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材料與人類文明
核心選修課
材料與人類文明論文
——半導(dǎo)體材料，世界因你而改變
姓名：劉肖飛
班級：計(jì)算機(jī)01
學(xué)號：10055015
摘要
半導(dǎo)體材料的優(yōu)良性能使之在各個(gè)領(lǐng)域大顯身手。我們也因此進(jìn)入了信息時(shí)代。本文主要對半導(dǎo)體材料對軍事、航空航天、計(jì)算機(jī)、通信等領(lǐng)域的影響進(jìn)行論述，并結(jié)合生活中例子來進(jìn)一步說明半導(dǎo)體材料對世界的改變。
關(guān)鍵字：半導(dǎo)體材料，軍事，航空航天，計(jì)算機(jī)，通信
正文：上半世紀(jì)中葉，單晶硅和半導(dǎo)體晶體管的研制成功，以及集成電路的迅速發(fā)展，促使人類對信息的處理能力大幅提升，從而進(jìn)入了信息時(shí)代。而計(jì)算機(jī)作為20世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，也標(biāo)志著人類的計(jì)算能力進(jìn)入了前所未有的高度，在此基礎(chǔ)上，各種集成芯片和半導(dǎo)體材料的發(fā)展再結(jié)合計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用，促使人類在航天、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域取得了質(zhì)的飛躍，人類文明也因此進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代。
1 什么是半導(dǎo)體材料
半導(dǎo)體材料是導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的一種物質(zhì)；它是一類具有半導(dǎo)體性能、可用來制作半導(dǎo)體器件和集成電的電子材料，其電導(dǎo)率在10（U-3）～10（U-9）Ω/cm。
半導(dǎo)體材料可按化學(xué)組成來分，按照這樣分類方法可將半導(dǎo)體材料分為化合物半導(dǎo)體、有機(jī)半導(dǎo)體、固溶體半導(dǎo)體、元素半導(dǎo)體。化合物半導(dǎo)體分為二元化合物半導(dǎo)體和多元化合物半導(dǎo)體；有機(jī)半導(dǎo)體分為有機(jī)分子晶體、有機(jī)分子絡(luò)合物、和高分子聚合物，一般指具有半導(dǎo)體性質(zhì)的碳-碳雙鍵有機(jī)化合物，電導(dǎo)率為10-10~102Ω·cm；固溶體半導(dǎo)體是由兩個(gè)或多個(gè)晶格結(jié)構(gòu)類似的元素化合物相融合而成，有二元系和三元系之分，如ⅣA-ⅣA組成的Ge-Si固溶體，ⅤA-ⅤA組成的Bi-Sb固溶體。原子排列短程有序、長程無序的半導(dǎo)體成為非晶態(tài)半導(dǎo)體，主要有非晶硅、非晶鍺等；元素半導(dǎo)體大約有十幾種，在元素周期表的ⅢA族—ⅦA族的金屬與非金屬元素交界處，如Ge，Si，Se，Te等。①
2 半導(dǎo)體材料的廣泛應(yīng)用
半導(dǎo)體材料以硅為主，但是往往會在純凈的硅晶體中摻雜Ge、Se、Te等少量元素來形成各種不同性能的材料。由于半導(dǎo)體材料的優(yōu)良性能，它們在生活中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，人們的家用電器80%以上都離不開硅材料。從電視機(jī)到手機(jī)，再到家用電腦，一塊小小的集成芯片就為我們提供了極大的便利。半導(dǎo)體在未我們的生活提供便利的同時(shí)，它同樣活躍在高新技術(shù)領(lǐng)域，比如航空航天用到的太陽能電池板、宇航服、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等等；醫(yī)學(xué)中用到的核磁共振成像。不僅如此，半導(dǎo)體在軍事領(lǐng)域也有著戰(zhàn)略性的地位。因此在下文中著重討論半導(dǎo)體在軍事、航空航天、計(jì)算機(jī)、通信等領(lǐng)域的影響，而這些恰恰是我們觸手可
