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半導體(ti)指常溫(wen)下導電性能介于導體(ti)與絕緣體(ti)之間的材料。

半導體(ti)在集成電(dian)路、消(xiao)費電(dian)子、通信系統(tong)、光伏(fu)發(fa)電(dian)、照(zhao)明、大功率電(dian)源(yuan)轉換(huan)等(deng)領域都有應用，如(ru)二極管(guan)就是采用半導體(ti)制(zhi)作(zuo)的器件。

無論從科技或是經濟發展的(de)角(jiao)度來看，半導體(ti)的(de)重要(yao)性都(dou)是非常巨大的(de)。大部分的(de)電(dian)(dian)子產品，如計算機、移動電(dian)(dian)話或是數字(zi)錄音(yin)機當中的(de)核心單元都(dou)和半導體(ti)有著極(ji)為密(mi)切(qie)的(de)關聯。

常見的半導(dao)(dao)體材料(liao)(liao)有硅、鍺、砷化鎵(jia)等，硅是各種半導(dao)(dao)體材料(liao)(liao)應用中最具有影(ying)響(xiang)力的一(yi)種。

物理定義

物(wu)質存在的(de)形(xing)式多種多樣，固體(ti)(ti)、液體(ti)(ti)、氣體(ti)(ti)、等離子體(ti)(ti)等等。我們通常(chang)把(ba)(ba)導電(dian)性(xing)差的(de)材(cai)料，如(ru)煤、人工(gong)晶體(ti)(ti)、琥珀(po)、陶(tao)瓷等稱為(wei)絕緣體(ti)(ti)。而(er)把(ba)(ba)導電(dian)性(xing)比較(jiao)好(hao)的(de)金(jin)屬如(ru)金(jin)、銀、銅、鐵、錫、鋁等稱為(wei)導體(ti)(ti)。可(ke)以簡單的(de)把(ba)(ba)介于導體(ti)(ti)和絕緣體(ti)(ti)之間的(de)材(cai)料稱為(wei)半導體(ti)(ti)。與導體(ti)(ti)和絕緣體(ti)(ti)相(xiang)比，半導體(ti)(ti)材(cai)料的(de)發(fa)現(xian)是(shi)最晚(wan)的(de)，直到20世紀30年代，當材(cai)料的(de)提純技(ji)術改進以后，半導體(ti)(ti)的(de)存在才真正(zheng)被學術界認可(ke)。

半(ban)導(dao)體(ti)(ti)是指(zhi)在常溫下導(dao)電性(xing)能介(jie)于導(dao)體(ti)(ti)與絕緣(yuan)體(ti)(ti)之間的材(cai)料(liao)。半(ban)導(dao)體(ti)(ti)是指(zhi)一(yi)種導(dao)電性(xing)可(ke)(ke)控，范(fan)圍從絕緣(yuan)體(ti)(ti)到(dao)(dao)導(dao)體(ti)(ti)之間的材(cai)料(liao)。從科學技術和(he)經濟發展的角度來(lai)看(kan)，半(ban)導(dao)體(ti)(ti)影響著人們的日(ri)常工作生活，直到(dao)(dao)20世(shi)紀(ji)30年代這一(yi)材(cai)料(liao)才(cai)被學界所認可(ke)(ke)。

發現歷史

半(ban)導體的發現實際上可(ke)以(yi)追(zhui)溯到很(hen)久以(yi)前(qian)。

1833年，英國科學家電(dian)子學之父法(fa)拉第最先發現(xian)(xian)硫化(hua)銀的(de)電(dian)阻隨(sui)著溫(wen)度(du)的(de)變化(hua)情(qing)況不同于一般金屬(shu)，一般情(qing)況下，金屬(shu)的(de)電(dian)阻隨(sui)溫(wen)度(du)升(sheng)高而增加(jia)，但(dan)法(fa)拉第發現(xian)(xian)硫化(hua)銀材料的(de)電(dian)阻是隨(sui)著溫(wen)度(du)的(de)上升(sheng)而降低。這是半導體現(xian)(xian)象的(de)首(shou)次發現(xian)(xian)。

不(bu)久，1839年(nian)法國的貝克萊(lai)爾發(fa)現半(ban)導體(ti)和電(dian)解(jie)質接觸(chu)形成的結，在光照下會產(chan)生(sheng)一個電(dian)壓，這就是后(hou)來人們熟知的光生(sheng)伏(fu)特(te)效應，這是被發(fa)現的半(ban)導體(ti)的第二個特(te)性。

1873年，英國的(de)史(shi)密斯發現硒晶體材料在光(guang)照下(xia)電(dian)導(dao)增加的(de)光(guang)電(dian)導(dao)效應(ying)，這是半導(dao)體的(de)第三種特(te)性。

