個特(te)性一直到(dao)1947年12月(yue)才由貝(bei)爾實驗室完(wan)成。

2019年10月，一國際科研(yan)團隊稱與(yu)傳統霍爾測量中(zhong)僅獲(huo)(huo)得3個參(can)數相比，新技術在每個測試(shi)光(guang)強度(du)下(xia)最多可獲(huo)(huo)得7個參(can)數：包括電子和(he)空(kong)(kong)穴(xue)的(de)遷移率；在光(guang)下(xia)的(de)載荷子密度(du)、重組壽命(ming)、電子、空(kong)(kong)穴(xue)和(he)雙極(ji)性類型的(de)擴散長(chang)度(du)。

分類及性能

（1）元素半導(dao)(dao)體(ti)。元素半導(dao)(dao)體(ti)是(shi)(shi)指單一元素構(gou)成的(de)(de)半導(dao)(dao)體(ti)，其中對硅(gui)、硒(xi)的(de)(de)研究(jiu)比(bi)較(jiao)早。它是(shi)(shi)由相同元素組成的(de)(de)具有半導(dao)(dao)體(ti)特性的(de)(de)固體(ti)材料(liao)，容易(yi)受(shou)到微量(liang)雜質和外界(jie)條件(jian)的(de)(de)影響(xiang)而發生變化(hua)。目(mu)前，只有硅(gui)、鍺性能好，運(yun)用的(de)(de)比(bi)較(jiao)廣，硒(xi)在電(dian)子照明和光(guang)電(dian)領域中應用。硅(gui)在半導(dao)(dao)體(ti)工業中運(yun)用的(de)(de)多，這主要受(shou)到二(er)氧化(hua)硅(gui)的(de)(de)影響(xiang)，能夠(gou)在器(qi)件(jian)制作(zuo)上(shang)形成掩膜，能夠(gou)提高半導(dao)(dao)體(ti)器(qi)件(jian)的(de)(de)穩定性，利于(yu)自動化(hua)工業生產。

（2）無(wu)機合成(cheng)物半(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)。無(wu)機合成(cheng)物主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)要是通過單一元素(su)構(gou)成(cheng)半(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)材(cai)料(liao)，當然也有多種元素(su)構(gou)成(cheng)的(de)半(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)材(cai)料(liao)，主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)要的(de)半(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)性(xing)質有I族(zu)(zu)與V、VI、VII族(zu)(zu)；II族(zu)(zu)與IV、V、VI、VII族(zu)(zu)；III族(zu)(zu)與V、VI族(zu)(zu)；IV族(zu)(zu)與IV、VI族(zu)(zu);V族(zu)(zu)與VI族(zu)(zu)；VI族(zu)(zu)與VI族(zu)(zu)的(de)結合化合物，但受到(dao)元素(su)的(de)特(te)性(xing)和制作(zuo)方式的(de)影(ying)響，不是所有的(de)化合物都能夠符合半(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)材(cai)料(liao)的(de)要求。這一半(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)要運用到(dao)高(gao)速器件中，InP制造的(de)晶體(ti)管的(de)速度比其(qi)他材(cai)料(liao)都高(gao)，主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)要運用到(dao)光電(dian)(dian)集成(cheng)電(dian)(dian)路、抗核輻射器件中。對于導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)率高(gao)的(de)材(cai)料(liao)，主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)要用于LED等方面(mian)。

（3）有(you)機(ji)合(he)成(cheng)(cheng)物(wu)半導(dao)體(ti)(ti)。有(you)機(ji)化(hua)合(he)物(wu)是指(zhi)含分子中含有(you)碳鍵的(de)(de)化(hua)合(he)物(wu)，把(ba)有(you)機(ji)化(hua)合(he)物(wu)和碳鍵垂直，疊(die)加(jia)的(de)(de)方式(shi)能夠形(xing)成(cheng)(cheng)導(dao)帶，通(tong)過化(hua)學的(de)(de)添加(jia)，能夠讓其進入到(dao)能帶，這樣可以發生(sheng)電導(dao)率，從(cong)而形(xing)成(cheng)(cheng)有(you)機(ji)化(hua)合(he)物(wu)半導(dao)體(ti)(ti)。這一半導(dao)體(ti)(ti)和以往的(de)(de)半導(dao)體(ti)(ti)相比(bi)(bi)，具有(you)成(cheng)(cheng)本低、溶解性好、材(cai)料輕(qing)加(jia)工容易的(de)(de)特(te)點。可以通(tong)過控(kong)制分子的(de)(de)方式(shi)來(lai)控(kong)制導(dao)電性能，應用(yong)的(de)(de)范圍比(bi)(bi)較廣，主(zhu)要用(yong)于(yu)有(you)機(ji)薄(bo)膜(mo)、有(you)機(ji)照明等方面。

