为什么硅是半导体

硅是半导体的原因：硅原子的核外电子第一层有2个电子，第二层有8个电子，达到稳定态。最外层有4个电子即为价电子，它对硅原子的导电性等方面起着主导作用。硅晶体中没有明显的自由电子，能导电，但导电率不及金属，且随温度升高而增加，所以具半导体性质。

扩展资料：

硅在地壳中的含量是除氧外最多的元素。如果说碳是组成一切有机生命的基础，那么硅对于地壳来说，占有同样的位置，因为地壳的主要部分都是由含硅的岩石层构成的。这些岩石几乎全部是由硅石和各种硅酸盐组成。长石、云母、黏土、橄榄石、角闪石等等都是硅酸盐类；水晶、玛瑙、碧石、蛋白石、石英、砂子以及燧石等等都是硅石。

以前收音机也叫半导体，收音机在许多人的记忆中是一件古老的东西。在芯片工业还处于起步阶段，黑白电视机还是奢侈品的时候，收音机是我们获取世界上各种信息的主要来源，也是大多数人获得精神愉悦的主要来源。记得收音机一开始最流行的是深夜电台、张震讲鬼故事、唱歌台等。

收音机一直在发展。最早的收音机使用电子管，然后是矿石收音机。70、80年代以后，许多朋友尝试制作矿石收音机。电子管收音机一个很典型的特点就是它很重，但即使是重的也是当时很多人向往的奢侈品，没有一点家庭背景的家庭买不起，所以它已经演变成缝纫机、收音机、28辆自行车。

电子管是一种改良过的灯泡。当爱迪生在做灯泡的时候，他在灯泡里放了一个额外的电极，然后撒上了箔纸，奇怪的事情发生了:当带正电的时候，箔纸在第三极没有反应，但是当带负电的时候，箔纸开始旋转和漂浮。孙正义没有参与其中，但正是爱迪生效应创造了一个诺贝尔物理学奖，由欧文·理查森获得，因为他证明了电子的激发态导致箔漂浮。约翰·弗莱明发明了二极管，李·德福里斯特发明了晶体管。所有人都知道二极管和晶体管的设计都是为了实现开关特性，而这些改进的灯泡恰好具有这些特性。

半导体用于制造民用无线电和放大器，更多地被用来制造无线电。半导体的出现使无线电变得更小，运行起来也更方便。几节电池可以携带和使用很长时间，不像管式收音机，因为管式收音机太大，无法携带，而且需要插电源，这需要大量的电力。随着时间的推移，人们生活水平的提高，半导体变得更便宜，但无线电仍然有半导体的名字。

高技术一词最初是英语High Technology直译来的。一般认为，是指建立在综合科学技术研究的基础上，处于当代科学技术前沿，对发展生产力、促进社会文明、增强国防实力起先导作用的知识、技术和投资密集的技术群。高技术是一个动态的概念，随着时间的推移，高技术的主要内容和涉及范围都会有所改变，新的高技术将陆续出现，一些发展成熟的技术也会变为—般技术。

军用高技术是高技术的重要组成部分，是诸多高技术中为了满足国防现代化需要、能够产生新武器系统、作战指挥系统与作战方法而发展起来的那部分新技术群。高技术武器装备是以—种或多种军用高技术为基础研制而成的武器装备，是军用高技术的物化成果，包括开发型武器系统，研制新—代武器装备和对现有武器装备的技术改造等。严格地说，并不能把高技术截然地分为军用和民用，90％以上的科学技术成就均是军民兼用的，但是许多高技术都是首先应用在军事上，而且在高技术发展中，军用高技术往往起看带头作用。这是因为军事始终是社会生活中对科学技术的最新成就利用得最快最多的一个领域。另一方面，军事上的新需求又促进了高技术的发展。

高技术的基本特征是，“战略性、风险性、增值性、渗透性、带动性”。战略性，即指高技术状况是反映国家经济实力和国防实力的，直接关系到国家经济和军事地位；风险性，即高技术几乎都处在科学技术的前沿，它的发展具有明显的超前研究的特点；增值性，即它的应用可以大大提高经济效益和武器系统的效能，起着“力量倍增器”的作用；惨透性，即高技术本身往往都是一些综合性、交叉性很强的技术领域，表现于多学科之中；带动性，即高技术集约了各技术领域的精华．它广泛地应用到传统产业中去，就能带动各行业的技术进步。

