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半導體(ti)指常(chang)溫下導電性能(neng)介于導體(ti)與絕緣體(ti)之間(jian)的材料。

半導體(ti)(ti)在集成電(dian)(dian)路、消費電(dian)(dian)子(zi)、通(tong)信(xin)系統、光(guang)伏發電(dian)(dian)、照明、大功率電(dian)(dian)源轉換等領域(yu)都有應用，如二極管就是采(cai)用半導體(ti)(ti)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)電子產品，如計算機(ji)、移動電話或(huo)是(shi)數(shu)字錄音機(ji)當中的(de)核心單元(yuan)都和半導體有著極為(wei)密切的(de)關(guan)聯。

常見的半導體(ti)材料有硅(gui)、鍺、砷化(hua)鎵等，硅(gui)是各種半導體(ti)材料應用(yong)中最具(ju)有影響力的一種。

物理定義

物質存在的(de)(de)(de)(de)形(xing)式多(duo)種多(duo)樣，固(gu)體(ti)(ti)(ti)、液(ye)體(ti)(ti)(ti)、氣體(ti)(ti)(ti)、等離子體(ti)(ti)(ti)等等。我們通常把導(dao)電(dian)性(xing)差的(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)(cai)料，如煤(mei)、人工(gong)晶體(ti)(ti)(ti)、琥(hu)珀、陶瓷等稱為(wei)絕緣體(ti)(ti)(ti)。而(er)把導(dao)電(dian)性(xing)比較(jiao)好的(de)(de)(de)(de)金屬如金、銀、銅、鐵、錫、鋁等稱為(wei)導(dao)體(ti)(ti)(ti)。可以簡(jian)單的(de)(de)(de)(de)把介于(yu)導(dao)體(ti)(ti)(ti)和絕緣體(ti)(ti)(ti)之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)(cai)料稱為(wei)半導(dao)體(ti)(ti)(ti)。與導(dao)體(ti)(ti)(ti)和絕緣體(ti)(ti)(ti)相比，半導(dao)體(ti)(ti)(ti)材(cai)(cai)(cai)料的(de)(de)(de)(de)發(fa)現是最晚的(de)(de)(de)(de)，直到20世紀30年代，當材(cai)(cai)(cai)料的(de)(de)(de)(de)提(ti)純技術改進以后，半導(dao)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)存在才真正被學術界認可。

半(ban)(ban)導體是指(zhi)在(zai)常(chang)溫下導電性(xing)能介于導體與絕(jue)緣(yuan)體之間(jian)的(de)材(cai)料。半(ban)(ban)導體是指(zhi)一(yi)種導電性(xing)可控，范圍從絕(jue)緣(yuan)體到(dao)(dao)導體之間(jian)的(de)材(cai)料。從科學技術和經濟(ji)發(fa)展的(de)角度來看，半(ban)(ban)導體影(ying)響(xiang)著人們的(de)日(ri)常(chang)工(gong)作(zuo)生(sheng)活，直到(dao)(dao)20世紀(ji)30年代這(zhe)一(yi)材(cai)料才被學界(jie)所認可。

發現歷史

半(ban)導(dao)體(ti)的(de)發(fa)現實際(ji)上(shang)可以追溯到很久(jiu)以前。

1833年，英國(guo)科學家電子學之父法(fa)(fa)拉(la)第最先發(fa)(fa)現(xian)硫(liu)化(hua)銀(yin)的電阻(zu)(zu)(zu)隨著溫度(du)的變(bian)化(hua)情況不同于一般金屬，一般情況下，金屬的電阻(zu)(zu)(zu)隨溫度(du)升高而增(zeng)加(jia)，但法(fa)(fa)拉(la)第發(fa)(fa)現(xian)硫(liu)化(hua)銀(yin)材料的電阻(zu)(zu)(zu)是隨著溫度(du)的上升而降低。這是半導體現(xian)象的首次發(fa)(fa)現(xian)。

不久，1839年法(fa)國(guo)的(de)貝克萊爾發現半導(dao)體和電(dian)解質接觸形成的(de)結，在(zai)光照(zhao)下會(hui)產生一個電(dian)壓，這(zhe)就是后來人們熟知(zhi)的(de)光生伏特效應(ying)，這(zhe)是被(bei)發現的(de)半導(dao)體的(de)第二個特性。

1873年，英國的史密斯發現(xian)硒晶體材料在光照下(xia)電導(dao)增加的光電導(dao)效應(ying)，這是半導(dao)體的第三種特性(xing)。

在(zai)1874年(nian)，德國的(de)(de)布勞恩觀察到某些硫化物(wu)的(de)(de)電(dian)(dian)導與所加電(dian)(dian)場的(de)(de)方(fang)向(xiang)有關，即(ji)它(ta)(ta)的(de)(de)導電(dian)(dian)有方(fang)向(xiang)性，在(zai)它(ta)(ta)兩(liang)端(duan)加一個正(zheng)向(xiang)電(dian)(dian)壓，它(ta)(ta)是(shi)導通的(de)(de)；如果把(ba)電(dian)(dian)壓極性反(fan)過來，它(ta)(ta)就(jiu)不導電(dian)(dian)，這(zhe)就(jiu)是(shi)半導體的(de)(de)整(zheng)流(liu)效應(ying)，也(ye)是(shi)半導體所特(te)(te)有的(de)(de)第四種(zhong)特(te)(te)性。同年(nian)，舒斯特(te)(te)又(you)發現(xian)了(le)銅與氧(yang)化銅的(de)(de)整(zheng)流(liu)效應(ying)。