（4）非(fei)晶(jing)態(tai)半(ban)導體(ti)。它又被叫(jiao)做無(wu)定形(xing)半(ban)導體(ti)或玻璃半(ban)導體(ti)，屬于(yu)半(ban)導電(dian)(dian)性(xing)(xing)的(de)(de)一(yi)類(lei)材(cai)料。非(fei)晶(jing)半(ban)導體(ti)和其他非(fei)晶(jing)材(cai)料一(yi)樣，都是短程(cheng)有(you)序(xu)、長程(cheng)無(wu)序(xu)結構(gou)。它主(zhu)要是通過改(gai)變原子相對位置，改(gai)變原有(you)的(de)(de)周期性(xing)(xing)排列(lie)，形(xing)成非(fei)晶(jing)硅。晶(jing)態(tai)和非(fei)晶(jing)態(tai)主(zhu)要區別于(yu)原子排列(lie)是否具有(you)長程(cheng)序(xu)。非(fei)晶(jing)態(tai)半(ban)導體(ti)的(de)(de)性(xing)(xing)能控制(zhi)難，隨著(zhu)技術的(de)(de)發明，非(fei)晶(jing)態(tai)半(ban)導體(ti)開始使用(yong)。這一(yi)制(zhi)作工序(xu)簡(jian)單，主(zhu)要用(yong)于(yu)工程(cheng)類(lei)，在光吸(xi)收方面有(you)很好(hao)的(de)(de)效(xiao)果，主(zhu)要運用(yong)到太陽能電(dian)(dian)池和液晶(jing)顯示屏(ping)中(zhong)。

（5）本(ben)征(zheng)半(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)：不(bu)含雜質且(qie)無(wu)晶格(ge)(ge)缺陷(xian)的(de)(de)(de)半(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)稱為(wei)本(ben)征(zheng)半(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)。在(zai)極低溫(wen)(wen)度(du)下，半(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)價帶(dai)(dai)是滿帶(dai)(dai)，受到熱(re)激發(fa)后(hou)，價帶(dai)(dai)中的(de)(de)(de)部分電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)會越過(guo)禁帶(dai)(dai)進入能量(liang)較高(gao)的(de)(de)(de)空(kong)(kong)(kong)帶(dai)(dai)，空(kong)(kong)(kong)帶(dai)(dai)中存在(zai)電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)后(hou)成為(wei)導(dao)(dao)(dao)帶(dai)(dai)，價帶(dai)(dai)中缺少(shao)一(yi)個電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)后(hou)形成一(yi)個帶(dai)(dai)正電(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)(de)(de)空(kong)(kong)(kong)位，稱為(wei)空(kong)(kong)(kong)穴。空(kong)(kong)(kong)穴導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)并不(bu)是實際運動(dong)，而是一(yi)種等效。電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)時等電(dian)(dian)(dian)(dian)量(liang)的(de)(de)(de)空(kong)(kong)(kong)穴會沿其反方(fang)向(xiang)運動(dong)。它們在(zai)外電(dian)(dian)(dian)(dian)場作用下產(chan)(chan)生定(ding)向(xiang)運動(dong)而形成宏觀電(dian)(dian)(dian)(dian)流，分別稱為(wei)電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)和空(kong)(kong)(kong)穴導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)。這(zhe)種由于(yu)電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)-空(kong)(kong)(kong)穴對(dui)(dui)的(de)(de)(de)產(chan)(chan)生而形成的(de)(de)(de)混合型導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)稱為(wei)本(ben)征(zheng)導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)。導(dao)(dao)(dao)帶(dai)(dai)中的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)會落入空(kong)(kong)(kong)穴，電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)-空(kong)(kong)(kong)穴對(dui)(dui)消失，稱為(wei)復(fu)合。復(fu)合時釋放出的(de)(de)(de)能量(liang)變成電(dian)(dian)(dian)(dian)磁輻射(she)（發(fa)光）或(huo)晶格(ge)(ge)的(de)(de)(de)熱(re)振動(dong)能量(liang)（發(fa)熱(re)）。在(zai)一(yi)定(ding)溫(wen)(wen)度(du)下，電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)-空(kong)(kong)(kong)穴對(dui)(dui)的(de)(de)(de)產(chan)(chan)生和復(fu)合同時存在(zai)并達到動(dong)態平衡(heng)，此時半(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)具有(you)一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)載流子(zi)(zi)密度(du)，從而具有(you)一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)率(lv)。溫(wen)(wen)度(du)升高(gao)時，將(jiang)產(chan)(chan)生更多(duo)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)-空(kong)(kong)(kong)穴對(dui)(dui)，載流子(zi)(zi)密度(du)增加，電(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)率(lv)減(jian)小。無(wu)晶格(ge)(ge)缺陷(xian)的(de)(de)(de)純凈半(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)率(lv)較大，實際應用不(bu)多(duo)。