及的，切身感受得到的，我們會發(fā)現(xiàn)，不起眼的半導(dǎo)體有著開啟世界之門的正能量。正是這一塊小小的半導(dǎo)體卻在深刻地影響和改變著世界，世界因“小”而改變。
2.1 半導(dǎo)體之于軍事
2003年的伊拉克戰(zhàn)爭，當(dāng)美國用信息技術(shù)摧毀了薩達(dá)姆的指揮系統(tǒng)之后，以迅雷不及掩耳之勢攻占了伊拉克，而伊軍此時(shí)還是用鋼甲鐵板的坦克去對付來犯之?dāng)�，而他們卻發(fā)現(xiàn)，炮彈對美軍無絲毫作用，是因?yàn)槊儡姸阍诹恕氨忍亍钡暮竺�，這場戰(zhàn)爭也因此成為了現(xiàn)在信息戰(zhàn)的鼻祖，這也是一場硅對鋼的勝利。眾所周知，美國的信息技術(shù)發(fā)展很快，這得益于他們半導(dǎo)體材料制作工藝的成熟，在當(dāng)時(shí)已經(jīng)可以制作超大規(guī)模的集成芯片，而我國當(dāng)時(shí)還得進(jìn)口他們的芯片才能使我們自己的計(jì)算機(jī)運(yùn)行1+1這樣簡單的程序。尤其是再結(jié)合納米技術(shù)，人類已經(jīng)到了能夠操作分子、原子、中子的地步，此時(shí)各種新型的、大規(guī)模殺傷性武器屢見不鮮，正因?yàn)檫@些武器和技術(shù)的出現(xiàn)改變了世界戰(zhàn)爭的格局�，F(xiàn)在戰(zhàn)爭講究信息戰(zhàn)，開張之前實(shí)施電子對抗，真正達(dá)到“不戰(zhàn)而屈人之兵”。因此一個(gè)國家的半導(dǎo)體制作技藝和研究水平在某種程度上決定了它的國防力量。我們不能再以小米加步槍為榮了，必須大力發(fā)展半導(dǎo)體材料武器裝備，才能在未來的戰(zhàn)爭中立于不敗之地。
尤其是激光技術(shù)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的廣為利用，各種新型光學(xué)武器層出不窮，而它們都是以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)代高科技制備而成，有智能化、遠(yuǎn)程化、小型化、復(fù)合化等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代國防軍事領(lǐng)域有著無可替代的作用。綜上所述，我們可以看出半導(dǎo)體材料已經(jīng)成了一個(gè)國家軍事力量的物質(zhì)基礎(chǔ)，如若再忽視它，那后果無異于自毀長城。
2.2 半導(dǎo)體之于航空航天
從人類第一顆人造衛(wèi)星升天，到有了第一艘載人飛船，再到國際空間站的建立，人類對外天空的探索取得了驕人的戰(zhàn)績，我們不再對太空感到神秘，我們開始在天空中尋找我們的起源于出路。然而這其中半導(dǎo)體http://www.szmdbiao.com/news/55B5BC15C11206C7.html材料可謂功不可沒，沒有它，我們不可能這么跳出地球引力，去翱翔更大的“天空”。半導(dǎo)體材料在航天航空中的應(yīng)用我們可能一開始就想到衛(wèi)星已進(jìn)入太空就打開的太陽能電池板，利用硅晶制作的太陽能電池板在為衛(wèi)星源源不斷地輸送著電能，從而保證一切系統(tǒng)的正常工作。除了這一點(diǎn)，其實(shí)半導(dǎo)體材料還在航天航空中的其他地方大顯身手：只要是有自動(dòng)控制系統(tǒng)的地方，都離不開芯片，而芯片正是半導(dǎo)體材料制作而成的；還有某些高性能材料（耐高溫、高壓、高輻射）也需要摻入半導(dǎo)體材料才能發(fā)揮最佳性能。