半(ban)導(dao)體(ti)的這(zhe)(zhe)四個(ge)特性(xing)，雖在1880年(nian)(nian)以(yi)前就先(xian)后被(bei)發現了，但(dan)半(ban)導(dao)體(ti)這(zhe)(zhe)個(ge)名詞大概(gai)到1911年(nian)(nian)才被(bei)考尼白格和(he)維斯(si)首(shou)次使用。而總(zong)結(jie)出半(ban)導(dao)體(ti)的這(zhe)(zhe)四個(ge)特性(xing)一直(zhi)到1947年(nian)(nian)12月才由貝(bei)爾(er)實驗室(shi)完(wan)成(cheng)。

2019年10月(yue)，一(yi)國際科研團隊稱與(yu)傳(chuan)統霍爾(er)測量(liang)中僅獲得3個參數(shu)相比，新技(ji)術在(zai)每個測試光強度(du)下最多(duo)可獲得7個參數(shu)：包(bao)括電(dian)子和空穴的(de)遷移率(lv)；在(zai)光下的(de)載荷子密(mi)度(du)、重組(zu)壽(shou)命、電(dian)子、空穴和雙極性類型的(de)擴散長度(du)。

分類及性能

（1）元(yuan)素(su)半(ban)(ban)(ban)導體(ti)。元(yuan)素(su)半(ban)(ban)(ban)導體(ti)是(shi)指單(dan)一(yi)元(yuan)素(su)構成的(de)半(ban)(ban)(ban)導體(ti)，其中(zhong)對(dui)硅(gui)、硒的(de)研究比(bi)較早。它(ta)是(shi)由相同元(yuan)素(su)組(zu)成的(de)具有半(ban)(ban)(ban)導體(ti)特(te)性(xing)的(de)固(gu)體(ti)材料，容易受到(dao)微量雜(za)質(zhi)和外(wai)界條件(jian)的(de)影(ying)(ying)響而發(fa)生變(bian)化。目前，只有硅(gui)、鍺(zang)性(xing)能(neng)好，運(yun)用的(de)比(bi)較廣，硒在電(dian)(dian)子照明和光(guang)電(dian)(dian)領域中(zhong)應(ying)用。硅(gui)在半(ban)(ban)(ban)導體(ti)工業中(zhong)運(yun)用的(de)多，這主要(yao)受到(dao)二氧化硅(gui)的(de)影(ying)(ying)響，能(neng)夠在器件(jian)制作上形(xing)成掩(yan)膜(mo)，能(neng)夠提高(gao)半(ban)(ban)(ban)導體(ti)器件(jian)的(de)穩(wen)定性(xing)，利于自(zi)動化工業生產。

（2）無(wu)機(ji)合(he)(he)(he)(he)成(cheng)物半(ban)(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)。無(wu)機(ji)合(he)(he)(he)(he)成(cheng)物主要(yao)(yao)是(shi)通過單一元素(su)構成(cheng)半(ban)(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)材(cai)(cai)料(liao)，當然也有(you)多(duo)種(zhong)元素(su)構成(cheng)的(de)半(ban)(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)材(cai)(cai)料(liao)，主要(yao)(yao)的(de)半(ban)(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)性質有(you)I族(zu)(zu)與(yu)(yu)V、VI、VII族(zu)(zu)；II族(zu)(zu)與(yu)(yu)IV、V、VI、VII族(zu)(zu)；III族(zu)(zu)與(yu)(yu)V、VI族(zu)(zu)；IV族(zu)(zu)與(yu)(yu)IV、VI族(zu)(zu);V族(zu)(zu)與(yu)(yu)VI族(zu)(zu)；VI族(zu)(zu)與(yu)(yu)VI族(zu)(zu)的(de)結(jie)合(he)(he)(he)(he)化合(he)(he)(he)(he)物，但(dan)受到(dao)元素(su)的(de)特性和制作方(fang)式的(de)影響(xiang)，不(bu)是(shi)所有(you)的(de)化合(he)(he)(he)(he)物都(dou)能夠(gou)符合(he)(he)(he)(he)半(ban)(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)材(cai)(cai)料(liao)的(de)要(yao)(yao)求。這一半(ban)(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)主要(yao)(yao)運(yun)用到(dao)高速器件中，InP制造的(de)晶體(ti)(ti)管(guan)的(de)速度(du)比其他材(cai)(cai)料(liao)都(dou)高，主要(yao)(yao)運(yun)用到(dao)光電(dian)集成(cheng)電(dian)路、抗核(he)輻(fu)射器件中。對于導(dao)(dao)電(dian)率(lv)高的(de)材(cai)(cai)料(liao)，主要(yao)(yao)用于LED等方(fang)面。