在(zai)1874年，德國(guo)的(de)(de)布勞恩觀察到某些(xie)硫化物的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)導(dao)與所加電(dian)(dian)(dian)場的(de)(de)方向(xiang)(xiang)有(you)(you)(you)關，即它的(de)(de)導(dao)電(dian)(dian)(dian)有(you)(you)(you)方向(xiang)(xiang)性，在(zai)它兩端加一個正向(xiang)(xiang)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)，它是(shi)導(dao)通的(de)(de)；如果把(ba)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)極性反過來(lai)，它就不導(dao)電(dian)(dian)(dian)，這就是(shi)半導(dao)體的(de)(de)整流效(xiao)(xiao)應(ying)，也是(shi)半導(dao)體所特(te)有(you)(you)(you)的(de)(de)第四種(zhong)特(te)性。同(tong)年，舒斯特(te)又發現(xian)了銅與氧(yang)化銅的(de)(de)整流效(xiao)(xiao)應(ying)。

半(ban)導體的這(zhe)四個(ge)特性，雖在1880年(nian)以前就先后被發現了，但半(ban)導體這(zhe)個(ge)名(ming)詞大概到1911年(nian)才被考尼白格和維斯(si)首次使用。而總結出半(ban)導體的這(zhe)四個(ge)特性一直(zhi)到1947年(nian)12月才由貝爾實驗室完成。

2019年10月，一國(guo)際科研(yan)團隊稱(cheng)與傳(chuan)統霍爾(er)測量中僅獲得3個(ge)參數相比(bi)，新技(ji)術在(zai)每(mei)個(ge)測試(shi)光(guang)強度下最(zui)多可獲得7個(ge)參數：包括電子和(he)(he)空穴的(de)(de)遷移率；在(zai)光(guang)下的(de)(de)載荷子密度、重(zhong)組(zu)壽(shou)命、電子、空穴和(he)(he)雙(shuang)極性類型的(de)(de)擴(kuo)散長度。

分類及性能

（1）元素(su)半(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)(ti)。元素(su)半(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)(ti)是(shi)指單(dan)一元素(su)構成的(de)(de)(de)半(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)(ti)，其中(zhong)對硅(gui)、硒(xi)(xi)的(de)(de)(de)研究比較早(zao)。它是(shi)由(you)相(xiang)同元素(su)組成的(de)(de)(de)具(ju)有半(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)(ti)特性(xing)的(de)(de)(de)固體(ti)(ti)(ti)材料，容易受到微量雜質和外界條件的(de)(de)(de)影響而(er)發(fa)生(sheng)變化(hua)。目前，只有硅(gui)、鍺性(xing)能好，運用的(de)(de)(de)比較廣(guang)，硒(xi)(xi)在電(dian)子照明和光電(dian)領域中(zhong)應(ying)用。硅(gui)在半(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)(ti)工業(ye)中(zhong)運用的(de)(de)(de)多，這主要受到二氧化(hua)硅(gui)的(de)(de)(de)影響，能夠在器件制作上(shang)形(xing)成掩膜，能夠提高半(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)(ti)器件的(de)(de)(de)穩(wen)定性(xing)，利于自動化(hua)工業(ye)生(sheng)產。

（2）無機(ji)合(he)(he)成物(wu)(wu)(wu)半(ban)(ban)導(dao)體(ti)。無機(ji)合(he)(he)成物(wu)(wu)(wu)主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)(yao)是通過單(dan)一元(yuan)素構成半(ban)(ban)導(dao)體(ti)材(cai)料，當然也有(you)多種元(yuan)素構成的(de)半(ban)(ban)導(dao)體(ti)材(cai)料，主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)(yao)的(de)半(ban)(ban)導(dao)體(ti)性(xing)質有(you)I族(zu)(zu)(zu)與(yu)(yu)V、VI、VII族(zu)(zu)(zu)；II族(zu)(zu)(zu)與(yu)(yu)IV、V、VI、VII族(zu)(zu)(zu)；III族(zu)(zu)(zu)與(yu)(yu)V、VI族(zu)(zu)(zu)；IV族(zu)(zu)(zu)與(yu)(yu)IV、VI族(zu)(zu)(zu);V族(zu)(zu)(zu)與(yu)(yu)VI族(zu)(zu)(zu)；VI族(zu)(zu)(zu)與(yu)(yu)VI族(zu)(zu)(zu)的(de)結合(he)(he)化合(he)(he)物(wu)(wu)(wu)，但受到元(yuan)素的(de)特(te)性(xing)和制(zhi)作方(fang)(fang)式(shi)的(de)影響，不(bu)是所有(you)的(de)化合(he)(he)物(wu)(wu)(wu)都能夠(gou)符合(he)(he)半(ban)(ban)導(dao)體(ti)材(cai)料的(de)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)。這(zhe)一半(ban)(ban)導(dao)體(ti)主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)(yao)運用到高速器件(jian)中，InP制(zhi)造的(de)晶(jing)體(ti)管的(de)速度比其他材(cai)料都高，主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)(yao)運用到光電集成電路、抗核輻(fu)射器件(jian)中。對(dui)于導(dao)電率高的(de)材(cai)料，主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)(yao)用于LED等方(fang)(fang)面。