2.3 半導(dǎo)體之于計(jì)算機(jī)
毫無疑問，半導(dǎo)體材料是構(gòu)成計(jì)算機(jī)的物質(zhì)基礎(chǔ)，沒有它，計(jì)算機(jī)就沒有硬
件，沒有硬件，計(jì)算機(jī)軟件就無生存之地，沒有了軟件，計(jì)算機(jī)也就失去了“靈魂”。從1946年龐大的ENIAC（當(dāng)時(shí)它還是用的電子管）到現(xiàn)今各式各樣的微型機(jī)、巨型機(jī)、PC、單片機(jī)等，人類利用計(jì)算機(jī)這個(gè)超級工具已使自己的計(jì)算機(jī)能力提升了幾十萬倍，給生活帶來了極大的便利。特別是摩爾定律指出，芯片集成度每18個(gè)翻一番。這些技術(shù)的發(fā)展都是以半導(dǎo)體材料的發(fā)展為前提和基礎(chǔ)的。如果沒有半導(dǎo)體材料，就不可能有PN結(jié)；沒有PN結(jié)就不會有二極管、三極管、晶體管；沒有這些管子，現(xiàn)代高集成度的芯片也就不會出現(xiàn)；而失去了這些芯片，計(jì)算機(jī)也就沒有了骨架，將會灰飛煙滅。
我相信我們現(xiàn)代的每一個(gè)人都能切身感受到計(jì)算機(jī)給我們生活帶來的極大便利，從家庭辦公、影視娛樂，再帶科研計(jì)算、自動(dòng)控制，都離開計(jì)算機(jī)，如果半導(dǎo)體材料不發(fā)展，那么計(jì)算機(jī)還會更新這么快嗎？那么我們的生活是不是又要回到那個(gè)手算的年代？因?yàn)槲覍W(xué)的是計(jì)算機(jī)專業(yè)，所以我對這一點(diǎn)的體會非常深刻，就連我們平時(shí)的家用電器里面都有一個(gè)嵌入式芯片以實(shí)現(xiàn)智能化、人性化。因此，半導(dǎo)體材料不像它的名字一樣，雖然導(dǎo)電性能不如金屬材料，但是它的作用遠(yuǎn)非金屬所能比擬的。
2.4 半導(dǎo)體之于通信
十幾年前，我們手里有個(gè)傳呼機(jī)（不過它的個(gè)頭挺大的，功能也簡單）就感覺非常地了不起了；但是經(jīng)過這些年的發(fā)展，我們手里的通信設(shè)備也從最簡單的傳呼到現(xiàn)在的支持視頻、聯(lián)網(wǎng)、無線傳輸?shù)裙δ埽沂謾C(jī)的功能越來越強(qiáng)大，價(jià)錢卻越來越便宜，這不僅是通信技術(shù)進(jìn)步的表現(xiàn)，更要要得益于半導(dǎo)體材料的發(fā)展。沒有半導(dǎo)體的發(fā)展，我們可能還停留于紙質(zhì)書信的通信方式。
3 半導(dǎo)體繼續(xù)改變著世界
我們生活中的IC卡、銀行卡、信用卡等各種磁卡；我們經(jīng)常使用的Flash閃存、移動(dòng)硬盤、光碟等信息存儲設(shè)備；我們家里的收音機(jī)，電視機(jī)、DVD等家電設(shè)備??這些常用的設(shè)備極大的方便和豐富了我們的生活，而這些都是用半導(dǎo)體材料制作的，可以說沒有半導(dǎo)體，我們眼中的世界將會是另一個(gè)樣子。
半導(dǎo)體材料的發(fā)展是相當(dāng)迅速的，這也是我們這個(gè)高速發(fā)展的信息社會的需要，面對信息的爆炸，計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)面臨著一個(gè)極限，人們又想到用量子計(jì)算機(jī)來解決，而量子計(jì)算機(jī)核心是利用硅納米電子器件中磷施主核自旋進(jìn)行信息編碼，通過外加電場控制核自旋間相互作用實(shí)現(xiàn)其邏輯運(yùn)算，自旋測量是由自旋極化電子電流來完成。如果這個(gè)實(shí)驗(yàn)成功，那么我們的社會又將前進(jìn)一大步。
參考：①http://baike.baidu.com/view/50720.htm#3 百度百科
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