（3）有(you)機合成物(wu)半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)。有(you)機化(hua)合物(wu)是指含分(fen)子(zi)中(zhong)含有(you)碳鍵的(de)化(hua)合物(wu)，把有(you)機化(hua)合物(wu)和碳鍵垂直(zhi)，疊(die)加(jia)(jia)的(de)方式(shi)能夠形(xing)成導(dao)(dao)(dao)帶(dai)，通過化(hua)學的(de)添加(jia)(jia)，能夠讓其進入到能帶(dai)，這(zhe)(zhe)樣(yang)可以(yi)發(fa)生(sheng)電(dian)(dian)導(dao)(dao)(dao)率，從而(er)形(xing)成有(you)機化(hua)合物(wu)半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)。這(zhe)(zhe)一半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)和以(yi)往(wang)的(de)半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)相比，具有(you)成本低(di)、溶(rong)解性(xing)好、材料輕加(jia)(jia)工容易的(de)特點(dian)。可以(yi)通過控制分(fen)子(zi)的(de)方式(shi)來控制導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)性(xing)能，應用(yong)的(de)范圍比較廣，主要用(yong)于(yu)有(you)機薄膜、有(you)機照明(ming)等(deng)方面。

（4）非(fei)晶(jing)(jing)態半(ban)導(dao)體(ti)。它又(you)被叫做無定形半(ban)導(dao)體(ti)或玻(bo)璃(li)半(ban)導(dao)體(ti)，屬于半(ban)導(dao)電(dian)性的(de)(de)一(yi)(yi)類材(cai)料(liao)。非(fei)晶(jing)(jing)半(ban)導(dao)體(ti)和(he)其(qi)他非(fei)晶(jing)(jing)材(cai)料(liao)一(yi)(yi)樣，都(dou)是短程(cheng)有(you)序、長程(cheng)無序結構。它主要(yao)是通過改變原(yuan)(yuan)子(zi)相對(dui)位置，改變原(yuan)(yuan)有(you)的(de)(de)周期性排列(lie)，形成非(fei)晶(jing)(jing)硅。晶(jing)(jing)態和(he)非(fei)晶(jing)(jing)態主要(yao)區別于原(yuan)(yuan)子(zi)排列(lie)是否具有(you)長程(cheng)序。非(fei)晶(jing)(jing)態半(ban)導(dao)體(ti)的(de)(de)性能控(kong)制難，隨著技術的(de)(de)發(fa)明，非(fei)晶(jing)(jing)態半(ban)導(dao)體(ti)開(kai)始使(shi)用。這一(yi)(yi)制作工(gong)(gong)序簡(jian)單，主要(yao)用于工(gong)(gong)程(cheng)類，在光吸收方面有(you)很好的(de)(de)效果，主要(yao)運用到太陽(yang)能電(dian)池和(he)液晶(jing)(jing)顯(xian)示(shi)屏中。

（5）本征(zheng)半導(dao)(dao)(dao)體(ti)：不含雜質且無晶(jing)格缺(que)(que)(que)陷的(de)(de)半導(dao)(dao)(dao)體(ti)稱(cheng)為本征(zheng)半導(dao)(dao)(dao)體(ti)。在極低溫度(du)下(xia)，半導(dao)(dao)(dao)體(ti)的(de)(de)價(jia)(jia)帶(dai)(dai)(dai)(dai)(dai)是滿(man)帶(dai)(dai)(dai)(dai)(dai)，受(shou)到(dao)熱激發(fa)(fa)(fa)后，價(jia)(jia)帶(dai)(dai)(dai)(dai)(dai)中(zhong)的(de)(de)部分電(dian)(dian)(dian)子(zi)會(hui)越過禁帶(dai)(dai)(dai)(dai)(dai)進入能(neng)量(liang)(liang)較(jiao)高(gao)的(de)(de)空(kong)(kong)帶(dai)(dai)(dai)(dai)(dai)，空(kong)(kong)帶(dai)(dai)(dai)(dai)(dai)中(zhong)存在電(dian)(dian)(dian)子(zi)后成(cheng)(cheng)為導(dao)(dao)(dao)帶(dai)(dai)(dai)(dai)(dai)，價(jia)(jia)帶(dai)(dai)(dai)(dai)(dai)中(zhong)缺(que)(que)(que)少(shao)一(yi)(yi)個電(dian)(dian)(dian)子(zi)后形成(cheng)(cheng)一(yi)(yi)個帶(dai)(dai)(dai)(dai)(dai)正(zheng)電(dian)(dian)(dian)的(de)(de)空(kong)(kong)位，稱(cheng)為空(kong)(kong)穴(xue)。空(kong)(kong)穴(xue)導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)并不是實(shi)際(ji)運動，而(er)是一(yi)(yi)種(zhong)等效。電(dian)(dian)(dian)子(zi)導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)時(shi)等電(dian)(dian)(dian)量(liang)(liang)的(de)(de)空(kong)(kong)穴(xue)會(hui)沿其反方向(xiang)運動。它們在外電(dian)(dian)(dian)場作(zuo)用(yong)下(xia)產(chan)生(sheng)(sheng)定(ding)向(xiang)運動而(er)形成(cheng)(cheng)宏(hong)觀電(dian)(dian)(dian)流(liu)，分別(bie)稱(cheng)為電(dian)(dian)(dian)子(zi)導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)和空(kong)(kong)穴(xue)導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)。這種(zhong)由于電(dian)(dian)(dian)子(zi)-空(kong)(kong)穴(xue)對(dui)的(de)(de)產(chan)生(sheng)(sheng)而(er)形成(cheng)(cheng)的(de)(de)混(hun)合型導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)稱(cheng)為本征(zheng)導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)。導(dao)(dao)(dao)帶(dai)(dai)(dai)(dai)(dai)中(zhong)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)會(hui)落入空(kong)(kong)穴(xue)，電(dian)(dian)(dian)子(zi)-空(kong)(kong)穴(xue)對(dui)消失(shi)，稱(cheng)為復合。復合時(shi)釋放出的(de)(de)能(neng)量(liang)(liang)變成(cheng)(cheng)電(dian)(dian)(dian)磁輻射（發(fa)(fa)(fa)光）或晶(jing)格的(de)(de)熱振動能(neng)量(liang)(liang)（發(fa)(fa)(fa)熱）。在一(yi)(yi)定(ding)溫度(du)下(xia)，電(dian)(dian)(dian)子(zi)-空(kong)(kong)穴(xue)對(dui)的(de)(de)產(chan)生(sheng)(sheng)和復合同時(shi)存在并達到(dao)動態平衡，此(ci)時(shi)半導(dao)(dao)(dao)體(ti)具有一(yi)(yi)定(ding)的(de)(de)載流(liu)子(zi)密度(du)，從而(er)具有一(yi)(yi)定(ding)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)阻率(lv)。溫度(du)升(sheng)高(gao)時(shi)，將產(chan)生(sheng)(sheng)更多的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)-空(kong)(kong)穴(xue)對(dui)，載流(liu)子(zi)密度(du)增加，電(dian)(dian)(dian)阻率(lv)減(jian)小。無晶(jing)格缺(que)(que)(que)陷的(de)(de)純凈半導(dao)(dao)(dao)體(ti)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)阻率(lv)較(jiao)大，實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)不多。