（3）有(you)機合(he)(he)成(cheng)物半(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)。有(you)機化合(he)(he)物是指(zhi)含(han)分子(zi)(zi)中含(han)有(you)碳(tan)鍵(jian)的(de)化合(he)(he)物，把有(you)機化合(he)(he)物和碳(tan)鍵(jian)垂直，疊加的(de)方式能夠形成(cheng)導(dao)(dao)帶，通過(guo)化學(xue)的(de)添加，能夠讓(rang)其(qi)進(jin)入到能帶，這樣可以(yi)發生電導(dao)(dao)率，從(cong)而(er)形成(cheng)有(you)機化合(he)(he)物半(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)。這一半(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)和以(yi)往(wang)的(de)半(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)相比(bi)，具(ju)有(you)成(cheng)本低、溶解性好、材料(liao)輕加工容易(yi)的(de)特點(dian)。可以(yi)通過(guo)控制分子(zi)(zi)的(de)方式來控制導(dao)(dao)電性能，應(ying)用的(de)范圍比(bi)較廣，主要(yao)用于(yu)有(you)機薄膜、有(you)機照明(ming)等方面。

（4）非晶態(tai)(tai)半(ban)導(dao)體。它又被(bei)叫做無(wu)定(ding)形(xing)半(ban)導(dao)體或玻璃(li)半(ban)導(dao)體，屬于(yu)半(ban)導(dao)電(dian)性的(de)一類(lei)(lei)材料(liao)。非晶半(ban)導(dao)體和其他非晶材料(liao)一樣，都是短程(cheng)有序(xu)(xu)、長(chang)程(cheng)無(wu)序(xu)(xu)結構(gou)。它主要(yao)(yao)是通(tong)過改變原(yuan)子相對位置，改變原(yuan)有的(de)周(zhou)期性排列(lie)，形(xing)成非晶硅(gui)。晶態(tai)(tai)和非晶態(tai)(tai)主要(yao)(yao)區別于(yu)原(yuan)子排列(lie)是否(fou)具(ju)有長(chang)程(cheng)序(xu)(xu)。非晶態(tai)(tai)半(ban)導(dao)體的(de)性能控制難，隨著(zhu)技(ji)術的(de)發明(ming)，非晶態(tai)(tai)半(ban)導(dao)體開始使(shi)用。這一制作工(gong)序(xu)(xu)簡單，主要(yao)(yao)用于(yu)工(gong)程(cheng)類(lei)(lei)，在光吸(xi)收方面(mian)有很好的(de)效果(guo)，主要(yao)(yao)運用到太陽能電(dian)池和液晶顯示屏中。

（5）本(ben)征半(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)：不(bu)(bu)含雜質且無晶(jing)格缺陷的(de)(de)(de)(de)半(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)稱為(wei)本(ben)征半(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)。在極低溫(wen)(wen)度(du)下，半(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)的(de)(de)(de)(de)價(jia)帶(dai)是(shi)滿帶(dai)，受(shou)到熱(re)激發(fa)后(hou)，價(jia)帶(dai)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)部(bu)分電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)會越過禁帶(dai)進(jin)入(ru)(ru)能量(liang)較高的(de)(de)(de)(de)空(kong)(kong)帶(dai)，空(kong)(kong)帶(dai)中(zhong)存在電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)后(hou)成(cheng)為(wei)導(dao)(dao)(dao)帶(dai)，價(jia)帶(dai)中(zhong)缺少(shao)一個電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)后(hou)形(xing)成(cheng)一個帶(dai)正電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)空(kong)(kong)位，稱為(wei)空(kong)(kong)穴(xue)。空(kong)(kong)穴(xue)導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)并不(bu)(bu)是(shi)實(shi)際運(yun)動(dong)，而(er)(er)(er)是(shi)一種等效(xiao)。電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)時等電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)量(liang)的(de)(de)(de)(de)空(kong)(kong)穴(xue)會沿其反方(fang)向運(yun)動(dong)。它們在外電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)場(chang)作用下產(chan)生(sheng)(sheng)定(ding)向運(yun)動(dong)而(er)(er)(er)形(xing)成(cheng)宏觀電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流，分別稱為(wei)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)和(he)(he)空(kong)(kong)穴(xue)導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)。這種由于電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)-空(kong)(kong)穴(xue)對(dui)(dui)的(de)(de)(de)(de)產(chan)生(sheng)(sheng)而(er)(er)(er)形(xing)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)混合(he)(he)型導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)稱為(wei)本(ben)征導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)。導(dao)(dao)(dao)帶(dai)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)會落(luo)入(ru)(ru)空(kong)(kong)穴(xue)，電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)-空(kong)(kong)穴(xue)對(dui)(dui)消失(shi)，稱為(wei)復合(he)(he)。復合(he)(he)時釋(shi)放出的(de)(de)(de)(de)能量(liang)變成(cheng)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)磁輻(fu)射(she)（發(fa)光）或晶(jing)格的(de)(de)(de)(de)熱(re)振動(dong)能量(liang)（發(fa)熱(re)）。在一定(ding)溫(wen)(wen)度(du)下，電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)-空(kong)(kong)穴(xue)對(dui)(dui)的(de)(de)(de)(de)產(chan)生(sheng)(sheng)和(he)(he)復合(he)(he)同時存在并達到動(dong)態平衡(heng)，此時半(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)具有一定(ding)的(de)(de)(de)(de)載流子(zi)密(mi)度(du)，從(cong)而(er)(er)(er)具有一定(ding)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)率(lv)(lv)。溫(wen)(wen)度(du)升(sheng)高時，將(jiang)產(chan)生(sheng)(sheng)更多(duo)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)-空(kong)(kong)穴(xue)對(dui)(dui)，載流子(zi)密(mi)度(du)增加，電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)率(lv)(lv)減小。無晶(jing)格缺陷的(de)(de)(de)(de)純凈半(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)率(lv)(lv)較大，實(shi)際應用不(bu)(bu)多(duo)。

