半导体与宝石

 (1)半导体与晶体

历史上，半导体因晶体管的发明而名声雀起。但是半导体并不都是晶体。

周知，材料分为晶体和非晶体两大类。

晶体（ crystal ）是内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体；或者说，晶体是具有格子（ lattice ）构造的固体。所谓格子构造，是指内部质点（原子、离子或分子）作规律排列，并构成一定的几何图形。晶体的基本要素是对称性。晶体的理想外形和晶体内部结构都具有特定的对称性。晶体的重要特征是其外部表现为规则几何外形。理想环境中生长的晶体应为凸多边形。

有些看起来像晶体的物质如玻璃、琥珀、等，它们内部质点的排列，不具有格子构造，即不作周期性的重复排列，这类固体被称之为非晶质或非晶质体。

晶体跟晶体也不同。晶体可以按照来源和成键特点分类。晶体按来源分为：天然晶体（宝石、冰、砂子等）和人工晶体（各种人工晶体材料等）。晶体按成键特点分为：原子晶体，如金刚石；离子晶体，如NaCl；分子晶体，如冰；金属晶体，如Cu。

天然晶体（natural crystal），或称天然晶体矿物，是天然产出的，具有一定化学组成和晶体结构的单质或化合物。人工晶体（synthetic crystal）即人工合成或人造的晶体。

合成晶体是有天然对应物的人工晶体。相反，人造晶体无天然对应物的人工晶体，比如人造钛酸锶，铱铝榴石（YAG），钆镓榴石（GGG）等。

人们常见的晶体有水晶、石盐、蔗糖等，在一般人的心目中就认为晶体就像水晶和石盐那样，具有规则的几何多面体形状。

晶体半导体、非晶体半导体，包括多晶体半导体都有用处。比如，硅太阳能电池就有单晶硅太能电池、非晶硅太能电池、多晶硅太能电池等等。

(2)晶体与宝石

晶体规则的几何外形和晶莹透明的漂亮颜色让人一下子想到宝石。

按晶系分类的常见宝石有：

高级晶族，如具有等轴对称性的金刚石、石榴石、尖晶石等；

中级晶族，如具有六方等轴对称性的祖母绿、海蓝宝石等；具有三方对称性的红宝石、蓝宝石、碧玺、水晶等；具有四方对称性的锆石等；

低级晶族，如具有斜方对称性的黄玉、橄榄石、金绿宝石等；具有单斜对称性的软玉、硬玉、透辉石等；具有三斜对称性的拉长石、月光石等。

这里要注意宝石与玉石的区别。宝石，如金刚石、红宝石、蓝宝石，是单晶体，即由单个矿物组成的晶体。而玉石，如翡翠、软玉、岫玉，是多晶体集合体，即由一种或多种矿物组成的集合体。

(3)半导体与宝石

“钻石恒久远一颗永流传”（A diamond is forever）是珠宝大王戴比尔斯在1939年所用的广告词。

这里的钻石即金刚石，或者说是金刚石结构的碳（C）。钻石是目前已知最硬的宝石。

纯净的钻石无色，蓝色钻石是在金刚石中掺入了少量的硼（B），而紫色钻石是在金刚石中掺入了少量的氮（N）、硼（B）、氢（H）原子。

这么珍贵的东西如果能人工制造，该是多么大的财富诱惑！事实上，很早很早以前，人们就开始了人造钻石的尝试。

1893年法国科学家莫瓦桑(Henri Moissan 1852一1907)向世人宣布他已成功地用石墨制成了世界上第一颗人造金刚石。但是, 当一些人怀疑或无法重现而向他提问时，他却以保密和专利为由谢绝。其实，他当年并没有真正从石墨中制造出金刚石，但是也没有弄虚作假。据说, 莫瓦桑坚信常压下可以制成金刚石并让助手反复试验。后来助手实在厌烦了,就事先在炉子里放了一颗金刚石。莫瓦桑不知情,还以为真的试验成功了。直到1955年，人造金刚石才由美国通用公司研制成功。

除了钻石，半导体工业中还经常用到蓝宝石、红宝石（红色和蓝色的刚玉）作为衬底。蓝宝石、红宝石的主要成分是氧化铝(Al2O3）。

纯净的氧化铝无色，蓝宝石、红宝石的颜色是其中掺入的金属使然，比如蓝宝石：氧化铝+铁（Fe）、钛（Ti）；红宝石：氧化铝+铬(Cr)。当然，蓝宝石、红宝石现在都可以人工合成，用作衬底时斑斓的色彩已无必要，所以金属掺杂就免了。