應用領域

半導體在集成(cheng)電(dian)路、消費(fei)電(dian)子、通信系(xi)統(tong)、光伏發電(dian)、照明應用、大功率電(dian)源轉換(huan)等領域應用。

光伏應用

半(ban)導(dao)體(ti)材(cai)料(liao)(liao)光生伏特效應是(shi)太(tai)(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)運行的(de)基本原理。現階(jie)段半(ban)導(dao)體(ti)材(cai)料(liao)(liao)的(de)光伏應用已經(jing)成為一大熱門，是(shi)目(mu)前世界上(shang)增長(chang)最快、發展最好的(de)清潔能(neng)源市場。太(tai)(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)的(de)主要制(zhi)作材(cai)料(liao)(liao)是(shi)半(ban)導(dao)體(ti)材(cai)料(liao)(liao)，判斷(duan)太(tai)(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)的(de)優劣(lie)主要的(de)標準(zhun)是(shi)光電(dian)(dian)轉化(hua)率(lv)，光電(dian)(dian)轉化(hua)率(lv)越高，說(shuo)明(ming)太(tai)(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)的(de)工(gong)作效率(lv)越高。根據應用的(de)半(ban)導(dao)體(ti)材(cai)料(liao)(liao)的(de)不(bu)同，太(tai)(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)分為晶體(ti)硅(gui)太(tai)(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)、薄膜(mo)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)以及III-V族(zu)化(hua)合物電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)。

照明應用

LED是建立在(zai)半(ban)導(dao)體晶體管(guan)上的(de)(de)半(ban)導(dao)體發(fa)(fa)光(guang)(guang)二極管(guan)，采用LED技術(shu)半(ban)導(dao)體光(guang)(guang)源(yuan)(yuan)體積小，可以實(shi)現平面封裝(zhuang)，工作時發(fa)(fa)熱(re)量(liang)低、節能(neng)高效(xiao)，產品(pin)壽(shou)命長、反(fan)應速度快，而且綠色(se)環保無污染，還能(neng)開發(fa)(fa)成輕薄短小的(de)(de)產品(pin)，一經(jing)(jing)問世，就迅速普及，成為新一代(dai)的(de)(de)優質(zhi)照明光(guang)(guang)源(yuan)(yuan)，目前已經(jing)(jing)廣泛的(de)(de)運用在(zai)我們的(de)(de)生活中。如(ru)交通指(zhi)示燈、電子產品(pin)的(de)(de)背光(guang)(guang)源(yuan)(yuan)、城市夜景美化光(guang)(guang)源(yuan)(yuan)、室內照明等各個領(ling)域，都有應用。