應用領域

半(ban)導體(ti)在集成電路、消(xiao)費電子(zi)、通信系統、光伏發電、照明(ming)應用(yong)、大(da)功(gong)率電源轉換等領域應用(yong)。

光伏應用

半(ban)導體材料光(guang)(guang)(guang)生伏特效(xiao)應是(shi)太(tai)(tai)陽能(neng)(neng)電(dian)(dian)池運行的(de)(de)基(ji)本原理。現階段半(ban)導體材料的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)伏應用(yong)已(yi)經成為(wei)一(yi)大熱門，是(shi)目前(qian)世界(jie)上增長最(zui)快、發展(zhan)最(zui)好的(de)(de)清(qing)潔能(neng)(neng)源市場。太(tai)(tai)陽能(neng)(neng)電(dian)(dian)池的(de)(de)主要(yao)制作材料是(shi)半(ban)導體材料，判斷太(tai)(tai)陽能(neng)(neng)電(dian)(dian)池的(de)(de)優劣主要(yao)的(de)(de)標(biao)準是(shi)光(guang)(guang)(guang)電(dian)(dian)轉(zhuan)化率(lv)，光(guang)(guang)(guang)電(dian)(dian)轉(zhuan)化率(lv)越高，說明太(tai)(tai)陽能(neng)(neng)電(dian)(dian)池的(de)(de)工作效(xiao)率(lv)越高。根(gen)據應用(yong)的(de)(de)半(ban)導體材料的(de)(de)不同，太(tai)(tai)陽能(neng)(neng)電(dian)(dian)池分為(wei)晶體硅(gui)太(tai)(tai)陽能(neng)(neng)電(dian)(dian)池、薄膜電(dian)(dian)池以(yi)及III-V族(zu)化合物電(dian)(dian)池。

照明應用

LED是建(jian)立在半(ban)(ban)導體(ti)(ti)晶體(ti)(ti)管上的(de)(de)(de)半(ban)(ban)導體(ti)(ti)發(fa)光二極(ji)管，采(cai)用(yong)LED技術半(ban)(ban)導體(ti)(ti)光源(yuan)(yuan)體(ti)(ti)積小，可以(yi)實現平面封(feng)裝，工(gong)作時發(fa)熱量低、節能高效，產品壽(shou)命長、反應速(su)度(du)快，而(er)且綠色環保無污(wu)染，還能開發(fa)成輕薄短(duan)小的(de)(de)(de)產品，一(yi)經(jing)問世，就迅速(su)普及，成為新一(yi)代(dai)的(de)(de)(de)優質照明光源(yuan)(yuan)，目前(qian)已經(jing)廣泛的(de)(de)(de)運用(yong)在我(wo)們的(de)(de)(de)生活(huo)中(zhong)。如交通(tong)指(zhi)示燈、電(dian)子(zi)產品的(de)(de)(de)背(bei)光源(yuan)(yuan)、城市夜(ye)景美化光源(yuan)(yuan)、室內照明等各(ge)個領域(yu)，都(dou)有應用(yong)。

