半導(dǎo)體是什么？

舉個(gè)例子，我們都知道金屬銅是導(dǎo)體，觀察它的原子結(jié)構(gòu)圖就會(huì)發(fā)現(xiàn)它的最外層只有一個(gè)電子，我們把這個(gè)電子稱為價(jià)電子，因?yàn)樵雍伺c價(jià)電子之間的吸引力較小，所以一旦受到外力吸引，這個(gè)電子就很容易脫離銅原子，成為一個(gè)自由電子，這也是銅能夠成為導(dǎo)體的主要原因。同理，觀察絕緣體的原子結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，它們通常擁有八個(gè)加電子，極其穩(wěn)定。顧名思義，半導(dǎo)體應(yīng)介于二者之間。

那么它的原子結(jié)構(gòu)又是怎么樣的呢？

觀察元素周期表就可以發(fā)現(xiàn)，在導(dǎo)體和絕緣體的分界線附近的元素就是制作半導(dǎo)體的重要材料。硅元素當(dāng)然是最有影響力的一個(gè)，觀察原子結(jié)構(gòu)圖就會(huì)發(fā)現(xiàn)它的最外層有四個(gè)電子。要想達(dá)到平衡狀態(tài)，不是舍棄四個(gè)電子，就是在拉攏四個(gè)電子，而硅原子在排列時(shí)巧妙的共享了上下左右四個(gè)電子，手拉著手組成了穩(wěn)定八電子結(jié)構(gòu)，也就是共價(jià)鍵。

那么硅的導(dǎo)電性又從何而來呢？

當(dāng)溫度大于絕對(duì)零度時(shí)，處于架帶的電子就可能發(fā)生躍遷，變成自由電子，同時(shí)原來的位置上就會(huì)形成一個(gè)空穴，也就是說硅晶體內(nèi)會(huì)存在等量的自由電子和空穴，它們都可以起到導(dǎo)電的作用，這就是純凈半導(dǎo)體，也叫做本征半導(dǎo)體。它的結(jié)構(gòu)雖然完美，但是想要增加半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力，還需要摻雜其他元素。當(dāng)我們把硅原子替換成五價(jià)磷原子時(shí)，就可以提高自由電子的濃度，得到N型半導(dǎo)體。同理，如果用最外層只有三個(gè)電子的硼原子替換硅原子，提高空學(xué)的濃度，就可以得到梯形半導(dǎo)體。

那么把這兩種類型的半導(dǎo)體連接在一起會(huì)發(fā)生什么呢？N區(qū)的電子迫切的想擴(kuò)散到P區(qū)，P區(qū)空穴拼命想要擴(kuò)散到N區(qū)，這時(shí)就會(huì)形成一個(gè)由N指向P的內(nèi)電場，阻止擴(kuò)散進(jìn)行。在二者達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡之后，就會(huì)在交界面形成一個(gè)空間電荷區(qū)，這就是PN節(jié)。PN節(jié)具有單向?qū)щ娦?，我們常見的二極管便是利用這個(gè)特性制成的。而利用太陽光照射PN節(jié)就會(huì)激發(fā)產(chǎn)生電子空穴對(duì)經(jīng)過界面層的電荷分離，就會(huì)形成一個(gè)由P指向N的光生電場，這就是光生伏特效應(yīng)，也是太陽能電池的基本原理。

什么是半導(dǎo)體卡脖子難題？

芯片，簡單來說就是用半導(dǎo)體材料制成的集成電路。

芯片是信息產(chǎn)業(yè)最重要的部件，手機(jī)、電腦、汽車、高鐵、電網(wǎng)……這些領(lǐng)域都需要用到大量的芯片，可以說只要涉及到信息的地方就需要芯片。但是常用的電腦核心芯片、高端手機(jī)核心芯片、視頻系統(tǒng)中顯示驅(qū)動(dòng)芯片、數(shù)字信號(hào)處理設(shè)備芯片，以及可編程邏輯設(shè)備核心芯片等，都是我們目前還造不出來的高端芯片，幾乎完全依賴進(jìn)口。由于我們對(duì)外部市場的高依存度及短期內(nèi)難以突破的技術(shù)壁壘，被“卡脖子”時(shí)尤為被動(dòng)。

我們知道，國內(nèi)芯片常遭美國“卡脖子”的技術(shù)主要涉及三方面，一是制程工藝；二是裝備/材料；三是設(shè)計(jì)IP核/EDA工具。

不過從長期來看，中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有產(chǎn)業(yè)集群優(yōu)勢、成本優(yōu)勢、市場規(guī)模等優(yōu)勢，在進(jìn)口替代和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的驅(qū)動(dòng)下，中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的前景是光明的。因?yàn)榘l(fā)展高科技產(chǎn)業(yè)既是中國產(chǎn)業(yè)升級(jí)的方向，也是中國人民追求美好生活的必經(jīng)之路，而半導(dǎo)體是發(fā)展科技產(chǎn)業(yè)無法邁過的基礎(chǔ)性行業(yè)。