半导体技术的快速发展

尽管有种种挑战，半导体技术还是不断地往前进步。分析其主要原因，总括来说有下列几项。

先天上，硅这个元素和相关的化合物性质非常好，包括物理、化学及电方面的特性。利用硅及相关材料组成的所谓金属氧化物半导体场效晶体管，做为开关组件非常好用。此外，因为性能优异，轻、薄、短、小，加上便宜，所以应用范围很广，可以用来做各种控制。换言之，市场需求很大，除了各种产业都有需要外，新兴的所谓 3C 产业，更是以 IC 为主角。

因为需求量大，自然吸引大量的人才与资源投入新技术与产品的研发。产业庞大，分工也越来越细。半导体产业可分成几个次领域，每个次领域也都非常庞大，譬如 IC 设计、光罩制作、半导体制造、封装与测试等。其它配合产业还包括半导体设备、半导体原料等，可说是一个火车头工业。

因为投入者众，竞争也剧烈，进展迅速，造成良性循环。一个普遍现象是各大学电机、电子方面的课程越来越多，分组越细，并且陆续从工学院中独立成电机电子与信息方面的学院。其它产业也纷纷寻求在半导体产业中的应用，这在全世界已经变成一种普遍的趋势。

总而言之，半导体技术已经从微米进步到纳米尺度，微电子已经被纳米电子所取代。半导体的纳米技术可以代表以下几层意义：它是唯一由上而下，采用微缩方式的纳米技术；虽然没有革命性或戏剧性的突破，但整个过程可以说就是一个不断进步的历程，这种动力预期还会持续一、二十年。

此外，组件会变得更小，IC 的整合度更大，功能更强，价格也更便宜。未来的应用范围会更多，市场需求也会持续增加。像高速个人计算机、个人数字助理、手机、数字相机等等，都是近几年来因为 IC 技术的发展，有了快速的 IC 与高密度的内存后产生的新应用。由于技术挑战越来越大，投入新技术开发所需的资源规模也会越来越大，因此预期会有更大的就业市场与研发人才的需求。

半导体器件有许多封装型式，从DIP、SOP、QFP、PGA、BGA到CSP再到SIP，技术指标一代比一代先进，这些都是前人根据当时的组装技术和市场需求而研制的。总体说来，它大概有三次重大的革新：第一次是在上世纪80年代从引脚插入式封装到表面贴片封装，极大地提高了印刷电路板上的组装密度；第二次是在上世纪90年代球型矩正封装的出现，它不但满足了市场高引脚的需求，而且大大地改善了半导体器件的性能；晶片级封装、系统封装、芯片级封装是第三次革新的产物，其目的就是将封装减到最小。每一种封装都有其独特的地方，即其优点和不足之处，而所用的封装材料，封装设备，封装技术根据其需要而有所不同。驱动半导体封装形式不断发展的动力是其价格和性能。

因为超导体没有电阻，在电流流过时就不会因为发热而损失电能，因此采用超导电线可以实现远距离无损耗输电，这样电站就可以远离居住区，使我们的生活区更加洁净。 超导体中每平方厘米可以流过几十万安培的强大电流，因而可产生很强的磁场而且消耗的电能很少。日本用超导体产生17。5万高斯的强磁场，加上冷却用电也仅为15KW。这种强磁场是实现受控热核反应的关键之一。 用超导体制成的超导发电机的功率可比目前发电机高100倍以上；超导磁悬浮列车的时速每小时已达550公里；高速超导电子计算机的计算速度每秒可达几百亿次以上。 超导体有可能为我们这个世界带来新的技术革命，所以目前世界各国都把超导研究列为重点攻关项目，以期早日迈入超导时代。迄今为止，已有8位科学家因为研究超导体而获得了诺贝尔奖。 半导体材料 我们日常用的铜、铁、铝等，都很容易导电，因而叫做导体；而橡胶、塑料等几乎不导电，因而叫做绝缘体。如果某物质不是导体，那它就一定是绝缘体吗？答案是否定的。在导体和绝缘体之间还存在大量半导体，其导电能力居中，并且随温度升高而增大，随温度下降而减小。 半导体分三种：本征半导体、p型半导体和n型半导体。 不含杂质的纯净半导体叫本征半导体，它的导电能力很差。为了提高纯质半导体的导电能力，常常在本征半导体中掺入少量杂质。如在硅中掺入硼，硅原子周围就形成可移动的空穴，这就是P型半导体；如果在硅中掺入磷， 材料中就会出现多余电子，这就是n型半导体。它们各有自己的特性，常常联合使用。人们为了获得所需要的半导体，就必须制得纯净的本征半导体。 目前，人们所获得硅的纯度已达14个9，即99。999999999999％。这是人类材料史上的一个奇迹。 半导体材料有许多奇妙用途，在各个领域发挥重要的作用，无论是收音机、电视机，还是大型计算机、工业电气化系统，都离不开半导体材料。 半导体材料是制造电子元件的主要材料，而我们用的收音机、电视机、电子游戏机以及工业用的电子计算机、机器人等，都是由无数的电子元件构成的。半导体材料制成的电子元件不仅功能强、效果好，而且重量轻、寿命长、耗电省。1946年，美国研制出世界上第一台电子计算机，使用了18000个真空电子管，1500个继电器，重量达30吨，占地面积170平方米，真是一个庞然大物。而现在运算速度比它快得多的微型计算机，还没有一张书桌大。 电子元件的发展已经历了四个时代，1947年美国的布拉坦和同事制成了晶体管，这是第一代。晶体管因性能优于电子管而被广泛使用。1962年，在一小块硅片上制成了几个元件组成一个小型电路，这就是小型集成电路。集成电路体积小而功能大，因而迅速发展起来。1965年发展到中规模集成电路，指甲大的一块硅片上可制作上百个元件。1968年出现了大规模集成电路，在5～7平方毫米的硅片上制成了上万个元件。1979年日本在6平方毫米的硅片上制成了15万个元件，这就是超大规模集成电路。目前人们正在研制三维集成电路。前几代集成电路都是平面式的，像一排排的平房。而三维集成电路则像高楼大厦，在一层元件上再重叠一层元件，这样，每个元件与周围元件的联络构成一个空间网络，便于信息的传递和处理。用这种三维集成电路也许可以模拟人脑的思维，如果是这样，那么我们就可以制造出会思考、会自行解决问题的机器人了。 半导体材料具有良好的光电转换效应，是制造光电电池的好材料。有了廉价高效的光电电池，我们才能充分利用清洁的太阳能。有些半导体材料的温差电动势很大，能直接把热能转换为电能。这种温差发电机适用于缺电的边远地区。在宇宙飞行器、导航设备上也用到它。 半导体材料还用于制造激光器。激光方向性好，能量集中，在现代各个行业都得到广泛应用。大功率的激光武器为各国所重视。用半导体制成的发光二极管，在光纤通讯方面有重要用途。光纤通讯比微波通讯效果更好，一条光缆可载上亿门电话。人们预计，光计算机将比电子计算机运算速度快几十倍。 半导体材料经过几十年的发展，已历经三代，最早人们用锗，但锗元件的寿命和效果都不大理想，人们转而重视开发硅，目前硅已成为应用最广泛的半导体材料。为了在高温、高频领域取得进展，人们又看重砷化镓。它是砷在高温下和镓结合生成的化合物，是高频、高温电子元件的理想材料，它必将在巨型计算机、高效机器人、激光、光纤通讯等方面发挥重要作用

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