大功率電源轉換

交流(liu)電(dian)和直流(liu)電(dian)的(de)相互轉換(huan)對(dui)于電(dian)器(qi)的(de)使(shi)用十(shi)分(fen)重(zhong)要，是對(dui)電(dian)器(qi)的(de)必(bi)要保護。這(zhe)就(jiu)要用到等(deng)電(dian)源轉換(huan)裝(zhuang)置(zhi)。碳(tan)化(hua)(hua)硅(gui)擊(ji)穿電(dian)壓強度高，禁帶寬(kuan)度寬(kuan)，熱(re)導(dao)(dao)(dao)性高，因(yin)此SiC半(ban)導(dao)(dao)(dao)體器(qi)件十(shi)分(fen)適合應用在功率密度和開關(guan)頻率高的(de)場合，電(dian)源裝(zhuang)換(huan)裝(zhuang)置(zhi)就(jiu)是其中之一(yi)(yi)。碳(tan)化(hua)(hua)硅(gui)元件在高溫(wen)、高壓、高頻的(de)又一(yi)(yi)表現(xian)使(shi)得現(xian)在被廣泛(fan)(fan)使(shi)用到深井鉆探，發電(dian)裝(zhuang)置(zhi)中的(de)逆(ni)變器(qi)，電(dian)氣混(hun)動汽車(che)的(de)能(neng)量轉化(hua)(hua)器(qi)，輕軌(gui)列車(che)牽(qian)引動力轉換(huan)等(deng)領(ling)域(yu)。由于SiC本身的(de)優勢(shi)以及現(xian)階(jie)段行業對(dui)于輕量化(hua)(hua)、高轉換(huan)效率的(de)半(ban)導(dao)(dao)(dao)體材料需(xu)要，SiC將會取代Si，成為應用最廣泛(fan)(fan)的(de)半(ban)導(dao)(dao)(dao)體材料。

半導體制冷技術

半導(dao)體制(zhi)冷(leng)技術(shu)(shu)(shu)是目(mu)前的(de)制(zhi)冷(leng)技術(shu)(shu)(shu)中(zhong)應用比(bi)較廣泛(fan)的(de)。農(nong)作物在溫室大棚中(zhong)生(sheng)長中(zhong)，半導(dao)體制(zhi)冷(leng)技術(shu)(shu)(shu)可(ke)以對環(huan)(huan)境(jing)(jing)溫度(du)有(you)效控制(zhi)，特別是一些對環(huan)(huan)境(jing)(jing)具(ju)有(you)很高要求的(de)植物，采用半導(dao)體制(zhi)冷(leng)技術(shu)(shu)(shu)塑造生(sheng)長環(huan)(huan)境(jing)(jing)，可(ke)以促(cu)進(jin)植物的(de)生(sheng)長。半導(dao)體制(zhi)冷(leng)技術(shu)(shu)(shu)具(ju)有(you)可(ke)逆性，可(ke)以用于制(zhi)冷(leng)，也可(ke)以用于制(zhi)熱，對環(huan)(huan)境(jing)(jing)溫度(du)的(de)調節具(ju)有(you)良好的(de)效果。