大功率電源轉換

交流(liu)電(dian)(dian)和(he)(he)直流(liu)電(dian)(dian)的(de)(de)相互轉換(huan)對(dui)于(yu)(yu)電(dian)(dian)器的(de)(de)使(shi)用十(shi)分重要，是(shi)對(dui)電(dian)(dian)器的(de)(de)必要保護(hu)。這就要用到(dao)等電(dian)(dian)源轉換(huan)裝置。碳化硅擊穿電(dian)(dian)壓強度高(gao)，禁帶寬(kuan)度寬(kuan)，熱導性高(gao)，因此(ci)SiC半(ban)導體(ti)器件(jian)(jian)十(shi)分適合應(ying)用在功率密(mi)度和(he)(he)開(kai)關頻(pin)率高(gao)的(de)(de)場合，電(dian)(dian)源裝換(huan)裝置就是(shi)其中之一(yi)。碳化硅元(yuan)件(jian)(jian)在高(gao)溫、高(gao)壓、高(gao)頻(pin)的(de)(de)又(you)一(yi)表現(xian)使(shi)得現(xian)在被廣泛使(shi)用到(dao)深(shen)井鉆探，發(fa)電(dian)(dian)裝置中的(de)(de)逆變(bian)器，電(dian)(dian)氣(qi)混動(dong)汽車的(de)(de)能量轉化器，輕軌(gui)列車牽(qian)引(yin)動(dong)力轉換(huan)等領域(yu)。由于(yu)(yu)SiC本身的(de)(de)優勢(shi)以及(ji)現(xian)階段(duan)行(xing)業對(dui)于(yu)(yu)輕量化、高(gao)轉換(huan)效率的(de)(de)半(ban)導體(ti)材料(liao)需(xu)要，SiC將會取代Si，成為應(ying)用最廣泛的(de)(de)半(ban)導體(ti)材料(liao)。

半導體制冷技術

半(ban)(ban)導(dao)(dao)體制(zhi)冷(leng)技(ji)術(shu)是(shi)目前的(de)制(zhi)冷(leng)技(ji)術(shu)中應用比較(jiao)廣泛的(de)。農作物在溫室大棚中生長中，半(ban)(ban)導(dao)(dao)體制(zhi)冷(leng)技(ji)術(shu)可(ke)以對(dui)(dui)環境(jing)溫度有(you)(you)效控制(zhi)，特別是(shi)一些對(dui)(dui)環境(jing)具(ju)有(you)(you)很高要求的(de)植(zhi)物，采用半(ban)(ban)導(dao)(dao)體制(zhi)冷(leng)技(ji)術(shu)塑造生長環境(jing)，可(ke)以促進植(zhi)物的(de)生長。半(ban)(ban)導(dao)(dao)體制(zhi)冷(leng)技(ji)術(shu)具(ju)有(you)(you)可(ke)逆性，可(ke)以用于制(zhi)冷(leng)，也可(ke)以用于制(zhi)熱(re)，對(dui)(dui)環境(jing)溫度的(de)調節具(ju)有(you)(you)良好的(de)效果。

運行原理

半(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)(dao)體制(zhi)冷技術(shu)的(de)(de)(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)(yong)原(yuan)理(li)是(shi)(shi)(shi)建立在(zai)(zai)(zai)帕(pa)爾(er)(er)帖(tie)原(yuan)理(li)的(de)(de)(de)(de)基礎上的(de)(de)(de)(de)。1834年，法國科學家帕(pa)爾(er)(er)帖(tie)發現(xian)了半(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)(dao)體制(zhi)冷作用(yong)(yong)(yong)。帕(pa)爾(er)(er)貼(tie)原(yuan)理(li)又被(bei)稱為(wei)是(shi)(shi)(shi)”帕(pa)爾(er)(er)貼(tie)效(xiao)(xiao)益(yi)“，就(jiu)是(shi)(shi)(shi)將兩種不(bu)同的(de)(de)(de)(de)導(dao)(dao)(dao)(dao)體充(chong)分運(yun)用(yong)(yong)(yong)起來，使用(yong)(yong)(yong)A和B組成的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)路，通入直流(liu)電(dian)(dian)，在(zai)(zai)(zai)電(dian)(dian)路的(de)(de)(de)(de)接(jie)頭處可以(yi)產(chan)生焦耳熱(re)(re)，同時(shi)還會釋放(fang)出一些(xie)其它(ta)的(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)量(liang)，此時(shi)就(jiu)會發現(xian)，另一個(ge)接(jie)頭處不(bu)是(shi)(shi)(shi)在(zai)(zai)(zai)釋放(fang)熱(re)(re)量(liang)，而(er)是(shi)(shi)(shi)在(zai)(zai)(zai)吸收熱(re)(re)量(liang)。這種現(xian)象(xiang)是(shi)(shi)(shi)可逆的(de)(de)(de)(de)，只(zhi)要(yao)(yao)(yao)對電(dian)(dian)流(liu)的(de)(de)(de)(de)方向進行(xing)改變，放(fang)熱(re)(re)和吸熱(re)(re)的(de)(de)(de)(de)運(yun)行(xing)就(jiu)可以(yi)進行(xing)調節，電(dian)(dian)流(liu)的(de)(de)(de)(de)強度與吸收的(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)量(liang)和放(fang)出的(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)量(liang)之間(jian)存在(zai)(zai)(zai)正(zheng)比(bi)例關系，與半(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)(dao)體自身所具(ju)備(bei)的(de)(de)(de)(de)性質也存在(zai)(zai)(zai)關系。由于金屬材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)帕(pa)爾(er)(er)帖(tie)效(xiao)(xiao)應(ying)是(shi)(shi)(shi)相對較(jiao)弱的(de)(de)(de)(de)，而(er)半(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)(dao)體材(cai)料(liao)(liao)基于帕(pa)爾(er)(er)帖(tie)原(yuan)理(li)運(yun)行(xing)，所產(chan)生的(de)(de)(de)(de)效(xiao)(xiao)應(ying)也會更強一些(xie)，所以(yi)，在(zai)(zai)(zai)制(zhi)冷的(de)(de)(de)(de)材(cai)料(liao)(liao)中(zhong)，半(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)(dao)體就(jiu)成為(wei)了主要(yao)(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)原(yuan)料(liao)(liao)。但是(shi)(shi)(shi)，對于這種材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)使用(yong)(yong)(yong)中(zhong)，需要(yao)(yao)(yao)注意多數(shu)的(de)(de)(de)(de)半(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)(dao)體材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)無(wu)量(liang)綱值接(jie)近1，比(bi)固體理(li)論(lun)模型要(yao)(yao)(yao)低一些(xie)，在(zai)(zai)(zai)實際數(shu)據(ju)的(de)(de)(de)(de)計算(suan)上所獲得的(de)(de)(de)(de)結(jie)果是(shi)(shi)(shi)4，所以(yi)，對于半(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)(dao)體材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)(yong)中(zhong)，要(yao)(yao)(yao)使得半(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)(dao)體制(zhi)冷技術(shu)合理(li)運(yun)用(yong)(yong)(yong)，就(jiu)要(yao)(yao)(yao)深入研究。

