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  • 發布時間:2021-08-27 11:43 原文鏈接: 固態電子器件的歷史發展

      固態電子器件是20世紀40年代發展起來的一類器件,但就其研究工作來說,可追溯到19世紀。1833年,M.法拉第最早發現硫化銀的電導率隨溫度升高而上升,這和一般的金屬導體的性質正好相反。1833年,W.史密斯發現在光照下硒的電導率會改變,這是第一次發現半導體的光電導效應。一年以后,K.F.布勞恩發現硫化鉛和一個觸針接觸可以產生整流效應,在早期的無線電實驗中用作有效的檢波器。1876年,J.C.亞當斯等發現硒的光電池效應。這些都為后來固態電子器件的發展起了先導作用。

      對半導體材料的大量實驗性研究工作開始于19世紀中葉。雖然當時發現了許多新奇的效應,但實驗的數據往往不能重復,這些效應的機理長期得不到確切的解釋。這使半導體電子器件在早期未能很快發展。量子力學建立后人們才對半導體的電學性能有了比較深刻的了解。1900年,M.普朗克提出量子的概念,以后經過許多科學家的努力,弄清了電子和光子具有波動和粒子的二重性。1927年,F.J.M.斯特拉特首先指出電子能量在晶體內部的周期性電場下將形成能帶。1930年,L.N.布里淵對能帶的結構作了進一步分析,使半導體的許多電學、光學和光電性質得到了滿意的定性解釋,但當時定量的分析還十分困難。第二次世界大戰后,由于半導體材料工藝的發展,許多理論和實驗的定量分析才得到比較滿意的結果。

      30年代末,固體的能帶理論已比較成熟。當時英國的莫特,蘇聯的達維多夫和德國的W.H.肖特基幾乎同時發展了金屬和半導體接觸的整流理論。這時,許多科學家想進一步在固態整流器的基礎上探索一種固態放大器。1935年,O.海爾建議用一個控制電極來控制一層半導體薄膜中的電流,從而構成一個固態放大器。1939年,W.B.肖克萊根據肖特基結中空間電荷區的寬度隨反向電壓改變的概念,肯定認為可以利用這個效應來制造一個固態放大器。他們曾用氧化亞銅作為材料,但未成功。第二次世界大戰后,肖克萊等人決定改用鍺和硅單元素半導體材料作為研究對象,繼續探索制作固態放大器的可能性。這個選擇研究對象的改變,在發展固態電子器件的歷史上有著重要的意義。第二次世界大戰前,固態電子器件發展遲緩的一個重要原因是研究對象分散,而且是許多復雜的化合物半導體。化合物半導體材料制備水平不容易提高,實驗數據難以控制,進展也必然緩慢。1947年年底,W.H.布喇頓和J.巴丁在肖克萊的建議下,在研究控制表面態上的束縛電荷的過程中,終于發明了第一個固態放大器──點接觸晶體管。這在固態電子器件的發展過程中,是一個劃時代的事件。1948年貝爾實驗室正式宣布此事。不久,G.K.蒂爾在拉制鍺單晶的過程中制成了比點接觸晶體管性能穩定得多的第一個結型晶體管。50年代中期,隨著各種新工藝的發展,各種類型的晶體管,如合金結晶體管、表面勢壘晶體管、合金擴散晶體管、雙擴散晶體管、臺面晶體管等相繼問世。1960年前后,仙童公司的J.A.霍爾尼研究成功一種硅平面型晶體管工藝,簡稱平面工藝。制成的硅平面晶體管性能穩定,可靠性高,成為以后硅晶體管主要發展方向。平面工藝的發展促進了集成電路的發展。

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