赢得世界'太空材料之母'是中国那位科学家

太空材料之母——林兰英 她一生中获得了无数的第一，成功研制出了我国第一根锗单晶和硅单晶，最早在世界上成功完成在太空中生成砷化镓单晶的试验，并且她还是世界上利用太空材料制成半导体器件的第一人。她就是我国著名科学家林兰英，现为中科院院士，是世界半导体研究领域的奇才，人称“太空材料之母”。

她的这种永争第一的精神，早在上中学的时候就已形成，并伴随她一生。从初中到高中六年中，第一名全被她垄断了，她连拿了１２个第一。这与她天性聪慧、机敏有关，但更重要的是她勤奋好学、奋力拼搏，有一种永争第一的意识激励着她去奋斗。

林兰英生于福建莆田一个知识分子家庭，当地的人们深受“女子无才便是德”的封建思想影响，对于女孩子上学嗤之以鼻。父亲虽然受过高等教育，思想较开化，但父亲在外工作无暇顾家。在家 *** 持的母亲颇有封建家长的作风，对女子上学抱有根深蒂固的成见。因此，当年仅６岁的小兰英见到同年龄的小男伴纷纷去学堂上学时，她带着对读书的艳羡和企盼去求母亲也要上学。但是却遭到母亲的严厉斥责。受挫后的小兰英读书的渴望更加强烈，她下决心一定要去上学。小兰英见苦苦哀求母亲仍不奏效，她就开始以不吃不喝来要挟。母亲的一颗爱女之心倍受折磨，也被她读书的决心所打动。小兰英终于可以上学了。她一边学习，一边还要帮助家里做家务，就是在这样的条件下，她还是取得了优异的成绩。

小学美好快乐的学习生活很快结束了，小兰英要升中学了。但像她上小学一样，她再一次地受到了母亲的阻拦。这时候她已经长大了，再也不会用绝食的手段来要挟母亲了。她听说莆田私立中学有这样一个规定：入学考试和期末考试成绩列前三名的，不收学杂费。她想这就是唯一可以说服母亲的理由。于是，小兰英向妈妈保证：每个学期都考第一名，不让家里为她交学杂费。母亲无话可说了。她又可以上学了，但她也知道，从此她要付出更多的努力，否则上学的机会就会丧失。在此后的六年中，她以惊人的毅志，顽强拼搏的精神刻苦学习，果然如她所说 ：她每个学期都是第一名，成为连拿１２个第一的中学生。而这种永争第一的意识也深深扎根于她的头脑中，成为一生奋斗的目标。读大学、硕士、博士，直到参加科学研究，她都以这种精神激励自己，她也因此取得了令人瞩目的成就。

◆半导体的一些特性∶掺杂性（在形成晶体结构的半导体中，人为地掺入特定的杂质元素，导电性能具有可控性。），热敏性，光敏性（在光照和热辐射条件下，其导电性有明显的变化。），负电阻率温度特性，整流特性，磁变特性。因此用半导体制作的传感器就可以测量多方面的物理量：

●热敏传感器：利用半导体在不同温度下具有不同电阻的特性来测量物体的温度；

●光敏传感器：利用半导体受光量的不同而具备的电阻率的不同，实现光强度的测量、亮度自动控制，或利用遮光原理实现计数、转速测量及先后次序测量等；

●负阻特性可用来检测温度变化，实现恒稳控制等应用，也可以监控电压电流变化；

●利用参杂性可实现化学性质变化的测量和报警，可制成烟雾、瓦斯报警器等。

●利用半导体的磁特性设计的霍尔传感器，可以测磁、测距。

◆所有根据半导体的特性设计的传感器都可认为是半导体传感器。

半导体电阻率的多种测量方法应用与注意事项依据掺杂水平的不同，半导体材料可能有很高的电阻率。有几种因素可能会使测量这些材料电阻率的工作复杂化，其中包括与材料实现良好接触的问题。已经设计出专门的探头来测量半导体晶圆片和半导体棒的电阻率。这些探头通常使用硬金属，如钨来制作，并将其磨成一个探针。在这种情况下接触电阻非常高，所以应当使用四点同线（collinear）探针或者四线隔离探针。其中两个探针提供恒定的电流，而另外两个探针测量一部分样品上的电压降。利用被测电阻的几何尺寸因素，就可以计算出电阻率。 看起来这种测量可能是直截了当的，但还是有一些问题需要加以注意。对探针和测量引线进行良好的屏蔽是非常重要的，其理由有三点： 1 电路涉及高阻抗，所以容易受到静电干扰。 2 半导体材料上的接触点能够产生二极管效应，从而对吸收的信号进行整流，并将其作为直流偏置显示出来。 3 材料通常对光敏感。 四探针技术 四点同线探针电阻率测量技术用四个等距离的探针和未知电阻的材料接触。此探针阵列放在材料的中央。图4-25是这种技术的图示。

已知的电流流过两个外部的探针，而用两个内部的探针测量电压。电阻率计算如下： 其中：V = 测量出的电压（伏特） I = 所加的电流（安培） t = 晶圆片的厚度（厘米） k = 由探头与晶圆片直径之比和晶圆片厚度与探头分开距离之比决定的修正因数。

如图4-26所示，更实际的电路还包括每个探针的接触电阻和分布电阻（r1到r4）、电流源和电压表从其LO端到大地的有限的电阻（RC和RV）和电压表的输入电阻（RIN）。依据材料的不同，接触电阻（r）可能会比被测电阻（R2）高300倍或更高。这就要求电流源具有比通常期望数值高得多的钳位电压，而电压表则必须具有高得多的输入电阻。

电流源不是与大地完全隔离的，所以当样品的电阻增加时，就更需要使用差分式静电计。存在问题的原因是样品可能具有非常高的电阻（108Ω或更高），此数值和静电计电压表的绝缘电阻（输入LO端到壳地，RV）具有相同的数量级。如图4-26所示，这样就会有交流电流从电流源的LO端，经过样品，流到电压表的LO端，再流回地。当电压表测量探头2和探头3之间的电压降时，该交流电流在r3上产生的电压降就会引起错误的结果。

使用两台静电计就解决了这个问题，如图4-27所示。电压表将读出两个静电计的缓冲输出之间的差值，该值等于R2上的电压。数值r1、r2、r3 和r4代表探头与样品材料接触的电阻。单位增益缓冲器具有很高的输入阻抗，所以几乎没有共模电流流过r3，于是可以很容易地计算出R2的数值。该缓冲器可以是一对JFET运算放大器或者是两个具有单位增益输出的静电计。

为了避免泄漏电流，使用隔离的或者带保护的探头与样品接触。电流源应当处于保护模式。

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