浅谈半导体物理学发展

万俊

摘 要：半导体物理学作为凝聚态物理学的一个分支，己经蓬勃发展了半个多世纪，并成为一个庞大的、发展最为迅速的前沿学科。以此理论为依据生产出的半导体器件在人们的生产、生活、科研、国防、微电子、计算机等领域发挥着不可替代的作用，這也激起人们对半导体物理的极大关注。随着多种需要的发展，半导体物理还将继续发展下去。因此，探讨半导体物理的发展历史、总结历史经验，对了解半导体物理的发展现状和推动半导体物理研究的发展会有所帮助。

关键词：半导体物理；能带理论；金属半导体接触

自1948年发明晶体管到现在己经有半个多世纪了，晶体管的发明开创了半导体科学技术发展的新纪元。半导体科学技术的发展不仅有力地推动了现代科学技术的发展进程，而且从根本上改变了当代人类社会生活的面貌。半导体学科已发展成为一个庞大的学科，并成为当今科学前沿发展最为迅速的学科之一。随着通讯微电子和计算机技术的发展和大量需要，半导体科学还将继续发展下去，了解半导体物理的发展史，对了解半导体物理的发展现状和推动半导体物理研究的发展会有所帮助，因此探讨半导体物理的发展历史并总结历史经验是有意义的。

一、半导体物理研究的早期工作

半导体的大部分基本特性是在二十世纪以前或二十世纪初观测到的。这一时期，半导体物理的理论基础—能带理论还没有建立，也没有完整的理论体系来说明半导体的性质及实验中的现象。但这一时期，已有很多对半导体性质及应用的研究，正是在这些工作的基础上，半导体能带理论建立以后，半导体物理才得以在很短的时间内发展成为一个完整的理论体系。

1. 半导体性质的研究

半导体的研究历史己经延续了一个多世纪，许多早期的工作是在非常困难的情况下进行的。现在我们知道，为了获得无可质疑的实验结果，需要高纯度的材料。早期的工作者们所能利用的材料纯度都很低，同非常高的纯度标准相距很远。尽管如此，人们还是认识到，半导体是一种特殊的物质。在有关半导体各种性质的理论出现之前，人们早已注意到了它们的一些主要性质。

2. 半导体的应用研究

半导体的第一个重要应用是用来做低频交流整流器。早在1886年C.E.Fritts就做出了硒整流器。直到很久以后这种硒整流器也没在动力工程、电子工程或电子设备中得到任何应用。1927年，L.0.Grondhal和P.H.Geiger闭做出了氧化亚铜整流器，这种整流器随即被广泛应用开来，被用做电池光电器件和无线电装置设备中的低功率整流器。整流器的发展促使人们对氧化亚铜和硒这两种半导体材料作了很多研究。

二、半导体物理的发展

二十世纪末，三十年代初，人们将量子理论应用到晶体中去解释其中的电子态，并进一步建立了固体的能带理论。1931年英国物理学家威尔逊应用这一理论给出了区分导体、半导体和绝缘体的微观判据，从而奠定了半导体物理的理论基础。1948年发明的晶体管，又以其独特的功能吸引了人们广泛的注意，大大促进了半导体物理的研究。五十年代，半导体物理的研究蓬勃展开，对半导体的能带结构、各种工艺引起的半导体能带的变化、半导体载流子的平衡及输运、半导体的光电特性等进行研究并作出理论解释，从而发展成为一个完整的理论体系。其中，对PN结、金属半导体接触理论的研究就是在五十年代发展成熟的。六十年代，半导体物理的发展已达到成熟与推广时期。1958年，安德森提出了局域态理论，开创了无序系统研究的新局面，为非晶态半导体物理的研究莫定了基础。1970年，江崎等提出可以通过人工调制能带的方法制备半导体超晶格，使人们得以对人工调制的周期性结构独特的物理特性和二维电子气进行研究。也正是在半导体超晶格的研究中，1980年冯.克利青发现了量子霍尔效应这一低维物理现象。半导体物理的发展经历了从简单到复杂、从三维到低维、从有序到无序的过程，已发展成为一个庞大的理论体系，并具有多个分支学科，象半导体表面物理、半导体超晶格物理、非晶态半导体物理等，现在仍处在科学研究的前沿地位。

三、中国半导体物理界的状况

在我们国内，由于原来的科学基础薄弱，解放前根本没有半导体物理的研究，只是到了解放后才有少数人开始准备半导体的研究工作。1953年春，中国科学院赴苏联考察的代表团回来报告了苏联在半导体科学研究方面的巨大成就与进展情况，使我国物理工作者进一步认识到了半导体科学技术的重要性。原计划于1955年1月召开全国性的半导体物理学讨论会，陆学善、黄昆、王守武、洪朝生与汤定元等五位学者组成筹备委员会，以陆学善为召集人，进行筹备工作。会议由于一些原因被推迟到1956年l月30日在北京举行。党中央提出了向科学进军的号召，使半导体事业倍受鼓舞，当时又有几位半导体专家如高鼎三、成众志等从国外问来，使会议增添了新内容。会议着重介绍了半导体在各方面的应用及物理原理，同时，也交换了有关今后半导体科学技术工作者的培养与半导体的研制机构等惫见。在当年制定的我国12年科学技术远景规划中，半导体技术被列为57项任务之一，半导体的科学研究与人才培养也被列入到1956年的紧急措施范围之内。1956年黄昆领导组织了由北京大学、南京大学、吉林大学、复旦大学和厦门大学五校合办的半导体物理专业。这是我国第一个培养半导体科技人才的专业，黄昆任主任，谢希德任副主任。1958年，谢希德又组建了复旦大学固体物理教研室，并筹建了上海技术物理研究所，兼任副所长.1956年筹集，1960年止式成立了中国科学院半导体所，这是集半导体物理、器件、材料及其应用研究于一体的综合性研究所：1987年，中国科学院成立了表面物理国家重点实验室：1988年半导体所在从事超晶格、最子阱和低维电子研究工作的同时创建了半导体旬超晶格国家重点实验室。中国的半导体事业蓬勃发展起来。有不少工作己经跟上国际发展的步伐，取得了处于发展前沿的成果。

四、结语

晶体管等半导体器件的发明源于社会需求导向的牵引，是科学推力和需求拉力相结合的硕果。虽然新技术的产生直接来源于科学研究的探索，但科学研究项目的决策、组织都体现着潜在的需求。通过有效的组织能够把科学推力和需求拉力结合在一起，即把科学研究可能带来的新进展和技术本身的发展需求联系在一起。这需要学术界和产业界广泛而深入的合作，使科学研究的应用潜力能够与社会经济发展的重要领域相结合，这是科学技术得以快速发展的原动力。

参考文献：

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