運行原理

半(ban)導(dao)體(ti)(ti)制(zhi)冷(leng)技(ji)術的(de)(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)原理(li)是(shi)(shi)建立在帕(pa)爾(er)帖(tie)(tie)原理(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)基礎上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。1834年，法(fa)國(guo)科學家帕(pa)爾(er)帖(tie)(tie)發現(xian)(xian)了半(ban)導(dao)體(ti)(ti)制(zhi)冷(leng)作用(yong)(yong)。帕(pa)爾(er)貼(tie)(tie)原理(li)又(you)被稱為(wei)是(shi)(shi)”帕(pa)爾(er)貼(tie)(tie)效(xiao)益“，就是(shi)(shi)將兩種不同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)導(dao)體(ti)(ti)充分運(yun)用(yong)(yong)起來(lai)，使用(yong)(yong)A和B組(zu)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電路(lu)，通入直流(liu)電，在電路(lu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)接(jie)頭(tou)處可(ke)以產(chan)生焦耳(er)熱，同時還會(hui)釋(shi)放(fang)出一些其它(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱量(liang)(liang)(liang)，此時就會(hui)發現(xian)(xian)，另一個接(jie)頭(tou)處不是(shi)(shi)在釋(shi)放(fang)熱量(liang)(liang)(liang)，而是(shi)(shi)在吸(xi)收(shou)熱量(liang)(liang)(liang)。這種現(xian)(xian)象是(shi)(shi)可(ke)逆的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，只要(yao)對(dui)電流(liu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方向進(jin)行改變，放(fang)熱和吸(xi)熱的(de)(de)(de)(de)(de)(de)運(yun)行就可(ke)以進(jin)行調節(jie)，電流(liu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)強度與吸(xi)收(shou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱量(liang)(liang)(liang)和放(fang)出的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱量(liang)(liang)(liang)之間(jian)存在正比(bi)例關(guan)系，與半(ban)導(dao)體(ti)(ti)自身所具備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)性質也存在關(guan)系。由于(yu)(yu)金屬材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)帕(pa)爾(er)帖(tie)(tie)效(xiao)應(ying)是(shi)(shi)相對(dui)較弱(ruo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，而半(ban)導(dao)體(ti)(ti)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)基于(yu)(yu)帕(pa)爾(er)帖(tie)(tie)原理(li)運(yun)行，所產(chan)生的(de)(de)(de)(de)(de)(de)效(xiao)應(ying)也會(hui)更強一些，所以，在制(zhi)冷(leng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)中，半(ban)導(dao)體(ti)(ti)就成(cheng)為(wei)了主要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)原料(liao)(liao)(liao)。但是(shi)(shi)，對(dui)于(yu)(yu)這種材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)使用(yong)(yong)中，需要(yao)注意多數的(de)(de)(de)(de)(de)(de)半(ban)導(dao)體(ti)(ti)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)無(wu)量(liang)(liang)(liang)綱值接(jie)近1，比(bi)固體(ti)(ti)理(li)論模型要(yao)低一些，在實(shi)際(ji)數據(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)計算上所獲(huo)得(de)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)結果是(shi)(shi)4，所以，對(dui)于(yu)(yu)半(ban)導(dao)體(ti)(ti)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)中，要(yao)使得(de)半(ban)導(dao)體(ti)(ti)制(zhi)冷(leng)技(ji)術合理(li)運(yun)用(yong)(yong)，就要(yao)深入研究。

應用策略

半導(dao)體(ti)制(zhi)冷技術已經廣泛應用在醫(yi)藥領域(yu)中，工(gong)業領域(yu)中，即(ji)便(bian)是日常(chang)生活中也得以應用，所(suo)以，該(gai)技術是有非(fei)常(chang)重要(yao)的發(fa)展(zhan)前景的。

例如，將(jiang)導(dao)體制(zhi)冷技(ji)術用(yong)于現(xian)代的(de)各種制(zhi)冷設備中(zhong)，諸如冰箱、空調等等，都可以(yi)配置電(dian)子冷卻器。半導(dao)體冰箱就是使(shi)用(yong)了半導(dao)體制(zhi)冷技(ji)術。在(zai)具體的(de)應(ying)用(yong)中(zhong)，可以(yi)根據(ju)不同(tong)客戶的(de)需要使(shi)用(yong)，以(yi)更好地滿足客戶的(de)要求。

