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。

本来是路过，但看了前面的回答有许多错误，我就不请自来凑凑热闹了。我们熟知的芯片主要分为两大类：处理器和存储，处理器是美国人为王，存储则是韩国人称霸，代表有三星和海力士，这两家主要是做DRAM（用作手机的运存和电脑的内存）和闪存（用作手机的内存和电脑的固定硬盘），其中三星最能代表韩国的半导体存储产业在全球的影响力。

三星集团的前身是成立于1938年的三星商会，主要做鱼干和水果出口的买卖，典型的小本买卖。下面就讲讲三星如何在半导体存储领域麻雀变凤凰的故事。李秉喆感受到污辱很多人以为，三星半导体起步于李健熙时代，其实最早是从他爹李秉喆（三星创始人）开始的。

三星最早是卖鱼干的杂货铺，不过到1970年，李秉喆已经把三星变成一家家电公司，生产电冰箱、电视机等家电产品，看起来上档次了。但三年后，三星这种上档次的买卖不好做了。由于三星家电产品需要的半导体采购自日本企业，1973年全球石油危机爆发，日本人对三星吝啬起来，不供应半导体。结果，三星的电视、冰箱不得不停产。

三星介入半导体最早是从李秉喆开始，而NEC的闭门羹让李坚定进入半导体的决心好好的家电买卖就因为半导体停摆，而且给钱日本人也不卖。李秉喆感觉受到了污辱（个人认为没赚到钱心情不好也是原因之一）。不过，将杂货铺干成正规大公司，李秉喆也是有两刷子的，他发现当时日本开始举国调整产业政策，从钢铁、水泥、造船这种傻大粗的重工业，调整到半导体、电脑、新材料等高科技新兴产业。

嗅觉灵敏的李秉喆同志立即闻到了金钱的味道，本着“你能赚钱我也能赚钱”的原则，决定三星也要做高大上的半导体。李秉喆再次感受到污辱李秉喆找到好哥们NEC会长，提出要学习半导体技术。李同志这么做有他的道理：交友千日，用友一时，现在考验友谊的时候到了。他忘了“在商言商”和“亲兄弟明算账”的古训，和NEC会长的友谊小船说翻，马上就翻了。

NEC会长说：李大兄弟，借钱可以，借技术的不行！于是，李秉喆再次感到污辱，而且是一生受到的污辱中最大的一次。回去后，他给三星经营层下了死命令：“必须超越NEC！”但决心归决心，怎么把决心落地才是最重要的。

三星在1982年成立特别工作小组，经过6个月搜集、分析信息，最关键的是找到在美国半导体企业和大学中工作的韩裔工程师和科学家帮助研究市场、甄别技术供应商，成功地找到陷在亏损泥潭愿意出售技术的美光科技，购买了64K

DRAM芯片设计技术许可。

三星从此进入半导体朋友圈，不过，在这个圈里，三星当了差不多10年小跟班。到1992年，三星当小跟班当腻了，想挑战生产256MB容量的DRAM。当时全世界还没有生产这么大容量的设备，三星投入1700亿韩元，花了两年时间研发出设备，同时开发出相应的设计和工艺生产技术。1994年8月，三星全球首发256MB

DRAM，领先日本、美国。

三星半导体在李健熙手里完成超越对手的目标后来的故事大家就比较熟悉了，三星在前面跑，陆续超越对手，日本半导体企业逐渐从老大位置退居吃土专业户，一大波日本半导体企业开始走上变卖家产的没落生活。简单总结一下，三星在半导体领域麻雀变凤凰的秘诀：

向行业第一名持续不断发起挑战，同时制定配套的落地措施，包括组织调整、业务分工以及详细实施计划，并设定超出员工现有能力的目标，迫使从管理层到普通员工产生危机意识，带动工作积极性和效率；逆周期战法，在行业不景气对手缩头过冬时，三星逆势加大投资于设备和工艺研发，当行业复苏时，三星可以领先对手早早投入新品抢占市场；为学到技术，不在乎路子野不野。

