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写在前面的

自从人类发现了电，社会图景发生了天翻地覆的巨变。这种看不见的流动着的事物激活了生活，扩大了视野和行动半径，增加了幸福，更带来了电子信息时代的繁荣景象。电简直就是古代社会和现代社会的分化剂。

现代就是电气时代。设想一个有趣的问题，没电了，你的生活还剩下什么？

电气时代的发展有一个离不开的核心部件：半导体。

听着很熟悉吧，半导体在中国人的记忆中几乎等于收音机。为什么过去把收音机叫半导体呢？很简单，收音机里的主要部件就是半导体（其前身在20世纪五六十年代前是笨重的晶体管），其它的都是辅助材料。

那半导体在收音机里干什么呢？做放大器和振幅检测器：放大器用来把微弱信号按比例放大（天线接受的信号是很弱的，听不清）；检幅器用来从调幅波中恢复出其中携带的语音（低频信号），舍掉高速的载波，是个筛选器（去杂音）。

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半导体的工作原理

为何半导体能放大和筛选电流信号呢？这就涉及到半导体的工作原理。

首先，半导体材料主要是硅和锗，中学生都知道。硅和锗所以能被有效利用，是因为它们的原子的最外层电子层有4个价电子，这使得它们能够同时获得或失去相同的电子，既活跃又稳定。

半导，顾名思义，是一种电导率介于导体和绝缘体之间的材料。N型或P型半导体一个具有活跃的电子，一个具有更多的电子穴，说白了就是一个容易流出电子，一个容易流入电子。至于N型和P型半导体是如何形成的大家可以自己研究一下。

把N型半导体和P型半导体结合起来就形成了二极管，它是单向导电的，当P端接正极电源时，N端的电子流向P端，形成电流回路；当N端接正极时，电子受力方向与P端相反，没办法流向P端，这就绝缘了。如下图：

那么收音机里用作放大和筛选电流信号的三极管，正好由三个半导体组成，这三个半导体摞在一起，形成NPN型三层，中间的叫基级，很薄，两边的叫集电极和发射级。如下图：

单独链接左右两个N端（一边作发射区，一边做集电区），由于中间是P端（做基区），怎么都形不成电流。这时候，如果吧左边的N端和P端接通，给一个小电流，N端发射区的电子涌入中间很薄的电子穴有限的P端基区，小部分电子留回N端，大部分电子被激活穿透了很薄的P端涌入右边的N端集电区，这时候，左右两个N端打通了，而且电流更大，这就等于一个放大器。当然，也可以做开关器。流动示意图如下：

以上最简单的二极管和三极管构成了半导体发展的基石。从这种小构件，可以控制电源的开关，放大信号。随着其自身的不断发展和变化，最终形成了广泛的材料覆盖。当今几乎所有的电子技术都涉及半导体的使用，其中最重要的是集成电路，它广泛应用于台式机、笔记本电脑、扫描仪、手机和其他电子设备，尤其是现代武器。

半导体的发展经历了虽然不算漫长但也曲折复杂的历史，大致归拢一下这激动人心的历史。

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早期：发现半导体

1821 年，托马斯·约翰·塞贝克 (Thomas Johann Seebeck)第一个注意到半导体具有特殊特性，他在进行了一项有关塞贝克效应的实验，结果显示半导体的应用效果十分显著。 

1833年，科学家法拉第发现硫化银有点「奇怪」，不像金属那样导电特别好，也不像木头那样完全不导电，而是介于两者之间。这些材料的导电能力会随着温度、光照等条件变化。

1839 年，亚历山大·爱德蒙·贝克勒尔 (Alexandre Edmond Becquerel)报告称，在光照下，固体和液体电解质之间会产生电压，即光伏效应。

1873 年，威洛比·史密斯 (Willoughby Smith)观察到硒电阻器在光照下会表现出电阻减小的现象。

1874 年，卡尔·费迪南德·布劳恩 (Karl Ferdinand Braun)观察到金属硫化物的传导和整流。布劳恩的研究是最早对半导体器件进行系统性研究的成果。这实际上是最早的「二极管」现象），为后续器件发展提供了基础。

同样在1874年，亚瑟·舒斯特（Arthur Schuster）发现电线上的氧化铜层具有整流特性，这种特性在电线清洁后会消失。

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理论发展期

1878年，埃德温·赫伯特·霍尔证明了流动电荷载体在施加磁场作用下发生偏转，即霍尔效应。

1897年，汤姆森发现了电子，引发了基于电子的固体传导理论的产生。卡尔·贝德克尔通过观察与金属中符号相反的霍尔效应，推断碘化铜具有正电荷载体。

1914年，约翰·科尼格斯伯格将固体材料分为金属、绝缘体和「可变导体」，与此同时他的学生 Josef Weiss 在其博士论文中已经引入了Halbleiter（现代意义上的半导体）一词。

