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半導體的故事:發展與現況

半導體的故事:發展與現況

  • 作者:李雅明
  • 出版日期:2013/12/19
內容連載 頁數 1/10
第二章 半導體的起源
 
法拉第的新材料
 
在我們人類的環境四周,一直都存在著各式各樣不同的材料。人們對於這許多材料,從經驗上,也多多少少累集了一些認識。比如像銅鐵之類金屬的東西,比較會傳熱,也比較會導電;而陶瓷之類的,就不太會傳熱又不太會導電。十六世紀以後,由於伽利略(Galileo Galilei, 1564-1642)、開普勒(Johannes Kepler, 1571-1630)、惠更斯(Christiaan Huygens, 1629-1695)、牛頓(Isaac Newton, 1642-1727)等科學家的研究,物理學有了很大的發展。在電磁學方面,經過庫倫(Charles Coulomb, 1736-1806)、伏特(Alessandro Volta, 1745-1827)、安培(Andre Ampere, 1775-1836)、歐姆(Georg Ohm, 1789-1854)、法拉第(Michael Faraday, 1791-1867)、麥克斯韋(James Maxwell, 1831-1879)等科學家的努力,有了飛躍的進步,對於自然界物質特性的瞭解也大大增加了。
 
但是在二十世紀的近代科學──特別是量子力學──發展出來以前,人們對於四周物體的認識仍然限於比較粗淺的,或者稱為巨觀的(macroscopic)認識,也就是說,只能從外部,大體上來研究和瞭解物質的現象,而不能由基本原理和物質的內部結構,把物質的性質推導出來。後面這種由基本原理推導出來的理論稱為微觀的(microscopic)的理論。而巨觀的理論就是只知道是什麼,而不知道為什麼。我們前面提到過:人們知道有些材料,像銅鐵之類的金屬,比較容易導熱,也比較容易導電,後來也發現,這兩者之間有一定的關係,好的熱導體也是好的電導體。另一些像是陶瓷之類的材料,導電和導熱的性質都比較差。但是這個現象的原因是什麼,在十九世紀的時候還不明瞭。這些材料究竟為什麼會有這些差異,一直要到二十世紀量子力學和固態物理發展出來以後,這些問題才有了真正的答案。
 
我們在前面,提到了兩種性質很不相同的材料,就是金屬和陶瓷,它們導電和導熱的性質相差很多,而性質介於這兩者之間的,就是我們這本書裡的主角────半導體。半導體的導電和導熱的能力不如金屬,但是比陶瓷之類的絕緣體又要好得多,因此,給它取了個半導體(semiconductor,德文是Halbleiter)的名字。在這三種材料中,半導體發現得最晚,雖然在十九世紀已經注意到可能有這種與金屬和陶瓷都不相同的材料,但是一直要到二十世紀,材料的純化技術進步到一個相當程度以後,半導體的存在才能真正確定。
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