應用領域

半導體在(zai)集成電(dian)路、消(xiao)費電(dian)子(zi)、通信系統、光(guang)伏發電(dian)、照明應用、大功率(lv)電(dian)源轉換(huan)等領域(yu)應用。

光伏應用

半導體(ti)材(cai)(cai)料光生(sheng)伏(fu)特(te)效應(ying)是(shi)太(tai)(tai)陽能(neng)(neng)電池(chi)運行的基本(ben)原理(li)。現(xian)階段半導體(ti)材(cai)(cai)料的光伏(fu)應(ying)用已(yi)經成為(wei)一大(da)熱門(men)，是(shi)目前世界上增長(chang)最快(kuai)、發展(zhan)最好的清潔能(neng)(neng)源市場。太(tai)(tai)陽能(neng)(neng)電池(chi)的主(zhu)要(yao)制作(zuo)材(cai)(cai)料是(shi)半導體(ti)材(cai)(cai)料，判(pan)斷太(tai)(tai)陽能(neng)(neng)電池(chi)的優劣主(zhu)要(yao)的標準(zhun)是(shi)光電轉(zhuan)化(hua)(hua)率(lv)(lv)，光電轉(zhuan)化(hua)(hua)率(lv)(lv)越高，說明太(tai)(tai)陽能(neng)(neng)電池(chi)的工作(zuo)效率(lv)(lv)越高。根(gen)據應(ying)用的半導體(ti)材(cai)(cai)料的不同(tong)，太(tai)(tai)陽能(neng)(neng)電池(chi)分為(wei)晶體(ti)硅太(tai)(tai)陽能(neng)(neng)電池(chi)、薄膜電池(chi)以及III-V族化(hua)(hua)合(he)物電池(chi)。

照明應用

LED是(shi)建立在(zai)半導體(ti)(ti)晶(jing)體(ti)(ti)管(guan)上的(de)半導體(ti)(ti)發(fa)光(guang)二極管(guan)，采用(yong)LED技術半導體(ti)(ti)光(guang)源(yuan)體(ti)(ti)積小(xiao)(xiao)，可以實現平(ping)面封裝，工作時發(fa)熱量低(di)、節能高(gao)效(xiao)，產品(pin)壽命長、反(fan)應速度(du)快(kuai)，而(er)且綠色環(huan)保無(wu)污染，還(huan)能開(kai)發(fa)成輕薄短小(xiao)(xiao)的(de)產品(pin)，一經(jing)(jing)問世，就(jiu)迅速普(pu)及，成為(wei)新一代的(de)優(you)質照明光(guang)源(yuan)，目前已經(jing)(jing)廣泛的(de)運用(yong)在(zai)我們的(de)生活中。如交通指示燈、電子產品(pin)的(de)背光(guang)源(yuan)、城市夜景(jing)美化(hua)光(guang)源(yuan)、室(shi)內照明等各個領(ling)域，都(dou)有應用(yong)。

大功率電源轉換

交流電(dian)(dian)和直(zhi)流電(dian)(dian)的(de)(de)相互轉(zhuan)(zhuan)換(huan)(huan)(huan)對(dui)(dui)于電(dian)(dian)器(qi)的(de)(de)使用(yong)十分(fen)重要，是對(dui)(dui)電(dian)(dian)器(qi)的(de)(de)必要保(bao)護。這(zhe)就要用(yong)到等(deng)(deng)電(dian)(dian)源轉(zhuan)(zhuan)換(huan)(huan)(huan)裝(zhuang)置。碳化(hua)硅擊穿電(dian)(dian)壓強(qiang)度(du)(du)高(gao)，禁(jin)帶寬度(du)(du)寬，熱導(dao)(dao)(dao)性(xing)高(gao)，因此SiC半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)器(qi)件十分(fen)適合應用(yong)在功率密度(du)(du)和開(kai)關頻率高(gao)的(de)(de)場合，電(dian)(dian)源裝(zhuang)換(huan)(huan)(huan)裝(zhuang)置就是其中之(zhi)一(yi)。碳化(hua)硅元件在高(gao)溫、高(gao)壓、高(gao)頻的(de)(de)又一(yi)表現(xian)使得現(xian)在被廣(guang)泛使用(yong)到深井(jing)鉆探(tan)，發電(dian)(dian)裝(zhuang)置中的(de)(de)逆變器(qi)，電(dian)(dian)氣(qi)混動汽車的(de)(de)能(neng)量轉(zhuan)(zhuan)化(hua)器(qi)，輕軌列車牽引動力轉(zhuan)(zhuan)換(huan)(huan)(huan)等(deng)(deng)領(ling)域。由于SiC本身的(de)(de)優勢以及(ji)現(xian)階(jie)段行業對(dui)(dui)于輕量化(hua)、高(gao)轉(zhuan)(zhuan)換(huan)(huan)(huan)效率的(de)(de)半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)材料(liao)需要，SiC將會取代Si，成為應用(yong)最廣(guang)泛的(de)(de)半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)材料(liao)。