很多广告专业的朋友可能都学习过一个范例，那就是格力的广告词。格力在做广告的时候没有拍摄复杂的宣传片，也没有请流量大的明星，而是老板董明珠亲子上阵，广告词也只有一句——格力掌握核心科技。但就是这句广告词，给了消费者们莫大的心理力量。因为科技无论在哪行哪业都是非常宝贵的东西。接下来我为大家介绍一下世界最顶尖十大科技。

第一个：半导体加工设备

在世界最顶尖十大科技中排名第一的是半导体加工设备，目前蚀刻设备精度最高的是日立。比如东丽，帝人的炭纤维，超高精密仪器，数控机床，光栅刻画机（这个最牛的也是日立，刻画精度达到10000g/mm ），光刻机（ASML）等等，这些是美日严格限制出口的。

第二个：半导体材料

生产半导体芯片需要19种必须的材料，缺一不可，且大多数材料具备极高的技术壁垒，因此半导体材料企业在半导体行业中占据着至关重要的地位。而日本企业在硅晶圆、合成半导体晶圆、光罩、光刻胶、药业、靶材料、保护涂膜、引线架、陶瓷板、塑料板、 TAB、 COF、焊线、封装材料等14中重要材料方面均占有50%及以上的份额，日本半导体材料行业在全球范围内长期保持着绝对优势。全球70%的半导体硅材料，都是由日本信越化学提供。

第三个：超高精度机床

超高精度机床和材料学并为工业之母：日本，德国，瑞士的天下，其中日本更是领先世界一大截。世界最高精度机床主轴来自日本精工。

第四个：工业机器人

工业机器人是未来50年的全球大力发展的产业。目前工业机器人的技术基本掌握在日本手中。机器人四大家族：日本发那科，安川电机，瑞典ABB，德国库卡。其中发那科是全球工业机器人销售记录保持者、利润保持者、技术领导者。德国库卡最弱，其核心技术基本外购，目前被美的收购。

第五个：顶尖精密仪器

美日德基本垄断，其中美国10家，日本6家，德国4家，英国2家 。美日都是诺贝尔奖大国，日本从2000年开始基本每年一个诺贝尔奖，其中之一就是离不开其高端仪器的制造，使用。举几个例子。日本SATAKE长期致力于发展人类三大粮食作物之一的稻米方面机械设备，旗下囊括的粮食食品设备、实验检测设备、关联环境机械设备等方面市占率均为第一位。全球主要稻米粮食国家政府与企业均与SATAKE有合作，包括中国、美国、东南亚、南美等地区。

第六个：全球碳纤维

炭纤维在高端军事，工业，生活，汽车，飞机等等都离不开。炭纤维技术基本被日本东丽，东邦，三菱丽阳垄断，目前中国T800还不能完美量产，东丽目前已经在玩T1100G了。

第七个：发电用燃气机轮

三菱重工，日立，西门子的天下。世界最高热效率发电用燃气轮机就来自日本三菱重工的M701J，同时也是世界最大功率的发电用燃气轮机。世界最大双轴燃气轮机为日立H80，简单循环功率110mw+，联合循环功率154mw+。

第八个：企业级扫描仪

日本富士通的天下。全球商业智能文档影像解决方案一哥，表单印刷-识别-电子化合体技术的发明者——富士通pfu。富士通pfu利用自己世界最高市场份额的商用扫描仪和独立开发的光学字符识别软件(ocr)，帮助中国国家统计局高效准确的完成了世界最大规模人口普查 。

第九个：血液诊断设备

国家食品药品监督管理局指定北京市医疗器械检验，所将全球血液诊断设备制造商老大——日本希森美康的血细胞分析仪做为国家标准，以此来审查检测全国所有血细胞计数设备的质量和日常精确度管理的提升。

第十个：全球氧化锌避雷器

领先企业——东芝三菱电机产业系统株式会社(tmeic)向中国首条由境外引入兼目前世界上线路最长的天然气输送项目——西气东输二线工程提供全部高压变频器与高速电机。东芝三菱电机产业系统株式会社同时保有世界最大容量的电压源型变频器与高速电机。

科技在很多公司或是很多行业都属于商业机密，因为有时候往往一个核心科技就可以使一个公司长时间地立于行业中的顶尖地位。放眼世界来看也是一样，不少公司因为掌握了这世界最顶尖十大科技中的一个，而成为了整个行业的领军人，为自己和自己的国家都创造了财富。

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