前段時間有人留言，想了解半導體究竟是什么，和導體絕緣體有什么關系？然后羅叔做了調查，發現大多數人，一聽到半導體這個名字的時候，第一時間想到的就是半導體產業，但要他們說一下半導體到底是什么，又說不出個所以然。因此本篇視頻就來給大家介紹，半導體的“前世今生”。

半導體是什么？芯片為什么和半導體密不可分？為啥光刻機如此重要

學過物理的朋友應該都知道，導體就是指非常容易導電的物質，像銅、鋁、鐵等金屬都是導體，水和潮濕的土地也是導體，絕緣體就是不能導電的物質，像玻璃、橡膠等都是絕緣體。而半導體，顧名思義，就是介于導體和絕緣體之間的一種物質，它的導電性處于人類可控的一種狀態。

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很長的一段時間里，人們都以為世界上的物質要么是能導電的，要么是不能導電的。直到1833年，法拉第首次發現，硫化銀的電阻性能不同于其他金屬，一般的金屬電阻是隨著溫度升高而增加，但硫化銀的電阻卻是隨著溫度上升而降低。

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6年后，法國的貝克萊爾又發現，半導體和電解質接觸形成的結，在光照下會產生一個電壓，這就是光伏特效應。然后在30多年后，科學家又發現，光照變化會引起半導體材料，電導變化的現象，即光電導效應，和半導體材料的導電具有方向性，即整流效應，至此半導體的4個主要特性相繼被發現。

不過當時的人們并不知道，這些材料是半導體，也沒有對半導體的特性進行總結。半導體這個名詞是直到1911年，才被考尼白格和維斯首次使用，四個特性更是直到1947年，才被貝爾實驗室總結出來。不過可別小看半導體這四個特性，正是因為它們的存在，由半導體產業創造的信息社會才會出現。

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在學術界的認知里，半導體主要由四個部分組成，集成電路，光電器件，分立器件，傳感器，不過因為集成電路占了其中的80%，所以外行人一般將集成電路看做半導體。而在集成電路里，又分為微處理器、存儲器、邏輯器件，以及模擬器件，這些類似于小盒子的東西，其實就是我們俗稱的芯片。看過羅叔視頻的朋友可能知道，芯片是由晶體管組成的，但如果從材料學的意義上來講，其實晶體管全部全部是由，半導體材料制造的。

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相信大家都知道，手機和電腦等設備我們一般叫做電子產品，但很少有人想過為什么，其實就是因為它的整個運行原理，都離不開電子。可能你要問，導體里面也有大量的電子，為啥不用它呢？這就不得不提到我們前面說的，半導體的第一個特性，它的電阻是隨著溫度的上升而降低的，這是什么意思呢？

普通的金屬溫度一旦升高，內部震動就會隨之加強，電阻也會增大，這時電子運行就會遇到阻礙，而半導體材料則相反，它是隨著溫度升高電阻反而降低，所以電子的運行基本不會受到影響，這個時候晶體管就可以流暢地控制電信號，從而完成一整套的電路邏輯。

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有人可能會問了，為啥是光來雕刻芯片上的電路呢？光導電效應和光伏特效應，也沒應用在芯片工藝上啊，前面我們也說了，半導體和光有特殊關系，不僅有光伏特效應，也有光電導效應，這是什么意思呢？光伏特效應其實就是，半導體材料在光的照射下，會將光子轉換成電子，太陽能電池板就是運用這個原理，雖然一般人認為它和芯片沒什么關系，但半導體材料和光的關系，在這里體現得淋漓盡致，而光電導效應就是指光照越強，光電導材料的電阻率就會越小。如果在低溫條件下，由它制造的元器件就可以通過，中遠紅外輻射進行探測。

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雖然不知道光刻機的作用，是不是也是這個原理，但羅叔在以前的視頻里介紹過，芯片在制造的時候，一般先將半導體進行切割，這些片狀的物體叫做晶圓，晶圓經過熱處理以后，會得到半導體的氧化物，這時在上面涂上一層光阻物質，也就是光刻膠，就可以通過紫外線，將復雜的電路結構圖刻畫在晶圓上，這個過程是極其復雜難做的。后來科學家經過研究，發現使用極紫外線照射半導體材料后，芯片的存儲容量會出現增長，其速度也比原來快100倍。

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而用光來“雕刻”其實涉及到了雕刻工藝，目前的集成電路制造，一般是在幾平方厘米的面積上，造出成千上萬的晶體管，而每個器件的結構也相當微小和復雜，要在上面雕刻電路，只用通過光來實現，而波長越短的光，刻蝕到半導體材料上的晶體管就越多，因此光刻機對芯片制造來說，是極其關鍵的一步。張眼看世界，羅叔聊風云，喜歡的朋友記得點個關注。