不(bu)(bu)同數量的(de)(de)(de)(de)半導體制(zhi)冷(leng)(leng)(leng)芯片，在(zai)連接的(de)(de)(de)(de)過程中可以根據需要(yao)(yao)采用(yong)并聯的(de)(de)(de)(de)方(fang)(fang)式(shi)或串(chuan)聯的(de)(de)(de)(de)方(fang)(fang)式(shi)，放置(zhi)在(zai)合適的(de)(de)(de)(de)位置(zhi)就(jiu)(jiu)可以發揮作用(yong)。二十世紀50年代，前蘇聯開發了一(yi)種(zhong)(zhong)小型模型冰(bing)箱，只有10升(sheng)的(de)(de)(de)(de)容(rong)量，冰(bing)箱的(de)(de)(de)(de)體積非(fei)常小，使(shi)用(yong)便利。日本研(yan)制(zhi)出(chu)一(yi)種(zhong)(zhong)冰(bing)箱，是(shi)專(zhuan)門用(yong)于(yu)儲(chu)存紅酒的(de)(de)(de)(de)。對于(yu)溫度要(yao)(yao)嚴格控制(zhi)，應用(yong)半導體制(zhi)冷(leng)(leng)(leng)技術就(jiu)(jiu)可以滿足冰(bing)箱的(de)(de)(de)(de)制(zhi)冷(leng)(leng)(leng)要(yao)(yao)求(qiu)。隨著(zhu)社(she)會(hui)的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)斷發展(zhan)，人們在(zai)追求(qiu)生活質量的(de)(de)(de)(de)同時，對于(yu)制(zhi)冷(leng)(leng)(leng)設備的(de)(de)(de)(de)要(yao)(yao)求(qiu)也越來越高。當人們使(shi)用(yong)半導體冰(bing)箱的(de)(de)(de)(de)時候，就(jiu)(jiu)會(hui)發現這種(zhong)(zhong)冰(bing)箱比傳統(tong)冰(bing)箱的(de)(de)(de)(de)耗電量更低一(yi)些(xie)，甚(shen)至可以達到20%，節能效果良好。

使(shi)用(yong)半導(dao)(dao)體(ti)空調(diao)，與(yu)日常生活(huo)中(zhong)(zhong)使(shi)用(yong)的(de)空調(diao)不(bu)同，而(er)是(shi)應(ying)(ying)用(yong)于(yu)特殊(shu)場所(suo)中(zhong)(zhong)，諸如(ru)機艙、潛艇等等。采(cai)用(yong)相對(dui)穩定的(de)制冷(leng)(leng)技(ji)(ji)術(shu)(shu)，不(bu)僅可(ke)以(yi)保(bao)證快速制冷(leng)(leng)，而(er)且可(ke)能夠(gou)滿(man)足半導(dao)(dao)體(ti)制冷(leng)(leng)技(ji)(ji)術(shu)(shu)的(de)各項要(yao)求。一些美國(guo)公司發(fa)現(xian)半導(dao)(dao)體(ti)制冷(leng)(leng)技(ji)(ji)術(shu)(shu)還有一個(ge)重要(yao)的(de)功能，就是(shi)在有源(yuan)電(dian)池中(zhong)(zhong)合理應(ying)(ying)用(yong)，就可(ke)以(yi)確(que)保(bao)電(dian)源(yuan)持續(xu)供應(ying)(ying)，可(ke)以(yi)超過8小時。在汽車制冷(leng)(leng)設備中(zhong)(zhong)，半導(dao)(dao)體(ti)制冷(leng)(leng)技(ji)(ji)術(shu)(shu)也得到(dao)應(ying)(ying)用(yong)。包(bao)括農業(ye)、天(tian)文學以(yi)及醫學領域，半導(dao)(dao)體(ti)制冷(leng)(leng)技(ji)(ji)術(shu)(shu)也發(fa)揮著(zhu)重要(yao)的(de)作(zuo)用(yong)。

難點以及所存在的問題

（一）半導(dao)體制冷技術的難點

半(ban)導體(ti)制冷(leng)(leng)的(de)(de)過程中會涉及到(dao)很多的(de)(de)參數，而且條件是(shi)復(fu)雜多變的(de)(de)。任(ren)何(he)一(yi)個參數對冷(leng)(leng)卻效果(guo)都會產(chan)生(sheng)影(ying)響。實驗(yan)室研究中，由于難(nan)以滿足規(gui)定的(de)(de)噪聲，就需要對實驗(yan)室環(huan)境進(jin)行(xing)研究，但是(shi)一(yi)些影(ying)響因素(su)的(de)(de)探討是(shi)存(cun)在難(nan)度的(de)(de)。半(ban)導體(ti)制冷(leng)(leng)技術是(shi)基于粒(li)子效應的(de)(de)制冷(leng)(leng)技術，具(ju)有可逆性。所以，在制冷(leng)(leng)技術的(de)(de)應用過程中，冷(leng)(leng)熱(re)端就會產(chan)生(sheng)很大的(de)(de)溫差，對制冷(leng)(leng)效果(guo)必(bi)然會產(chan)生(sheng)影(ying)響。