1928年，费利克斯·布洛赫于发表了电子在原子晶格中运动的理论。

1930年，B.古登指出，半导体的导电性是由微小的杂质浓度引起的。这很重要。

1931年，艾伦·赫里斯·威尔逊（Alan Herries Wilson）建立了传导的能带理论，并提出了带隙的概念。沃尔特·H·肖特基和内维尔·弗朗西斯·莫特（Nevill Francis Mott）开发了势垒模型和金属半导体结的特性模型。

1938年，鲍里斯·达维多夫（Boris Davydov）发展了氧化铜整流器理论，确定了P-N结的效应以及少数载流子和表面态的重要性。半导体基本出现了。

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二极管与晶体管时代

1922 年，奥列格·洛谢夫研制出用于无线电的双端负阻放大器。

1926 年，尤利乌斯·埃德加·利利菲尔德申请了一种类似场效应晶体管的装置的专利，但并不实用。

1938年，德国的R.希尔施和RW波尔展示了一种固态放大器，采用类似真空管控制栅极的结构。虽然该装置显示出功率增益，但截止频率为每秒一个周期，对于任何实际应用来说都太低，但却是当时理论的有效应用。

1938年，威廉·肖克利和A·霍尔顿在贝尔实验室开始研究固态放大器。

1941年，拉塞尔·奥尔观察到了第一个硅P-N结构，当时他发现一个样本对光敏感，其一端是P型杂质，另一端是N型杂质，两者之间有一条清晰的边界。从该样本的P-N边界处切下的薄片在光照下会产生电压。这是关键的一年。

1947年，第一个能工作的晶体管——点接触晶体管，由约翰·巴丁、沃尔特·布拉顿和威廉·肖克利于在贝尔实验室发明。

二战期间，赫伯特·马塔雷在法国观察到了锗基片上相邻点接触之间的放大效应。

第二次世界大战战后，贝尔实验室宣布发明「晶体管」后不久，马塔雷的团队就宣布了他们的「Transistron」放大器。

1954年，物理化学家莫里斯·塔南鲍姆在贝尔实验室制造出了第一个硅结型晶体管。晶体管的出现，彻底改变了电子产品的面貌，也为后来的信息时代打下了坚实基础。

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集成电路的出现与发展

晶体管虽然好，但如果一个电子设备需要成千上万个晶体管，那组装起来还是太麻烦了。

1958年，美国的德州仪器公司的基尔比发明了集成电路。他把多个晶体管、电阻、电容等元器件，一次性制作在一小块半导体材料上，通过内部连接，形成了一个完整的电路单元。这就像把很多小零件打包成一个大件，大大简化了电子产品的制造工艺，也让电子设备变得更小、更强大。从此，半导体进入了「集成化」的小而精时代，开启了现代微电子技术的新阶段。

集成电路问世后，英特尔创始人之一戈登·摩尔提出了著名的摩尔定律。他认为集成电路上可容纳的元器件数量大约每18-24个月就会翻一番，性能也会随之提升，成本却会下降。这个定律就像一个魔咒，推动着半导体技术一路狂飙。芯片变得越来越小、越来越快、越来越便宜。

1971年，英特尔（Intel）推出全球第一块微处理器4004，实际上是将CPU功能集于一块芯片上。随着芯片的发展，也影响了电脑和互联网时代的到来，以及智能手机的普及，等等。

20世纪80年代至今，超大规模集成技术不断发展，现代芯片已经发展到可以集成数千万甚至数千亿晶体管。CMOS技术成为主体工艺，与双极技术（BJT）彻底分离。CPU由80486发展到Pentium、Core系列，GPU由渲染辅助转为高度并行的数据处理器。

再退三十年，你是无法设想如今人们手中小小手机的强大功能的，那简直是天方夜谭。可它就是现实。

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未来世界

现在，半导体技术还在不断发展，我们正在追求更小的制程（比如几纳米的芯片）、更强大的计算能力（比如AI芯片），以及更广泛的应用领域。这也成为中国与西方在意识形态对垒的情形下，进行科技博弈的关键所在。

简单概括一下，半导体的历史就是从最初发现材料的特殊性，到发明晶体管，再到集成电路，然后不断追求集成度更高、性能更强的芯片，从而彻底改变了人类生活，开启了信息时代的一部科技史。

但是，我发现一个悲哀的事实，在整个半导体的发展历程中，没有中国人的影子。对此，我们是否应该做一些反省，以便知耻而后勇？