應用策略

半導體制(zhi)冷技(ji)術已(yi)經廣(guang)泛應(ying)用(yong)在醫(yi)藥(yao)領域中，工(gong)業領域中，即便是(shi)日常生活中也(ye)得以(yi)應(ying)用(yong)，所以(yi)，該(gai)技(ji)術是(shi)有(you)非常重要(yao)的發展前(qian)景的。

例如，將(jiang)導體制冷技術用(yong)于現代的(de)各種制冷設備中(zhong)，諸如冰箱(xiang)、空調等(deng)等(deng)，都(dou)可(ke)以配置電子冷卻器。半導體冰箱(xiang)就是使(shi)用(yong)了半導體制冷技術。在具體的(de)應(ying)用(yong)中(zhong)，可(ke)以根(gen)據不同客(ke)戶的(de)需要(yao)使(shi)用(yong)，以更好地(di)滿足(zu)客(ke)戶的(de)要(yao)求(qiu)。

不同數(shu)量(liang)的(de)(de)(de)(de)半導(dao)體制(zhi)(zhi)冷芯片，在連接(jie)的(de)(de)(de)(de)過程(cheng)中可以根據需要(yao)(yao)采用(yong)并聯的(de)(de)(de)(de)方式(shi)或(huo)串(chuan)聯的(de)(de)(de)(de)方式(shi)，放置在合適(shi)的(de)(de)(de)(de)位置就(jiu)可以發揮作用(yong)。二十世紀50年代，前(qian)蘇聯開發了(le)一種小型模型冰(bing)箱(xiang)(xiang)(xiang)，只有10升(sheng)的(de)(de)(de)(de)容量(liang)，冰(bing)箱(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)體積非(fei)常小，使用(yong)便利。日本研制(zhi)(zhi)出(chu)一種冰(bing)箱(xiang)(xiang)(xiang)，是專(zhuan)門用(yong)于(yu)(yu)(yu)儲(chu)存紅(hong)酒的(de)(de)(de)(de)。對于(yu)(yu)(yu)溫(wen)度要(yao)(yao)嚴格控制(zhi)(zhi)，應用(yong)半導(dao)體制(zhi)(zhi)冷技(ji)術就(jiu)可以滿足冰(bing)箱(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)制(zhi)(zhi)冷要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)。隨著社會的(de)(de)(de)(de)不斷發展，人們(men)在追求(qiu)(qiu)生活(huo)質(zhi)量(liang)的(de)(de)(de)(de)同時(shi)，對于(yu)(yu)(yu)制(zhi)(zhi)冷設備的(de)(de)(de)(de)要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)也越來越高。當(dang)人們(men)使用(yong)半導(dao)體冰(bing)箱(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)時(shi)候，就(jiu)會發現(xian)這(zhe)種冰(bing)箱(xiang)(xiang)(xiang)比傳統冰(bing)箱(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)耗電量(liang)更(geng)低一些，甚至(zhi)可以達到20%，節(jie)能效果良好。

