半導體

1-2 物理學對人類生活的影響
X射線、真空技術、電晶體、半導體、光電、雷射光、光纖、超導體、量子電腦、核能發電

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半導體 ( semiconductor)

半導體是導電能力介於金屬導體和絕緣體間的一種材料，常見者如矽、鍺、
砷化鎵等晶體。在這些晶體內加入微量的雜質原子，可以大幅地改變它們的導電能力。利用半導體材料，可製成二極體和電晶體等。

二極體具有把交流電改為直流電的整流能力。電晶體則具有放大交流電訊號的能力。由於二極體和電晶體的體積非常小，使電子產品的微型化成為可能。

電晶體自1947年發明後，造成電子工業的革命。1958年後，又發展出積體電路的技術，即在邊長數毫米，其薄如紙的小晶片（chip）上，按照預先設計好的電路，一層一層地長出所需的電晶體、二極體、電阻、電容等電子零件。

晶片上蝕刻的寬度可小於一微米（一微米等於一百萬分之一公尺）。電子零件之間的接線是利用蒸鍍的技術，直接將金屬導線鍍在所需要的位置上。利用這種技術可以在一個小晶片內容納有上百萬個電晶體，並且可以進行大量生產，而使得成本大為降低。

如圖所示，在一塊大面積的晶圓（wafer）上，同時製成許多結構和性能完全相同的小晶片。每一個小晶片，實際上就是一個完整的電路，稱為積體電路（integratedcircuit,簡稱為IC）。

(a) 積體電路可進行大量生產，在大晶圓上的所有小晶片都是同時製出，結構和性能完全相同。

(b) 將晶圓切割後的小晶片，邊長大小僅數毫米。

(d) 裝上接腳和外殼後的積體電路外形。

若以具有同樣性能的現代積體電路，和1950年代的電晶體電路，以及1940年代真空管電路的大小比較，積體電路比起前兩者，不但體積小得多，耗電量非常低，而且性能遠為穩定可靠。由於可進行大量生產，因此成本也大為下降。

積體電路的發明，使得電子產品走向「輕、薄、短、小」的趨勢。現今我們日常使用的桌上型個人電腦，如果改用四十年代時的電子真空管來製造，則其體積需要占用一整個房間，而且所需消耗的電力更是可觀。

半導體在日常生活上的應用，處處可見，舉凡數字型手錶、掌上型計算機、電話、收音機、電視、電腦等，都是由半導體元件所製成。由於積體電路的體積小、耗電量低、性能可靠的特點，使科學家得以在空間嚴格受限的人造衛星或太空船，裝上能執行多項任務的複雜電子系統。在軍事方面，飛彈也是由於應用了積體電路，才能具有精確可靠的導向能力，而使它成為現代戰爭中最有力的武器。