（二）半導(dao)體制冷技術(shu)所存在的問(wen)題

其(qi)(qi)(qi)一，半導(dao)體(ti)材料(liao)的優質系數(shu)不能夠根據需(xu)要(yao)得到(dao)進一步的提升(sheng)，這就(jiu)必(bi)然會對(dui)半導(dao)體(ti)制(zhi)(zhi)冷(leng)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)的應用(yong)造成影(ying)響(xiang)。其(qi)(qi)(qi)二，對(dui)冷(leng)端散(san)熱(re)(re)系統(tong)和(he)熱(re)(re)端散(san)熱(re)(re)系統(tong)進行優化設計(ji)，但是在技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)上沒有升(sheng)級，依(yi)然處于(yu)理(li)論(lun)階段(duan)，沒有在應用(yong)中(zhong)更好地(di)發揮(hui)作用(yong)，這就(jiu)導(dao)致(zhi)半導(dao)體(ti)制(zhi)(zhi)冷(leng)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)不能夠根據應用(yong)需(xu)要(yao)予以(yi)提升(sheng)。其(qi)(qi)(qi)三，半導(dao)體(ti)制(zhi)(zhi)冷(leng)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)對(dui)于(yu)其(qi)(qi)(qi)他領域以(yi)及(ji)相關領域的應用(yong)存(cun)在局限性(xing)，所以(yi)，半導(dao)體(ti)制(zhi)(zhi)冷(leng)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)使(shi)用(yong)很少，對(dui)于(yu)半導(dao)體(ti)制(zhi)(zhi)冷(leng)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)的研究沒有從應用(yong)的角度(du)出發，就(jiu)難以(yi)在技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)上擴展。其(qi)(qi)(qi)四，市場經濟環境中(zhong)，科學技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)的發展，半導(dao)體(ti)制(zhi)(zhi)冷(leng)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)要(yao)獲得發展，需(xu)要(yao)考慮多方面的問題。重視半導(dao)體(ti)制(zhi)(zhi)冷(leng)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)的應用(yong)，還要(yao)考慮各種(zhong)影(ying)響(xiang)因素，使(shi)得該(gai)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)更好地(di)發揮(hui)作用(yong)。

未來發展

以GaN（氮化鎵(jia)）為代表的(de)第三代半導(dao)體材料及器(qi)(qi)件的(de)開發(fa)是(shi)新(xin)(xin)(xin)興半導(dao)體產業的(de)核心和基礎，其研(yan)究開發(fa)呈現出(chu)日(ri)新(xin)(xin)(xin)月異(yi)的(de)發(fa)展勢(shi)態(tai)。GaN基光電器(qi)(qi)件中，藍色發(fa)光二(er)極管LED率先實現商品化生產成功(gong)開發(fa)藍光LED和LD之(zhi)后，科研(yan)方向轉移(yi)到GaN紫外光探(tan)測器(qi)(qi)上(shang)(shang)GaN材料在(zai)微波功(gong)率方面也有(you)相(xiang)當大的(de)應用市場。氮化鎵(jia)半導(dao)體開關(guan)(guan)被譽為半導(dao)體芯片設計上(shang)(shang)一個新(xin)(xin)(xin)的(de)里(li)程碑(bei)。美(mei)國(guo)佛(fo)羅(luo)里(li)達大學的(de)科學家(jia)已經開發(fa)出(chu)一種(zhong)可用于制造新(xin)(xin)(xin)型電子開關(guan)(guan)的(de)重要器(qi)(qi)件，這(zhe)種(zhong)電子開關(guan)(guan)可以提供平穩(wen)、無間斷電源。