半導體制冷技術

半(ban)導(dao)(dao)體制(zhi)冷技(ji)(ji)術(shu)是(shi)目前(qian)的(de)制(zhi)冷技(ji)(ji)術(shu)中(zhong)應用(yong)比較廣泛的(de)。農作物在(zai)溫室大棚(peng)中(zhong)生(sheng)長(chang)(chang)中(zhong)，半(ban)導(dao)(dao)體制(zhi)冷技(ji)(ji)術(shu)可(ke)以(yi)對環境溫度有(you)效控制(zhi)，特別是(shi)一些(xie)對環境具(ju)有(you)很高要求的(de)植物，采(cai)用(yong)半(ban)導(dao)(dao)體制(zhi)冷技(ji)(ji)術(shu)塑造(zao)生(sheng)長(chang)(chang)環境，可(ke)以(yi)促進植物的(de)生(sheng)長(chang)(chang)。半(ban)導(dao)(dao)體制(zhi)冷技(ji)(ji)術(shu)具(ju)有(you)可(ke)逆性，可(ke)以(yi)用(yong)于制(zhi)冷，也可(ke)以(yi)用(yong)于制(zhi)熱(re)，對環境溫度的(de)調節具(ju)有(you)良好(hao)的(de)效果。

運行原理

半(ban)(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)制冷(leng)技術的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)應用原(yuan)(yuan)理(li)(li)(li)是建立在(zai)(zai)(zai)帕(pa)爾(er)帖(tie)原(yuan)(yuan)理(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)基礎上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)。1834年，法國(guo)科(ke)學家帕(pa)爾(er)帖(tie)發(fa)現(xian)了(le)(le)半(ban)(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)制冷(leng)作用。帕(pa)爾(er)貼原(yuan)(yuan)理(li)(li)(li)又(you)被稱為是”帕(pa)爾(er)貼效(xiao)(xiao)益“，就是將兩種(zhong)不同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)導(dao)體(ti)(ti)充分運(yun)用起(qi)來，使用A和B組成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)路，通(tong)入(ru)直流(liu)電(dian)，在(zai)(zai)(zai)電(dian)路的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)接(jie)頭處(chu)可(ke)(ke)以(yi)(yi)產生(sheng)(sheng)焦耳(er)熱(re)(re)，同(tong)(tong)時還會釋(shi)放(fang)出一(yi)(yi)些(xie)其(qi)它的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)量(liang)，此時就會發(fa)現(xian)，另(ling)一(yi)(yi)個接(jie)頭處(chu)不是在(zai)(zai)(zai)釋(shi)放(fang)熱(re)(re)量(liang)，而(er)是在(zai)(zai)(zai)吸收(shou)熱(re)(re)量(liang)。這(zhe)(zhe)種(zhong)現(xian)象是可(ke)(ke)逆的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，只要對(dui)(dui)電(dian)流(liu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方向進行(xing)(xing)改變，放(fang)熱(re)(re)和吸熱(re)(re)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)運(yun)行(xing)(xing)就可(ke)(ke)以(yi)(yi)進行(xing)(xing)調節，電(dian)流(liu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)度與吸收(shou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)量(liang)和放(fang)出的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)量(liang)之間存(cun)在(zai)(zai)(zai)正比例關(guan)系(xi)，與半(ban)(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)自身所具備的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)性質也存(cun)在(zai)(zai)(zai)關(guan)系(xi)。由于金(jin)屬材(cai)(cai)料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)帕(pa)爾(er)帖(tie)效(xiao)(xiao)應是相(xiang)對(dui)(dui)較弱的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，而(er)半(ban)(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)材(cai)(cai)料基于帕(pa)爾(er)帖(tie)原(yuan)(yuan)理(li)(li)(li)運(yun)行(xing)(xing)，所產生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)效(xiao)(xiao)應也會更強(qiang)一(yi)(yi)些(xie)，所以(yi)(yi)，在(zai)(zai)(zai)制冷(leng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)料中，半(ban)(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)就成(cheng)為了(le)(le)主要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)料。但是，對(dui)(dui)于這(zhe)(zhe)種(zhong)材(cai)(cai)料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)使用中，需要注意多數的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)半(ban)(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)材(cai)(cai)料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)無量(liang)綱值接(jie)近(jin)1，比固體(ti)(ti)理(li)(li)(li)論(lun)模型要低一(yi)(yi)些(xie)，在(zai)(zai)(zai)實際數據(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)計算上所獲得(de)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結果(guo)是4，所以(yi)(yi)，對(dui)(dui)于半(ban)(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)材(cai)(cai)料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)應用中，要使得(de)半(ban)(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)制冷(leng)技術合理(li)(li)(li)運(yun)用，就要深入(ru)研(yan)究(jiu)。