从总体上讲，当代高技术包括相互支撑、相互联系的六大高技术群，即信息技术群、新材料技术群、新能源技术群、生物技术群、海洋技术群和航天技术群。主要包括九大技术产业：生物工程、生物医药、光电子信息、智能机械、软件、超导体、太阳能、空间、海洋产业等。每个高技术群又包括许许多多的高技术，而且相互交叉、渗透，还不断涌现着新的高技术学科。军用高技术主要来自信息、电磁、新材料、航天、航海、侦察、预警、制导、控制、隐形、夜视、核化、定向能技术等，而未来生物技术的发展，也将在军用高技术发展中，占有重要的一席之地。

下面简要地介绍在军用高技术中最具影响的几项技术，由此可以看出军用高技术的现状和发展趋势。

(一)军用微电子技术

微电子技术是军用高技术的核心和基础。军用高技术的迅猛发展，武器装备的巨大变革，在某种意义来说就是微电子技术迅猛发展和广泛应用的结果。微电子技术的渗透性最强，对国民经济和现代科学技术发展起着巨大的推动作用，其发展水平和发展规模已成为衡量一个国家军事、经济实力和技术进步的重要标志。正因为如此、世界各国都把微电子技术作为最关键的技术列在高技术的首位，使其成为争夺技术优势的最重要的领域。

微电子技术是使电子元器件和由它组成的电子设备微型化的技术，其核心是集成电路技术。通常用集成度或速度来标志微电子技术的发展水平。从1959年生产集成电路以来，集成度每10年增大250倍、速度每10年加快30倍。目前先进国家已具有o．5微米线宽的微电路生产能力，并加速开发o．3微米加工技术。预计90年代每个集成电路上的元件数将从1亿个增加到10亿个以上，运算速度可达100MIPA，并进入实用化。利用微电子技术最新成果，研究开发专用集成电路，以完成特定的功能，是军用微电子技术发展的主要任务。把整个电子系统或子系统包括它的信息采集、数据处理、存储等功能电路，都集成到一个芯片上，这种超大规模系统集成电路，是军用微电于技术的发展方向。

美国国防部早在1980年就制定并实施“超高速集成电路”计划，用了10年时间，投资10亿美元，加速发展起大规模集成电路，对提高武器装备性能起到了很大作用。其特点有三：一是可减小军用电子系统的体积和重量。如战斗机中的电子系统，采用一般的集成电路需要7500块，而使用超大规模专用集成电路，只需25块，重量由450公斤下降到4．5公斤，功耗由5千瓦减到25瓦。二是可以把多种武器装备联为一体、提高系统性能。如机载火控雷达采用这种专用集成电路后，可以使信息处理能力提高10倍。三是提高系统的可靠性，延长了寿命。美国运用微电子等技术，改造F—14、F—16、F—18等战斗机的武器系统，使用寿命延长十几年甚至更长的时间。大规模集成电路的作用还不仅仅在于以上各点，更重要的是在于它使一些高技术兵器的发展成为可能。例如，“战斧”巡航导d、“爱国者”导d、“铺路石”激光制导炸d，都是由超大规模集成电路把导d、炸d的信息存储、处理、控制等功能部件缩小到能够装在导d这个小小的空间上。又如，只有采用了高可靠的大规模集成电路，才有可能把建立在大量信息处理基础上的超高分辨率的合成孔径雷达，放到卫星上，进行高精度的对地面侦察。

(二)军用光电技术

光电子技术是以先进探测器和激光器为基础，由光学技术、电子技术、精密机械技术和计算机技术等密切结合而形成的一项高技术。它既改变了传统光学的单纯观察功能，又大大扩展了电子技术的功能。由于光电子技术具有探测精度高、传递信息速度快、信息容量大、抗干扰和保密能力强等优点，因而在军事上得到了广泛应用，在现代战争中已显示了其特有的威力。军用光电子技术已成为高技术兵器发展的主要支撑技术之—。

光电子技术发展的基础是各种光电子器件。军用光电子器件主要有红外探测器、电荷藕合器件(CCD)、激光器、光纤、集成电路等。红外探测器是利用致冷的锑化铟、碲镉汞等半导体芯片，对物体辐射的红外波进行接收探测的器件，目前主要发展探测常温物体辐射波的碲镉汞器件。CCD器件则是固体摄像器件，可以不用扫描，直接凝视成像，目前主要用于可见光。激光器则是激励具有高亮度、单色、强方向性激光束的器件，目前80％军事装备应用的固体激光器是主要发展方向。光纤是采取特殊工艺控制的高纯度玻璃纤维，比头发丝还细得多，用它制成的光纤与同轴电缆相比，传输速率要高10倍、100倍以上，中继距离远几倍几十倍以上，而且体积小，重量轻。

