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半導體指(zhi)常溫下導電性(xing)能介于導體與絕緣(yuan)體之間的材料。

半(ban)導(dao)體在集成(cheng)電(dian)路、消費電(dian)子、通信系(xi)統、光(guang)伏發電(dian)、照明、大功率電(dian)源轉換等領(ling)域都有(you)應用，如二極(ji)管就是采(cai)用半(ban)導(dao)體制作(zuo)的器件。

無(wu)論從科(ke)技或是經濟發展(zhan)的(de)角度(du)來看，半導體(ti)的(de)重(zhong)要性都(dou)是非常巨大(da)的(de)。大(da)部分的(de)電子產品，如計算機(ji)、移動(dong)電話或是數字錄音機(ji)當(dang)中的(de)核(he)心(xin)單(dan)元都(dou)和(he)半導體(ti)有著極為密切的(de)關(guan)聯。

常見的(de)半導體材料(liao)有硅、鍺(zang)、砷化鎵等，硅是各種半導體材料(liao)應用(yong)中最具有影響力的(de)一種。

物理定義

物(wu)質存(cun)在(zai)的(de)(de)(de)形式多(duo)種(zhong)多(duo)樣，固體(ti)(ti)(ti)、液(ye)體(ti)(ti)(ti)、氣體(ti)(ti)(ti)、等離子體(ti)(ti)(ti)等等。我們通常把導電性差的(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)，如煤、人工(gong)晶體(ti)(ti)(ti)、琥珀、陶瓷等稱(cheng)為絕(jue)緣(yuan)體(ti)(ti)(ti)。而(er)把導電性比(bi)較好的(de)(de)(de)金(jin)屬如金(jin)、銀、銅、鐵(tie)、錫、鋁等稱(cheng)為導體(ti)(ti)(ti)。可以簡單的(de)(de)(de)把介于導體(ti)(ti)(ti)和(he)(he)絕(jue)緣(yuan)體(ti)(ti)(ti)之間的(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)稱(cheng)為半導體(ti)(ti)(ti)。與導體(ti)(ti)(ti)和(he)(he)絕(jue)緣(yuan)體(ti)(ti)(ti)相比(bi)，半導體(ti)(ti)(ti)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)發(fa)現是最晚的(de)(de)(de)，直到20世紀30年(nian)代，當材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)提(ti)純技術(shu)改進以后(hou)，半導體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)存(cun)在(zai)才(cai)真正被(bei)學術(shu)界(jie)認(ren)可。

半導(dao)體(ti)是指在常溫(wen)下導(dao)電(dian)性(xing)能(neng)介于導(dao)體(ti)與絕緣體(ti)之(zhi)間的(de)材料(liao)。半導(dao)體(ti)是指一(yi)種導(dao)電(dian)性(xing)可控(kong)，范圍從(cong)絕緣體(ti)到(dao)導(dao)體(ti)之(zhi)間的(de)材料(liao)。從(cong)科學技術和經(jing)濟發展(zhan)的(de)角(jiao)度來看，半導(dao)體(ti)影響著(zhu)人們的(de)日常工作生活，直(zhi)到(dao)20世紀30年代這(zhe)一(yi)材料(liao)才被(bei)學界(jie)所認(ren)可。

發現歷史

半導(dao)體的發(fa)現實際上可(ke)以追(zhui)溯到很久以前(qian)。

1833年，英國科學(xue)家電(dian)子學(xue)之父法拉第最先(xian)發(fa)現硫(liu)化(hua)銀(yin)(yin)的電(dian)阻隨(sui)著溫度的變化(hua)情況(kuang)不同于一般金屬，一般情況(kuang)下，金屬的電(dian)阻隨(sui)溫度升高(gao)而增加，但法拉第發(fa)現硫(liu)化(hua)銀(yin)(yin)材料的電(dian)阻是隨(sui)著溫度的上(shang)升而降(jiang)低。這是半導(dao)體現象(xiang)的首(shou)次(ci)發(fa)現。

不(bu)久，1839年法國的(de)(de)貝(bei)克萊爾發現半導體和電解質接觸形成的(de)(de)結，在光照下會產生一個電壓，這就(jiu)是后(hou)來人們熟知的(de)(de)光生伏特效(xiao)應，這是被發現的(de)(de)半導體的(de)(de)第(di)二個特性。

1873年，英國的(de)史密斯發現硒晶體材(cai)料在(zai)光照下(xia)電導增加的(de)光電導效應，這是半導體的(de)第三種特性。

在1874年，德國的(de)布勞恩觀察到某些硫化物的(de)電(dian)導(dao)與所(suo)加(jia)電(dian)場的(de)方向(xiang)有(you)關，即它(ta)(ta)的(de)導(dao)電(dian)有(you)方向(xiang)性(xing)(xing)，在它(ta)(ta)兩端(duan)加(jia)一個正向(xiang)電(dian)壓(ya)，它(ta)(ta)是導(dao)通的(de)；如果把電(dian)壓(ya)極性(xing)(xing)反過(guo)來，它(ta)(ta)就不導(dao)電(dian)，這(zhe)就是半導(dao)體(ti)的(de)整流效應，也是半導(dao)體(ti)所(suo)特有(you)的(de)第四種特性(xing)(xing)。同(tong)年，舒(shu)斯特又發現(xian)了銅(tong)與氧(yang)化銅(tong)的(de)整流效應。