應用策略

半導(dao)體制冷技術(shu)已(yi)經廣泛應用(yong)在醫藥領(ling)域中(zhong)，工業(ye)領(ling)域中(zhong)，即便是日(ri)常(chang)生活中(zhong)也得以應用(yong)，所以，該技術(shu)是有非常(chang)重(zhong)要的發展前景的。

例如，將導(dao)(dao)體制冷(leng)技術(shu)用于(yu)現代的(de)各種制冷(leng)設備中，諸如冰箱(xiang)、空(kong)調等(deng)等(deng)，都(dou)可以配置(zhi)電子(zi)冷(leng)卻器。半(ban)導(dao)(dao)體冰箱(xiang)就是使用了(le)半(ban)導(dao)(dao)體制冷(leng)技術(shu)。在具體的(de)應(ying)用中，可以根據不同客(ke)戶的(de)需(xu)要使用，以更好地滿足客(ke)戶的(de)要求(qiu)。

不同(tong)數(shu)量的(de)(de)(de)半(ban)導體制(zhi)冷(leng)芯片，在(zai)(zai)連接的(de)(de)(de)過(guo)程中(zhong)可(ke)(ke)以(yi)根據需要(yao)(yao)(yao)采用(yong)(yong)(yong)并聯的(de)(de)(de)方(fang)式或串聯的(de)(de)(de)方(fang)式，放置在(zai)(zai)合適的(de)(de)(de)位置就可(ke)(ke)以(yi)發(fa)(fa)揮作用(yong)(yong)(yong)。二(er)十世紀50年代，前蘇(su)聯開(kai)發(fa)(fa)了一(yi)種小型模型冰(bing)(bing)箱(xiang)(xiang)，只有10升的(de)(de)(de)容量，冰(bing)(bing)箱(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)體積非(fei)常小，使(shi)用(yong)(yong)(yong)便利。日本(ben)研制(zhi)出一(yi)種冰(bing)(bing)箱(xiang)(xiang)，是專門用(yong)(yong)(yong)于儲存紅酒的(de)(de)(de)。對于溫度要(yao)(yao)(yao)嚴格控制(zhi)，應用(yong)(yong)(yong)半(ban)導體制(zhi)冷(leng)技術就可(ke)(ke)以(yi)滿足冰(bing)(bing)箱(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)制(zhi)冷(leng)要(yao)(yao)(yao)求。隨(sui)著社(she)會的(de)(de)(de)不斷發(fa)(fa)展，人(ren)們(men)在(zai)(zai)追求生活質(zhi)量的(de)(de)(de)同(tong)時，對于制(zhi)冷(leng)設備的(de)(de)(de)要(yao)(yao)(yao)求也越來越高。當人(ren)們(men)使(shi)用(yong)(yong)(yong)半(ban)導體冰(bing)(bing)箱(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)時候(hou)，就會發(fa)(fa)現這種冰(bing)(bing)箱(xiang)(xiang)比傳統冰(bing)(bing)箱(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)耗電量更(geng)低一(yi)些，甚至可(ke)(ke)以(yi)達到20%，節(jie)能效果(guo)良好(hao)。

使(shi)用(yong)半導體(ti)(ti)空調，與日常生活中(zhong)(zhong)(zhong)使(shi)用(yong)的(de)空調不同，而是應用(yong)于特殊場所(suo)中(zhong)(zhong)(zhong)，諸如(ru)機艙、潛艇等等。采用(yong)相對穩定(ding)的(de)制冷(leng)(leng)(leng)技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)，不僅可(ke)以(yi)保(bao)(bao)證快速制冷(leng)(leng)(leng)，而且可(ke)能夠(gou)滿足半導體(ti)(ti)制冷(leng)(leng)(leng)技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)各項要求。一些美國公(gong)司發(fa)(fa)現半導體(ti)(ti)制冷(leng)(leng)(leng)技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)還有一個(ge)重(zhong)要的(de)功能，就(jiu)是在有源(yuan)電池中(zhong)(zhong)(zhong)合理(li)應用(yong)，就(jiu)可(ke)以(yi)確(que)保(bao)(bao)電源(yuan)持(chi)續供應，可(ke)以(yi)超過8小時。在汽(qi)車制冷(leng)(leng)(leng)設備中(zhong)(zhong)(zhong)，半導體(ti)(ti)制冷(leng)(leng)(leng)技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)也(ye)得到應用(yong)。包括(kuo)農業、天文(wen)學以(yi)及(ji)醫學領域，半導體(ti)(ti)制冷(leng)(leng)(leng)技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)也(ye)發(fa)(fa)揮著重(zhong)要的(de)作用(yong)。