光电子技术在武器装备的发展中占有极其重要的位置。它不仅可被用来独立地发展一些装备，用于侦察、预警、遥感、导航通信等，而且又是制导、火控、信息处理重要的技术基础。其主要应用是，侦察和夜视，包括机载红外前视、坦克和手持夜视仪、星载多光谱扫描仪等。例如．海湾战争使用的F—16、F—15E等飞机装备的“夜间红外低空导航和目标瞄准系统”，使飞机能全天候低空飞行。又如，在海湾战争中发挥重要作用的KH—11和KH—12照相侦察卫星，主要用的是CCD和红外传感器摄取地面目标图象。光电火控与制导，包括各种光电跟踪、瞄准装备和光电制导导d。例如，“宝石路”激光制导炸d，已装备F—4等十几种飞机上，年产1万枚，在海湾战争中大量使用。又如，最新发展的“发射后不用管”精确制导导d，也是采用红外探测器为基础的。光纤通信巳成为军事通信的一个重要组成部分，光纤传输和光纤传感器的应用，也将大大提高电子设备的性能。

(三)军用计算机技术

军用计算机技术是军用高技术中具有战略意义和竞争最激烈的技术之一。计算机是战术、战略武器及航天系统的信息处理中心，是战场指挥管理和武器控制的重要工具。电子计算机的技术水平己成为军事技术发展和武器装备现代化程度的重要标志。海湾战争中，美军使用高速运算的巨型计算机，使海湾战场大量信息处理工作得以及时完成；充分利用高效率的小型机和微型机，快速建立了各种指挥中心和网络；大量使用了各种便携式、台式或折叠式微型机，连成网络或成为个人通信终端，有效地保证了团以下单位人员的作战指挥。

随着自动化作战指挥、新型武器研制的模拟仿真、高速信号及图象处理、密码破译等军事需求的增长，目前发达国家都在竞相开发采用并行计算机体系结构、高速运算的超级计算机。预计美国在1995年将达到每秒1万亿次运算速度，到2000年将达到每秒百万亿次运算速度。90年代计算机技术发展的又一个重要标志是把联网和计算两种技术融为一体，实现计算机网络化。这种计算机网络将建立在开放式体系结构基础上，可在任意地方的任意种类和任意数量计算机上运行程序，并在任意时刻进行相互通信。也就是说，这种网络一旦建立，就可以在各军种、兵种的作战单元之间实现运用自如的数据共享和数据通信，达到无懈可击地协同一致。人工智能技术也将是计算机技术发展的一个重要方向。媒体数字化、计算机化的多媒体技术的发展，将使文字、声音、图像综合于一体，可以实现交互实时远程传递、记录和表现声、图、文信息，它将是人类处理信息能力的第三次飞跃。这将使作战指挥、作战模拟以及情报综合实现声、象、数、表一体化表现，并更加实时、高效、丰富多彩、方便宜人。未来智能机器人技术也将得到迅速发展。美国目前正在发展侦察、搜索机器人，2000--2010年，将发展坦克驾驶、防空自动侦察射击、自动火炮射击及战斗机驾驶机器人，预计未来大批军用机器人将逐步由实验室走向战场。

这些军用计算机技术的重大突破，将深刻地影响武器装备的进步，促使武器系统向全自动化和智能化方向发展，将极大改变作战指挥、通信、训练、侦察、后勤等各方面的工作面貌。

(四)精确制导技术

精确制导技术是精确制导武器系统的关键技术，是世界新技术革命中最成熟的技术之一。精确制导武器一般指直接命中目标概率大于50％的导d、制导炸d、制导炮d的总称。精确制导武器的本质特点是打得准。例如，能在10公里以外发射击中坦克的顶盖。

(五)军用新材料技术

军用新材料是军用高技术的基础，谁能更快地开发和应用具有特定性能的新材料，谁就拥有最强大的技术潜力。因此世界各国军事部门都把军用新材料的研究开发放在特殊的地位，各国的军用高技术计划无不以新材料作为其重要的内容之。

