半導體是什麼？晶片為什麼和半導體密不可分？為啥光刻機如此重要

前段時間有人留言，想了解半導體究竟是什麼，和導體絕緣體有什麼關係？然後羅叔做了調查，發現大多數人，一聽到半導體這個名字的時候，第一時間想到的就是半導體產業，但要他們說一下半導體到底是什麼，又說不出個所以然。因此本篇影片就來給大家介紹，半導體的“前世今生”。

半導體是什麼？晶片為什麼和半導體密不可分？為啥光刻機如此重要

學過物理的朋友應該都知道，導體就是指非常容易導電的物質，像銅、鋁、鐵等金屬都是導體，水和潮溼的土地也是導體，絕緣體就是不能導電的物質，像玻璃、橡膠等都是絕緣體。而半導體，顧名思義，就是介於導體和絕緣體之間的一種物質，它的導電性處於人類可控的一種狀態。

半導體是什麼？晶片為什麼和半導體密不可分？為啥光刻機如此重要

很長的一段時間裡，人們都以為世界上的物質要麼是能導電的，要麼是不能導電的。直到1833年，法拉第首次發現，硫化銀的電阻效能不同於其他金屬，一般的金屬電阻是隨著溫度升高而增加，但硫化銀的電阻卻是隨著溫度上升而降低。

半導體是什麼？晶片為什麼和半導體密不可分？為啥光刻機如此重要

6年後，法國的貝克萊爾又發現，半導體和電解質接觸形成的結，在光照下會產生一個電壓，這就是光伏特效應。然後在30多年後，科學家又發現，光照變化會引起半導體材料，電導變化的現象，即光電導效應，和半導體材料的導電具有方向性，即整流效應，至此半導體的4個主要特性相繼被發現。

不過當時的人們並不知道，這些材料是半導體，也沒有對半導體的特性進行總結。半導體這個名詞是直到1911年，才被考尼白格和維斯首次使用，四個特性更是直到1947年，才被貝爾實驗室總結出來。不過可別小看半導體這四個特性，正是因為它們的存在，由半導體產業創造的資訊社會才會出現。

半導體是什麼？晶片為什麼和半導體密不可分？為啥光刻機如此重要

在學術界的認知裡，半導體主要由四個部分組成，積體電路，光電器件，分立器件，感測器，不過因為積體電路佔了其中的80%，所以外行人一般將積體電路看做半導體。而在整合電路里，又分為微處理器、儲存器、邏輯器件，以及模擬器件，這些類似於小盒子的東西，其實就是我們俗稱的晶片。看過羅叔影片的朋友可能知道，晶片是由電晶體組成的，但如果從材料學的意義上來講，其實電晶體全部全部是由，半導體材料製造的。

半導體是什麼？晶片為什麼和半導體密不可分？為啥光刻機如此重要

相信大家都知道，手機和電腦等裝置我們一般叫做電子產品，但很少有人想過為什麼，其實就是因為它的整個執行原理，都離不開電子。可能你要問，導體裡面也有大量的電子，為啥不用它呢？這就不得不提到我們前面說的，半導體的第一個特性，它的電阻是隨著溫度的上升而降低的，這是什麼意思呢？

普通的金屬溫度一旦升高，內部震動就會隨之加強，電阻也會增大，這時電子執行就會遇到阻礙，而半導體材料則相反，它是隨著溫度升高電阻反而降低，所以電子的執行基本不會受到影響，這個時候電晶體就可以流暢地控制電訊號，從而完成一整套的電路邏輯。

半導體是什麼？晶片為什麼和半導體密不可分？為啥光刻機如此重要

有人可能會問了，為啥是光來雕刻晶片上的電路呢？光導電效應和光伏特效應，也沒應用在晶片工藝上啊，前面我們也說了，半導體和光有特殊關係，不僅有光伏特效應，也有光電導效應，這是什麼意思呢？光伏特效應其實就是，半導體材料在光的照射下，會將光子轉換成電子，太陽能電池板就是運用這個原理，雖然一般人認為它和晶片沒什麼關係，但半導體材料和光的關係，在這裡體現得淋漓盡致，而光電導效應就是指光照越強，光電導材料的電阻率就會越小。如果在低溫條件下，由它製造的元器件就可以透過，中遠紅外輻射進行探測。

半導體是什麼？晶片為什麼和半導體密不可分？為啥光刻機如此重要

雖然不知道光刻機的作用，是不是也是這個原理，但羅叔在以前的影片裡介紹過，晶片在製造的時候，一般先將半導體進行切割，這些片狀的物體叫做晶圓，晶圓經過熱處理以後，會得到半導體的氧化物，這時在上面塗上一層光阻物質，也就是光刻膠，就可以透過紫外線，將複雜的電路結構圖刻畫在晶圓上，這個過程是極其複雜難做的。後來科學家經過研究，發現使用極紫外線照射半導體材料後，晶片的儲存容量會出現增長，其速度也比原來快100倍。

半導體是什麼？晶片為什麼和半導體密不可分？為啥光刻機如此重要

而用光來“雕刻”其實涉及到了雕刻工藝，目前的積體電路製造，一般是在幾平方釐米的面積上，造出成千上萬的電晶體，而每個器件的結構也相當微小和複雜，要在上面雕刻電路，只用透過光來實現，而波長越短的光，刻蝕到半導體材料上的電晶體就越多，因此光刻機對晶片製造來說，是極其關鍵的一步。張眼看世界，羅叔聊風雲，喜歡的朋友記得點個關注。