難點以及所存在的問題

（一）半(ban)導體制冷技術的難點

半導體(ti)制冷(leng)(leng)的(de)過程中會(hui)涉及到很多(duo)的(de)參數，而(er)且條件(jian)是復雜多(duo)變的(de)。任(ren)何一個(ge)參數對冷(leng)(leng)卻(que)效(xiao)果都會(hui)產生影響(xiang)(xiang)。實驗(yan)室研究中，由于難以滿足規定的(de)噪聲，就需要對實驗(yan)室環境進行研究，但是一些影響(xiang)(xiang)因素的(de)探(tan)討是存在難度(du)的(de)。半導體(ti)制冷(leng)(leng)技(ji)術是基于粒(li)子效(xiao)應的(de)制冷(leng)(leng)技(ji)術，具有(you)可(ke)逆性。所以，在制冷(leng)(leng)技(ji)術的(de)應用過程中，冷(leng)(leng)熱端就會(hui)產生很大的(de)溫差，對制冷(leng)(leng)效(xiao)果必然會(hui)產生影響(xiang)(xiang)。

（二(er)）半導體(ti)制冷技術所存(cun)在的問題(ti)

其(qi)(qi)一，半導(dao)體(ti)(ti)(ti)材料的(de)(de)(de)優質(zhi)系(xi)數(shu)不(bu)(bu)能夠根據需(xu)要(yao)(yao)得到進一步的(de)(de)(de)提(ti)升，這就(jiu)必然(ran)會對(dui)半導(dao)體(ti)(ti)(ti)制(zhi)(zhi)冷(leng)技(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)造成影(ying)(ying)響。其(qi)(qi)二，對(dui)冷(leng)端散(san)熱(re)系(xi)統和熱(re)端散(san)熱(re)系(xi)統進行優化設計(ji)，但是(shi)在(zai)技(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)上沒有(you)升級，依然(ran)處于(yu)理(li)論(lun)階段，沒有(you)在(zai)應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)中(zhong)更(geng)好地發(fa)(fa)揮(hui)作用(yong)(yong)(yong)，這就(jiu)導(dao)致半導(dao)體(ti)(ti)(ti)制(zhi)(zhi)冷(leng)技(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)不(bu)(bu)能夠根據應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)需(xu)要(yao)(yao)予以提(ti)升。其(qi)(qi)三(san)，半導(dao)體(ti)(ti)(ti)制(zhi)(zhi)冷(leng)技(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)對(dui)于(yu)其(qi)(qi)他領(ling)域以及相關領(ling)域的(de)(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)存在(zai)局限性，所以，半導(dao)體(ti)(ti)(ti)制(zhi)(zhi)冷(leng)技(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)使用(yong)(yong)(yong)很少，對(dui)于(yu)半導(dao)體(ti)(ti)(ti)制(zhi)(zhi)冷(leng)技(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)研究(jiu)沒有(you)從應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)角度(du)出發(fa)(fa)，就(jiu)難以在(zai)技(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)上擴展(zhan)。其(qi)(qi)四，市場經濟環境中(zhong)，科學技(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)發(fa)(fa)展(zhan)，半導(dao)體(ti)(ti)(ti)制(zhi)(zhi)冷(leng)技(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)要(yao)(yao)獲(huo)得發(fa)(fa)展(zhan)，需(xu)要(yao)(yao)考(kao)慮多(duo)方面的(de)(de)(de)問(wen)題。重視半導(dao)體(ti)(ti)(ti)制(zhi)(zhi)冷(leng)技(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)，還要(yao)(yao)考(kao)慮各種影(ying)(ying)響因素，使得該技(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)更(geng)好地發(fa)(fa)揮(hui)作用(yong)(yong)(yong)。

未來發展

以(yi)GaN（氮化鎵(jia)）為(wei)代表(biao)的(de)(de)(de)第三代半導(dao)體材(cai)料及器(qi)件的(de)(de)(de)開發是新(xin)興半導(dao)體產(chan)業的(de)(de)(de)核心和(he)基礎，其研究開發呈現出(chu)(chu)日新(xin)月(yue)異的(de)(de)(de)發展勢態。GaN基光(guang)(guang)電(dian)器(qi)件中，藍色發光(guang)(guang)二(er)極管LED率先實現商(shang)品化生產(chan)成功開發藍光(guang)(guang)LED和(he)LD之(zhi)后，科研方(fang)向轉移(yi)到GaN紫外光(guang)(guang)探(tan)測器(qi)上GaN材(cai)料在微(wei)波功率方(fang)面(mian)也有相當大(da)的(de)(de)(de)應用市(shi)場。氮化鎵(jia)半導(dao)體開關被譽為(wei)半導(dao)體芯(xin)片設(she)計上一個新(xin)的(de)(de)(de)里(li)程(cheng)碑(bei)。美國佛(fo)羅里(li)達(da)大(da)學的(de)(de)(de)科學家已(yi)經(jing)開發出(chu)(chu)一種可用于制造(zao)新(xin)型(xing)電(dian)子開關的(de)(de)(de)重要器(qi)件，這種電(dian)子開關可以(yi)提供平穩、無間斷(duan)電(dian)源。

