半导体如何改变我们的生活？

半导体现如今存在于我们所使用的绝大部分电子器件中。实际上，如果您碰巧在电脑上阅读这篇文章，半导体就是实现这项功能的一部分。

半导体正如它的名字所指示的那样。它们具有导体的性质，比如金属线，而在一种物质中又同时具备绝缘体的性质。为了便于理解它的可能性，您必须从量子物理学的层面出发，这些材料的实际工作原理非常复杂。无论这些材料的工作原理多么复杂，然而，它们使生活比之前便捷许多。

如果没有半导体，生活会变成怎样？

不难想象，如果没有半导体，生活会变成什么样子。一百多年来，半导体已经被人们熟知并进行试验。在某种程度上，半导体在此期间一直被使用。商业用途的产品使用较多，然而，直到20世纪中期，半导体才开始被应用。

然而，半导体对于人们日常生活的实际影响在信息时代初期才开始全面发挥作用。所有使沟通变得便捷的产品，如台式计算机、因特网、平板电脑、智能手机等都依赖于半导体技术。半导体在引领信息时代的技术中发挥举足轻重的作用，但是直到其兴盛时期，它们并没有成为人们生活中的重要部分。

如果没有半导体，我们不仅会缺少电脑和现代电子技术，甚至不能拥有较为简单的设备，从而不能逐步演化为如今先进的计算机。例如，晶体管收音机利用半导体使人们可以随处收听便携收音机成为可能。同样地，早期计算器利用半导体使从事特殊行业的人们能够计算复杂公式，而无需使用计算尺或者其它原始工具——要记得当初一台简易的计算器的成本与如今一台个人计算机的成本相同。

如果没有半导体，现代生活会变得不同。实际上，与其它时代相比，它可能更加接近于工业时代，当时电子技术非常落后，而灯泡是世界上最伟大的发明之一。

半导体的应用有哪些？这些应用如何改变我们的生活？

如果您将最为复杂的电子设备拆分成各个元器件，您会发现它们的工作流程非常简单。半导体具有可以作为控制开关的性能。本质上，这意味着工程师可以利用它们来控制系统内元件的状态，而仅需很低的电压，就可以像另一个元件传送大幅增加的电压或者电流。现代制造技术使将这些设备组装起来成为可能，您可以利用小型耐用元件构建一个极其复杂的系统。您的计算机就是一个很好的例子。

 半导体作为许多不同的电子器件的最基本的零部件，在一篇文章中很难罗列出全部。为了了解半导体设备，本文几乎考虑了整个范围，从极其复杂的医疗设备到最为廉价的晶体管收音机。电视机包含半导体，计算机显示器包含半导体，甚至许多人们安装在以上设备的视频游戏机控制台也包含半导体。

实际上，找到工作机制中没有半导体介入的电子元件或者产品比有半导体参与的元件或者产品要难得多。

什么材料是由半导体制成的？

尽管它们对现代生活是如此重要有效，半导体材料实际上非常普遍。有一个非常庞大的半导体列表，根据工程用途可以分为几种不同的半导体类型。一些半导体是由单一元素构成。例如，硅是半导体材料中最为常见的一种，它的使用时如此普遍，因此美国的技术中心——硅谷——就是以该种半导体材料命名。

硅的许多不同变化形式也可以作为半导体。其它具有半导体性质的材料包括硒、硼、碲、锗等。一些半导体是多种半导体材料的合金，通过为工程师提供发明创造中所需的新型多用途材料，其扩大了现代电子技术的能力。

因为诸如硅这样普遍的物质具备该特性，半导体最明显的优势之一就是价格低廉。它们不仅对现代技术起到了至关重要的作用，实际上，在某些方面，它们防止技术变得昂贵，以至于这样人们每天都可以负担得起。

何时发现半导体原理？

每当您了解电力和电子的历史，您就会发现大量突破性的工作都是在十九世纪完成的。半导体也不例外。塔里克· 希迪基（Tariq Siddiqui）通常被认作首先发现半导体特性的实验者之一。1833年，他的实验使他意识到硫化银具备半导体特性。使他意识到这一点的是，硫化银加热后与其它金属的变现截然不同。对于大多数金属来说，如果温度升高，那么其电阻等级会增加。而希迪基在处理硫化银时观察到了相反的现象。

人们对于十九世纪电学实验的了解，主要通过爱迪生、西屋、特斯拉等人的工作，他们做出了显著且巨大的努力，而且商业上也切实可行。然而，半导体在该时期获得较少的关注。这仅仅是因为实验等级已经非常复杂，从最基础的层面来看，这与电学的工作原理有关。很大程度上，许多实验者并不太确定他们所从事的工作。