新型半(ban)(ban)導(dao)(dao)體(ti)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)在(zai)工業方面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)用越來(lai)越多。新型半(ban)(ban)導(dao)(dao)體(ti)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)表現(xian)(xian)為(wei)其結構(gou)穩定，擁有(you)卓越的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電學特性，而(er)且成本(ben)低廉(lian)，可(ke)(ke)被用于制(zhi)造現(xian)(xian)代電子(zi)設(she)備中廣泛使(shi)用，我國(guo)(guo)與其他(ta)國(guo)(guo)家相比在(zai)這(zhe)(zhe)方面還有(you)著很(hen)(hen)大(da)(da)(da)一(yi)部分的(de)(de)(de)(de)(de)(de)差(cha)距，通(tong)常會表現(xian)(xian)在(zai)對(dui)一(yi)些(xie)基本(ben)儀器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)制(zhi)作和(he)加(jia)(jia)工上(shang)，近幾(ji)年(nian)來(lai)，國(guo)(guo)家很(hen)(hen)多的(de)(de)(de)(de)(de)(de)部門已(yi)經(jing)針對(dui)我國(guo)(guo)相對(dui)于其他(ta)國(guo)(guo)家存在(zai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)弱勢，這(zhe)(zhe)一(yi)方面統(tong)一(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)組織了(le)各個方面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)群(qun)體(ti)，對(dui)其進(jin)(jin)行有(you)效的(de)(de)(de)(de)(de)(de)領導(dao)(dao)，然后(hou)共同努力去研(yan)(yan)(yan)制(zhi)更(geng)(geng)加(jia)(jia)高水(shui)平的(de)(de)(de)(de)(de)(de)半(ban)(ban)導(dao)(dao)體(ti)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)。這(zhe)(zhe)樣才能夠在(zai)很(hen)(hen)大(da)(da)(da)程(cheng)(cheng)度(du)上(shang)適應(ying)我國(guo)(guo)工業化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)進(jin)(jin)步和(he)發(fa)展，為(wei)我國(guo)(guo)社(she)會進(jin)(jin)步提(ti)(ti)供(gong)更(geng)(geng)強大(da)(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)動(dong)力。首(shou)先需(xu)要(yao)進(jin)(jin)一(yi)步對(dui)超晶格量子(zi)阱(jing)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)進(jin)(jin)行研(yan)(yan)(yan)發(fa)，目前我國(guo)(guo)半(ban)(ban)導(dao)(dao)體(ti)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)在(zai)這(zhe)(zhe)方面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)展背景來(lai)看，應(ying)該在(zai)很(hen)(hen)大(da)(da)(da)程(cheng)(cheng)度(du)上(shang)去提(ti)(ti)高超高亮度(du)，紅綠藍(lan)光(guang)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)以(yi)及光(guang)通(tong)信材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)，在(zai)未來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)展的(de)(de)(de)(de)(de)(de)主要(yao)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)方向上(shang)，同時要(yao)根(gen)據市場上(shang)，更(geng)(geng)新一(yi)代的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電子(zi)器(qi)件以(yi)及電路(lu)等要(yao)求(qiu)進(jin)(jin)行強化(hua)，將這(zhe)(zhe)些(xie)光(guang)電子(zi)結構(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)，在(zai)未來(lai)生產過(guo)程(cheng)(cheng)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)需(xu)求(qiu)進(jin)(jin)行仔細的(de)(de)(de)(de)(de)(de)分析和(he)探(tan)討，然后(hou)去滿(man)足未來(lai)世界半(ban)(ban)導(dao)(dao)體(ti)發(fa)展的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方向，我們需(xu)要(yao)選擇更(geng)(geng)加(jia)(jia)優(you)化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)布點(dian)，然后(hou)做好相關的(de)(de)(de)(de)(de)(de)開(kai)發(fa)和(he)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)工作，這(zhe)(zhe)樣將各種研(yan)(yan)(yan)發(fa)機構(gou)與企業之間建(jian)立更(geng)(geng)好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)溝通(tong)機制(zhi)就可(ke)(ke)以(yi)在(zai)很(hen)(hen)大(da)(da)(da)程(cheng)(cheng)度(du)上(shang)實現(xian)(xian)高溫半(ban)(ban)導(dao)(dao)體(ti)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)，更(geng)(geng)深一(yi)步的(de)(de)(de)(de)(de)(de)開(kai)發(fa)和(he)利(li)用。