典型的做法是，想办法（各种姿势都有，能学到就行）把供应商的技术经验学到手，消化吸收改良后变成自己的技术，然后想办法申请专利；产品开发有自己的一套，通常的做法是购入对手产品，仔细分析三星产品和对手产品的差距，找出差距产生的原因、背景，制定解决差距的方案，确定超越的方法，然后推出产品超越对手。

关于隐形飞机原理和方法很多，如俄罗斯早就搞出了性能超过美国的隐形战斗机隐身技术，而且“可以用于任何形状的物体”，原理说是在飞机周围搞出一团电离气体包围起来就可以避免雷达的追踪。但是传统的隐形原理还是形状+涂料+发动机排气方式控制。下面的文章说的很好，就借用来说明隐形的原理。

隐形飞机到底隐藏了什么

隐形对于一般人来说并不陌生，虽然这些说法大多数来自小说和神话，但在现实生活中也不乏隐形的例子。比如说变色龙就能够通过改变自己的颜色来隐形。人们通过研究仿生学，并且应用了最新的技术和材料，终于在庞大的飞机上也实现了隐形。

从原理上来说，隐形飞机的隐形并不是让我们的肉眼看不到，它的目的是让雷达无法侦察到飞机的存在。 隐形飞机在现阶段只能做到尽量减少或者消除雷达接收到的有用信号，由于是最为秘密的军事机密之一，隐形技术受到了全世界的极大关注。

隐形飞机最重要的两种技术是形状和材料。

首先，隐形飞机在外形上避免使用大而垂直的垂直面，最好采用凹面，这样可以使散射的信号偏离力图接收它的雷达。例如sr一71“黑鸟”飞机和b一1隐形轰炸机采用的是弯曲机身；贝尔ah-ls“眼镜蛇”直升机最先采用的是扁平座舱盖；f-117a“大趋势”隐形战斗机采用的是多面体技术；美国波音f-lll实验机采用的则是自适应机翼等。这些飞机的造型之所以较一般飞机古怪，就是因为其特种的形状能够完成不同的反射功能。

其次，隐形飞机采用非金属材料或者雷达吸波材料，能吸收掉而不是反射来自雷达的能量。雷达吸波材料分两大类，一类是谐振型，一类是宽频带型。其中谐振型雷达吸波材料是为了某一频率而设计的、以磁性材料为基础、能把相消干涉和衰减结合起来的吸波材料；宽频带雷达吸波材料通常通过把碳—耗能塑料材料加到聚氨酯泡沫之类的基体中制成，它在一个相当宽的频率范围内可保持有效性。

运用最新的材料，隐形飞机在雷达上反射的能量几乎能够做到和一只麻雀的反射能量相同，仅仅通过雷达就想分辨出隐形飞机是非常困难的。

另外，制造隐形飞机要尽量减少机身的强反射点或者说是“亮点”、发动机的噪声以及机体本身的热辐射等，因为这些方面的存在也容易“出卖”飞机的存在。例如sr-71“黑鸟”飞机就采用闭合回路冷却系统，把机身的热量传给燃油，或把热量在大气不能充分传导的频率下散发掉。

隐形飞机在现代战争中发挥着重要的作用。例如在 1991年的海湾战争中，美军派出了42架f-117a隐形战斗机，出动1300余架次，投d约2000吨，在仅占2％架次的战斗中却攻击了40％的重要战略目标，自身没有受到任何损失。随着新材料和新技术的出现，隐形飞机 的隐形能力会越来越强，在未来战争中的作用将会越来越突出。

有隐形就有反隐形，随着对隐形技术的不断了解，各国同时也在不断寻求反隐形的技术。虽然隐形飞机的材料和形状十分巧妙，但还是不可避免地在雷达上会留下痕迹。而且隐形飞机为了隐形，不得不牺牲另外的一些技术性能，比如f-117a这种先进战机的速度就远远低于普通战机，而且飞行高度甚至在肉眼观察范围之内，已经有通过地面火炮成功击落f-117a的战例。

目前，隐形飞机从最早的美国20世纪60年代的 tr-1型飞机，发展到20世纪90年代的f-117“夜鹰”隐形战斗机、f-22型先进战术战斗机和a一2“复仇者”海军舰载隐形攻击机等，隐形和反隐形的不断较量将使未来飞机的结构设计和性能进一步得到优化。

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