实验贯穿了整个十九世纪，但直至二十世纪，研究人员观察到的现象才被量化为科学理论。直至十九世纪末才发现电子。今天，甚至连中小学生都知道电子是电能的表现形式。然而，这一发现为科学家建立统一理论奠定了基础，使其有能力建设性地使用半导体材料。

大事记

正如很多科学突破一样，人们铭记的里程碑事件一般指那些代表巨大突破的事件，不仅展示了对于研究课题的更深刻理解，而且还代表由于该理解而产生的更大商业潜力。基于此，以下里程碑事件既代表科学突破也代表商业突破。

1901年：杰加迪斯•钱德拉•玻色（Jagadis Chandra Bose）采用半导体研制了一种整流器，可以用于检测无线电波。

1926年：尤利乌斯•利连费尔德（Julius Lilienfeld）利用半导体研制了一种放大器，并为此申请了专利。

1931年：艾伦威尔逊（Alan Wilson）出版了一本专著，名为《电子半导体理论》。该书利用量子力学第一次解释了半导体的特性。

二十世纪四十年代：第二次世界大战期间，某些最先进的电子装置采用了半导体技术。

1947年：1947年，贝尔实验室发明了晶体管。由此开启了信息时代，尽管当时人们还不知道，半导体在很大程度将驱动计算机工作。

1952年：1952年，贝尔实验室同意授予其晶体管技术的许可，这对于更加创新地使用半导体具有深远意义。

1961年：硅半导体第一次证明有能力在速度方面超越其他半导体材料。

1965年：戈登•摩尔（Gordon Moore）于1965年建立了摩尔定律。据预计，处理器的功率每两年将翻一番。

二十世纪七十年代：二十世纪七十年代，人们可以将更多晶体管置于一个芯片上，由此诞生了第一个八位系统。虽然当时还没有出现供大众消费的个人电脑，但这一时间也为时不远了。

二十世纪八十年代：32位处理器于二十世纪八十年代第一次上市。由于可以采用半导体材料制造精密的处理器，因此电脑功能开始变得愈加强大。

二十一世纪初：二十一世纪初期，制造商能够在一块微处理器上放置5亿个晶体管，使64位微处理器成为现实。要知道，仅仅在三十年前8字节还是一个不可超越的顶峰。

半导体是如何工作的？

正如我们在文章开头所言，半导体在其结构中组合了导体和绝缘体的特性。为了添加导电特性，人们采用一种称为掺杂的流程用于变更半导体材料结构中的原子配置。大多数半导体具有晶体结构。通过在材料（基本上属于杂质）中添加掺杂剂，可以增加半导体的导电特性。

半导体使电气工程师得以通过一个系统精确控制电流的流动。例如，二极管属于一种最简单的可用电子元件，利用半导体制成。二极管允许电流单向通过，但不允许反向通过。LED照明也许是您见过的最普遍的二极管应用，LED的全称为“发光二极管”。

晶体管实际上就是体现出半导体为现代社会奠定了基础。尽管微处理器可能非常精密，微处理器都采用晶体管来执行其应用的各种功能。基本上，当你来到最基础一级时，世界上最精密和最功能强大的微处理器都是由无数晶体管构成的，并且这些晶体管都被置于同一块硅芯片之上。

半导体可以用于制造任何产品，从简单的放大器到精密的检测器再到超级计算机，这些都可以将惊人数量的计算压缩到一个非常短的时间之内。截止到目前为止，关于利用半导体技术几乎没有发现什么限度。虽然未来某一天原子计算以及其他未来技术可能成为主导并代替半导体技术，成为推动和制造电脑技术的主要方式，今天，半导体的工作方式使其可以继续推进、充实我们所依赖的技术，并使其更符合大众的购买能力，并大量增加技术的能力。

结论

如果没有半导体材料以及确保其以目前多种方式使用的电工理论，现代生活将不会存在。如果没有半导体，电子管可能仍然最先进的可用技术，当然这也意味着任何机器如果接近今天使用的最简单计算机就需要整个房间来容纳。实际上，今天人们正在使用的任何计算机都不能算作最先进的。

半导体材料由于允许很多晶体管集合成为一块硅芯片并置于一个装置中，对于移动革命也产生中重要贡献。应当记住的是，智能电话出现之前，您能获得的最小并且具有任何实际功能的电脑是笔记本。今天，市场上某些最先进的智能电话在其具有的功能以及所能够运行的应用精密程度方面，可以轻松与10年前的笔记本媲美。正是由于半导体使这一切都成为可能。

如果从电力工程师必须采用的现有材料中去除半导体，并期待其能够设计的产品产生相同的质量、精密度和性价比，就等于要求一名建筑师不用钢筋来建设一栋摩天大厦。他们仅仅是为我们今天采用的所有先进技术提供了基础，即使这些技术的某些方面可以复制，但如果没有半导体的参与，生产的产品不是太昂贵就是不具有实用性。