当前新材料的发展重点是具有优异性能的结构材料和具有特殊功能的功能材料。结构材料包括金属材料和复合材料。先进复合材料是指用高性能纤维及编织物增强不同基体所制成的一种高级材料。先进复合材料是结构材料的主要发展方向。这种材料的特点是强度大、比重小、具有良好的气动d性性能，并且能大批量生产。复合材料已经在航空航天工业以及各种武器装备上得到了广泛地应用。随着复合材料技术不断发展，应用的结构部件已由次承力件发展到主承力件，而巳应用面逐步扩大。先进复合材料已成功地应用在F--16、F--18、“幻影”2000等军用飞机、“民兵”、“三叉戟”、“株儒”等战略导d，以及M—l、T—72、“豹”--Ⅱ等坦克上，并取得了良好的效果。为进一步推动复合材料在武器装备上的应用，美国正在实施“先进设计复合材料飞机”计划，预计复合材料将占飞机结构质量的68．5％，并使整个结构质量减轻35％。隐形材料是特种功能复合材料的重要发展方向。隐形材料可以吸收大量的雷达波信号，从而达到防探测的目的。它可以涂复在飞行器外表上，也可作为飞行器的蒙皮构件。好的吸波材料可以吸收雷达波99％以上的能量。海湾战争中使用的F—l17A隐形飞机，除了具有良好的隐形外形和进气道设计外，主要是涂复了良好吸波材料。美国最新研制的新一代战斗机F--22，也大量采用丁吸波材料，因而具有良好的隐形性能。

(六)军用航天技术

航天技术是由运载火箭技术、航天器技术和地面测控技术组成的高度综合性技术。自从1957年10月和1958年1月，苏联和美国先后成功地发射人造地球卫星以来，航天技术迅速发展，太空成为军事争夺的一个新领域，美国和苏联都把控制太空看作是取得战争胜利的一个必要条件。世界各国迄今共发射3000个航天器，70％以上是用于军事，美国和苏联占发射总数的90％以上，这充分说明了航天技术军事应用的重要性。

航天技术的传统军事应用是，利用卫星或载人航天器携带的各种遥感器、无线电接收机、通信设备和其他观测设备，执行监视与侦察、d道导d预警、通信与导航、气象观测和大地测量等任务。随着微电子技术、计算机技术、传感技术等高技术的发展，这些军用卫星提供的能力不断提高。目前美国的国防卫星通信系统、舰队卫星通信系统和空军卫星通信系统已成为美国军事指挥控制系统的重要组成部分，承担70％左右的远距离通信任务。在海湾战争中，美国将军用卫星综合用于实践，对取得战争胜利发挥了重要作用。多国部队动用了照相侦察、电子侦察、海洋监视、导航定位、战术战略通信、数据中断、导d预警、商用通信、商用遥感、军用气象等十类卫星约100颗，为美国最高当局、有关国家和战区的多国部队建立了一快速神经枢纽。其中采用合成孔径雷达技术的“长曲棍球”雷达成像侦察卫星，其地面分辨率为1米，具有全天候实时侦察能力；还有KH—11和KH--12照像侦察卫星具有先进的光电遥感器，并采用了热成像的自适应光学技术，地面分辨率达0．1米；利用卫星构成全球导航定位系统(GPS)，定位精度可达十几米，而且定位接收机体积非常小，可随身携带。

军用卫星的发展，除了继续提高精度，扩大容量外，随着各种小型化技术的应用，迅速发展的小卫星技术是一个值得注视的发展方向。小卫星具有重量轻(几十公斤到500公斤)、研制周期短(从计划到射一般1年间，最多也不过2年)、价格低廉(一般几十万到2500万美元)等特点，因而可快速部署，具有较强的生存能力和抗干扰能力，对军事应用有特殊意义。例如，应用小卫星可使军、师一级前线指挥官直接掌握空间资料，成为C3I的重要组成部分；应用于战术侦察可以随时更换战场数据库。小卫星已成为SDI(美国前总统里根于1984年提出的“战略防御倡议”即“星球大战”计划，旨在以天基武器为主建立一个确保生存的战略防御系统)空间平台的重要组成部分，作为SDI的空间监视跟踪系统的“智能慧眼”，就是由低轨道上的小卫星群构成的。

军事高技术对武器装备的发展起着巨大的促进作用，一是提高了武器装备的全天时、全天候作战能力和杀伤效果；二是提高了武器装备相互配合使用的综合作战能力；三是提高了武器装备的生存能力；四是加速了新型武器装备的研制和生产，缩短了武器装备更新换代的周期。

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