新(xin)型半(ban)導(dao)體(ti)(ti)材料(liao)在(zai)(zai)工(gong)業方面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)應用(yong)越來(lai)越多(duo)。新(xin)型半(ban)導(dao)體(ti)(ti)材料(liao)表現為其結構穩(wen)定，擁有卓越的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)學(xue)特(te)性，而且(qie)成本低廉，可被用(yong)于(yu)制(zhi)造現代(dai)電(dian)子設備中廣泛使(shi)用(yong)，我(wo)(wo)國(guo)與其他國(guo)家相(xiang)比在(zai)(zai)這(zhe)(zhe)方面(mian)還有著很大一(yi)(yi)部(bu)(bu)分的(de)(de)(de)(de)(de)差距，通常會表現在(zai)(zai)對一(yi)(yi)些基本儀器的(de)(de)(de)(de)(de)制(zhi)作(zuo)和(he)(he)加(jia)工(gong)上(shang)(shang)，近(jin)幾年來(lai)，國(guo)家很多(duo)的(de)(de)(de)(de)(de)部(bu)(bu)門已(yi)經針對我(wo)(wo)國(guo)相(xiang)對于(yu)其他國(guo)家存(cun)在(zai)(zai)的(de)(de)(de)(de)(de)弱勢(shi)，這(zhe)(zhe)一(yi)(yi)方面(mian)統一(yi)(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)組(zu)織了各個方面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)群體(ti)(ti)，對其進(jin)行(xing)(xing)有效的(de)(de)(de)(de)(de)領導(dao)，然(ran)后(hou)共同努力去研(yan)(yan)制(zhi)更(geng)加(jia)高水平的(de)(de)(de)(de)(de)半(ban)導(dao)體(ti)(ti)材料(liao)。這(zhe)(zhe)樣才能夠在(zai)(zai)很大程度(du)上(shang)(shang)適應我(wo)(wo)國(guo)工(gong)業化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)進(jin)步和(he)(he)發(fa)(fa)(fa)展，為我(wo)(wo)國(guo)社會進(jin)步提供更(geng)強(qiang)大的(de)(de)(de)(de)(de)動(dong)力。首先需要(yao)(yao)進(jin)一(yi)(yi)步對超晶格量子阱(jing)材料(liao)進(jin)行(xing)(xing)研(yan)(yan)發(fa)(fa)(fa)，目前我(wo)(wo)國(guo)半(ban)導(dao)體(ti)(ti)材料(liao)在(zai)(zai)這(zhe)(zhe)方面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)(fa)(fa)展背景來(lai)看，應該(gai)在(zai)(zai)很大程度(du)上(shang)(shang)去提高超高亮度(du)，紅綠(lv)藍光(guang)材料(liao)以及(ji)光(guang)通信(xin)材料(liao)，在(zai)(zai)未來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)(fa)(fa)展的(de)(de)(de)(de)(de)主要(yao)(yao)研(yan)(yan)究(jiu)方向上(shang)(shang)，同時要(yao)(yao)根據(ju)市場上(shang)(shang)，更(geng)新(xin)一(yi)(yi)代(dai)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)子器件(jian)以及(ji)電(dian)路等(deng)要(yao)(yao)求進(jin)行(xing)(xing)強(qiang)化(hua)，將(jiang)這(zhe)(zhe)些光(guang)電(dian)子結構的(de)(de)(de)(de)(de)材料(liao)，在(zai)(zai)未來(lai)生產過(guo)程中的(de)(de)(de)(de)(de)需求進(jin)行(xing)(xing)仔細的(de)(de)(de)(de)(de)分析(xi)和(he)(he)探討，然(ran)后(hou)去滿(man)足未來(lai)世界半(ban)導(dao)體(ti)(ti)發(fa)(fa)(fa)展的(de)(de)(de)(de)(de)方向，我(wo)(wo)們(men)需要(yao)(yao)選擇更(geng)加(jia)優化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)布點，然(ran)后(hou)做好相(xiang)關的(de)(de)(de)(de)(de)開發(fa)(fa)(fa)和(he)(he)研(yan)(yan)究(jiu)工(gong)作(zuo)，這(zhe)(zhe)樣將(jiang)各種研(yan)(yan)發(fa)(fa)(fa)機構與企(qi)業之間建立(li)更(geng)好的(de)(de)(de)(de)(de)溝(gou)通機制(zhi)就(jiu)可以在(zai)(zai)很大程度(du)上(shang)(shang)實(shi)現高溫半(ban)導(dao)體(ti)(ti)材料(liao)，更(geng)深一(yi)(yi)步的(de)(de)(de)(de)(de)開發(fa)(fa)(fa)和(he)(he)利用(yong)。