使用(yong)半(ban)導(dao)(dao)體(ti)空(kong)調，與日常生活(huo)中(zhong)(zhong)使用(yong)的(de)(de)空(kong)調不同，而是(shi)應用(yong)于(yu)特殊場所中(zhong)(zhong)，諸如機(ji)艙、潛(qian)艇(ting)等等。采用(yong)相對穩定的(de)(de)制(zhi)冷技(ji)術，不僅可(ke)以(yi)(yi)保證快速制(zhi)冷，而且可(ke)能夠滿足半(ban)導(dao)(dao)體(ti)制(zhi)冷技(ji)術的(de)(de)各項要(yao)(yao)(yao)求。一些美國公司(si)發現(xian)半(ban)導(dao)(dao)體(ti)制(zhi)冷技(ji)術還有(you)一個重要(yao)(yao)(yao)的(de)(de)功能，就(jiu)是(shi)在(zai)有(you)源(yuan)電池中(zhong)(zhong)合(he)理應用(yong)，就(jiu)可(ke)以(yi)(yi)確保電源(yuan)持(chi)續供應，可(ke)以(yi)(yi)超過8小(xiao)時(shi)。在(zai)汽(qi)車制(zhi)冷設備中(zhong)(zhong)，半(ban)導(dao)(dao)體(ti)制(zhi)冷技(ji)術也得到應用(yong)。包括(kuo)農業、天文學以(yi)(yi)及醫學領域，半(ban)導(dao)(dao)體(ti)制(zhi)冷技(ji)術也發揮著重要(yao)(yao)(yao)的(de)(de)作用(yong)。

難點以及所存在的問題

（一）半導體制(zhi)冷技術的難(nan)點

半(ban)導體制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)的(de)(de)(de)(de)過程中會(hui)(hui)涉及到很(hen)多的(de)(de)(de)(de)參(can)數，而且(qie)條件是復雜多變的(de)(de)(de)(de)。任何一個(ge)參(can)數對冷(leng)卻效(xiao)果都(dou)會(hui)(hui)產生(sheng)影響(xiang)。實驗(yan)室研究(jiu)中，由于難(nan)以滿足(zu)規定的(de)(de)(de)(de)噪聲，就需要對實驗(yan)室環(huan)境進行研究(jiu)，但是一些影響(xiang)因素的(de)(de)(de)(de)探討是存(cun)在難(nan)度的(de)(de)(de)(de)。半(ban)導體制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)技(ji)術(shu)是基于粒(li)子效(xiao)應的(de)(de)(de)(de)制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)技(ji)術(shu)，具有可逆(ni)性。所以，在制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)技(ji)術(shu)的(de)(de)(de)(de)應用過程中，冷(leng)熱端就會(hui)(hui)產生(sheng)很(hen)大(da)的(de)(de)(de)(de)溫(wen)差，對制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)效(xiao)果必然會(hui)(hui)產生(sheng)影響(xiang)。

（二）半(ban)導體制冷技術所存在(zai)的(de)問(wen)題

其(qi)一(yi)，半導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)材料(liao)的(de)優質系(xi)數不(bu)能夠根據需(xu)要得到(dao)進一(yi)步的(de)提升，這就必(bi)然會對(dui)半導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)制冷(leng)(leng)(leng)(leng)技(ji)術(shu)(shu)(shu)的(de)應(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)造成影響(xiang)。其(qi)二，對(dui)冷(leng)(leng)(leng)(leng)端(duan)散(san)熱系(xi)統和熱端(duan)散(san)熱系(xi)統進行優化設計，但(dan)是在(zai)技(ji)術(shu)(shu)(shu)上沒(mei)(mei)有升級(ji)，依然處(chu)于理論(lun)階段，沒(mei)(mei)有在(zai)應(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)中(zhong)更好(hao)地發(fa)揮(hui)作用(yong)(yong)(yong)(yong)，這就導(dao)(dao)(dao)致半導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)制冷(leng)(leng)(leng)(leng)技(ji)術(shu)(shu)(shu)不(bu)能夠根據應(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)需(xu)要予(yu)以(yi)提升。其(qi)三，半導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)制冷(leng)(leng)(leng)(leng)技(ji)術(shu)(shu)(shu)對(dui)于其(qi)他領(ling)域(yu)以(yi)及(ji)相關領(ling)域(yu)的(de)應(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)存在(zai)局(ju)限(xian)性，所以(yi)，半導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)制冷(leng)(leng)(leng)(leng)技(ji)術(shu)(shu)(shu)使(shi)用(yong)(yong)(yong)(yong)很少(shao)，對(dui)于半導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)制冷(leng)(leng)(leng)(leng)技(ji)術(shu)(shu)(shu)的(de)研究沒(mei)(mei)有從應(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)的(de)角(jiao)度出(chu)發(fa)，就難(nan)以(yi)在(zai)技(ji)術(shu)(shu)(shu)上擴展(zhan)。其(qi)四，市(shi)場經濟(ji)環境中(zhong)，科學(xue)技(ji)術(shu)(shu)(shu)的(de)發(fa)展(zhan)，半導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)制冷(leng)(leng)(leng)(leng)技(ji)術(shu)(shu)(shu)要獲得發(fa)展(zhan)，需(xu)要考慮(lv)多(duo)方面的(de)問(wen)題。重(zhong)視半導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)制冷(leng)(leng)(leng)(leng)技(ji)術(shu)(shu)(shu)的(de)應(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)，還要考慮(lv)各種影響(xiang)因素(su)，使(shi)得該(gai)技(ji)術(shu)(shu)(shu)更好(hao)地發(fa)揮(hui)作用(yong)(yong)(yong)(yong)。

未來發展

以(yi)GaN（氮(dan)化鎵）為(wei)代表的(de)(de)(de)第三代半導體(ti)(ti)材(cai)料(liao)及器(qi)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)開(kai)發(fa)是新興半導體(ti)(ti)產(chan)業的(de)(de)(de)核心和(he)基礎，其(qi)研(yan)究開(kai)發(fa)呈現(xian)出日新月異的(de)(de)(de)發(fa)展勢態(tai)。GaN基光(guang)電(dian)器(qi)件(jian)(jian)中(zhong)，藍色發(fa)光(guang)二極管LED率先實現(xian)商品化生產(chan)成功開(kai)發(fa)藍光(guang)LED和(he)LD之后，科研(yan)方向轉移到GaN紫外光(guang)探測器(qi)上GaN材(cai)料(liao)在微波功率方面也(ye)有(you)相當大的(de)(de)(de)應用市場。氮(dan)化鎵半導體(ti)(ti)開(kai)關被譽為(wei)半導體(ti)(ti)芯片設(she)計上一(yi)(yi)個新的(de)(de)(de)里程(cheng)碑。美(mei)國(guo)佛(fo)羅里達大學(xue)的(de)(de)(de)科學(xue)家已經開(kai)發(fa)出一(yi)(yi)種可(ke)用于(yu)制造新型電(dian)子(zi)開(kai)關的(de)(de)(de)重要(yao)器(qi)件(jian)(jian)，這種電(dian)子(zi)開(kai)關可(ke)以(yi)提供平(ping)穩(wen)、無間斷(duan)電(dian)源。

新型(xing)半導(dao)(dao)(dao)體(ti)材(cai)(cai)料(liao)在工業方面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)用(yong)越(yue)來(lai)越(yue)多。新型(xing)半導(dao)(dao)(dao)體(ti)材(cai)(cai)料(liao)表現為(wei)其結(jie)構穩(wen)定，擁有卓越(yue)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)學特性，而(er)且成本(ben)低廉，可被用(yong)于制(zhi)(zhi)(zhi)造現代電(dian)子(zi)設備中廣泛使用(yong)，我(wo)(wo)國與(yu)(yu)其他(ta)國家(jia)相比在這(zhe)方面(mian)還有著很大(da)(da)一(yi)部分的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)差距，通常會表現在對(dui)一(yi)些基本(ben)儀器的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)制(zhi)(zhi)(zhi)作和(he)加(jia)工上(shang)(shang)，近(jin)幾年來(lai)，國家(jia)很多的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)部門已經針(zhen)對(dui)我(wo)(wo)國相對(dui)于其他(ta)國家(jia)存在的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)弱勢，這(zhe)一(yi)方面(mian)統(tong)一(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)組織了各個方面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)群(qun)體(ti)，對(dui)其進(jin)行(xing)有效的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)領導(dao)(dao)(dao)，然(ran)后共同努力去研(yan)(yan)制(zhi)(zhi)(zhi)更加(jia)高(gao)水平的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)半導(dao)(dao)(dao)體(ti)材(cai)(cai)料(liao)。這(zhe)樣(yang)才(cai)能夠在很大(da)(da)程度上(shang)(shang)適應(ying)我(wo)(wo)國工業化的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)進(jin)步(bu)和(he)發(fa)展(zhan)，為(wei)我(wo)(wo)國社(she)會進(jin)步(bu)提供更強大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)動力。首先需要(yao)進(jin)一(yi)步(bu)對(dui)超晶格量子(zi)阱(jing)材(cai)(cai)料(liao)進(jin)行(xing)研(yan)(yan)發(fa)，目(mu)前我(wo)(wo)國半導(dao)(dao)(dao)體(ti)材(cai)(cai)料(liao)在這(zhe)方面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)展(zhan)背景來(lai)看，應(ying)該(gai)在很大(da)(da)程度上(shang)(shang)去提高(gao)超高(gao)亮(liang)度，紅綠藍光(guang)材(cai)(cai)料(liao)以(yi)(yi)及光(guang)通信材(cai)(cai)料(liao)，在未來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)展(zhan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)主(zhu)要(yao)研(yan)(yan)究方向上(shang)(shang)，同時要(yao)根據市(shi)場上(shang)(shang)，更新一(yi)代的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)子(zi)器件以(yi)(yi)及電(dian)路等要(yao)求進(jin)行(xing)強化，將這(zhe)些光(guang)電(dian)子(zi)結(jie)構的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)，在未來(lai)生產過程中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)需求進(jin)行(xing)仔細的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)分析和(he)探討，然(ran)后去滿足未來(lai)世界半導(dao)(dao)(dao)體(ti)發(fa)展(zhan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方向，我(wo)(wo)們需要(yao)選擇(ze)更加(jia)優化的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)布點(dian)，然(ran)后做好相關的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)開發(fa)和(he)研(yan)(yan)究工作，這(zhe)樣(yang)將各種研(yan)(yan)發(fa)機構與(yu)(yu)企(qi)業之間(jian)建立(li)更好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溝通機制(zhi)(zhi)(zhi)就可以(yi)(yi)在很大(da)(da)程度上(shang)(shang)實現高(gao)溫半導(dao)(dao)(dao)體(ti)材(cai)(cai)料(liao)，更深一(yi)步(bu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)開發(fa)和(he)利用(yong)。