半導體(ti)的這四(si)個(ge)特性，雖在1880年以前(qian)就(jiu)先(xian)后(hou)被(bei)發(fa)現了，但半導體(ti)這個(ge)名詞大(da)概到(dao)1911年才被(bei)考(kao)尼白格和維斯首次使(shi)用。而總結出(chu)半導體(ti)的這四(si)個(ge)特性一(yi)直到(dao)1947年12月才由貝爾實驗(yan)室完成。

2019年(nian)10月，一國際科研團隊(dui)稱與傳統霍爾測(ce)量(liang)中僅(jin)獲得3個(ge)參(can)(can)數(shu)相比，新技術在(zai)每個(ge)測(ce)試光(guang)強(qiang)度下最多可(ke)獲得7個(ge)參(can)(can)數(shu)：包(bao)括電子和空(kong)穴(xue)的(de)遷移率；在(zai)光(guang)下的(de)載荷子密度、重組(zu)壽命、電子、空(kong)穴(xue)和雙極性(xing)類型的(de)擴散長度。

分類及性能

（1）元素半導(dao)(dao)體(ti)。元素半導(dao)(dao)體(ti)是指(zhi)單一元素構(gou)成的(de)(de)(de)(de)半導(dao)(dao)體(ti)，其中(zhong)對硅(gui)(gui)(gui)、硒的(de)(de)(de)(de)研(yan)究比較早。它是由相(xiang)同元素組成的(de)(de)(de)(de)具(ju)有半導(dao)(dao)體(ti)特性(xing)的(de)(de)(de)(de)固體(ti)材料，容易受到(dao)微量雜質和外界條(tiao)件的(de)(de)(de)(de)影響而發(fa)生(sheng)變化(hua)。目前，只(zhi)有硅(gui)(gui)(gui)、鍺性(xing)能(neng)好，運用的(de)(de)(de)(de)比較廣，硒在電子照明和光電領域(yu)中(zhong)應用。硅(gui)(gui)(gui)在半導(dao)(dao)體(ti)工(gong)業(ye)中(zhong)運用的(de)(de)(de)(de)多，這(zhe)主要受到(dao)二(er)氧化(hua)硅(gui)(gui)(gui)的(de)(de)(de)(de)影響，能(neng)夠在器件制作上形成掩膜，能(neng)夠提高(gao)半導(dao)(dao)體(ti)器件的(de)(de)(de)(de)穩定性(xing)，利于(yu)自(zi)動(dong)化(hua)工(gong)業(ye)生(sheng)產。

（2）無機(ji)合成物半(ban)導(dao)(dao)體(ti)。無機(ji)合成物主(zhu)要(yao)是通過單(dan)一元(yuan)(yuan)素(su)構(gou)(gou)成半(ban)導(dao)(dao)體(ti)材料(liao)，當然也有(you)多種元(yuan)(yuan)素(su)構(gou)(gou)成的(de)半(ban)導(dao)(dao)體(ti)材料(liao)，主(zhu)要(yao)的(de)半(ban)導(dao)(dao)體(ti)性質有(you)I族(zu)與(yu)(yu)V、VI、VII族(zu)；II族(zu)與(yu)(yu)IV、V、VI、VII族(zu)；III族(zu)與(yu)(yu)V、VI族(zu)；IV族(zu)與(yu)(yu)IV、VI族(zu);V族(zu)與(yu)(yu)VI族(zu)；VI族(zu)與(yu)(yu)VI族(zu)的(de)結合化(hua)合物，但受到元(yuan)(yuan)素(su)的(de)特性和制作(zuo)方式的(de)影響(xiang)，不是所有(you)的(de)化(hua)合物都能夠符(fu)合半(ban)導(dao)(dao)體(ti)材料(liao)的(de)要(yao)求。這一半(ban)導(dao)(dao)體(ti)主(zhu)要(yao)運(yun)用(yong)到高速器件(jian)中，InP制造的(de)晶體(ti)管的(de)速度比其他材料(liao)都高，主(zhu)要(yao)運(yun)用(yong)到光電(dian)集成電(dian)路、抗(kang)核輻射(she)器件(jian)中。對于導(dao)(dao)電(dian)率高的(de)材料(liao)，主(zhu)要(yao)用(yong)于LED等(deng)方面。

（3）有機(ji)(ji)合(he)成物半導(dao)(dao)體(ti)。有機(ji)(ji)化(hua)合(he)物是(shi)指含分(fen)(fen)子(zi)(zi)中(zhong)含有碳(tan)鍵(jian)(jian)的化(hua)合(he)物，把(ba)有機(ji)(ji)化(hua)合(he)物和碳(tan)鍵(jian)(jian)垂(chui)直，疊加(jia)的方(fang)式(shi)能(neng)(neng)夠形成導(dao)(dao)帶(dai)，通(tong)(tong)過化(hua)學的添(tian)加(jia)，能(neng)(neng)夠讓其(qi)進入到能(neng)(neng)帶(dai)，這樣可(ke)以發生(sheng)電(dian)導(dao)(dao)率，從而形成有機(ji)(ji)化(hua)合(he)物半導(dao)(dao)體(ti)。這一(yi)半導(dao)(dao)體(ti)和以往的半導(dao)(dao)體(ti)相比，具有成本低、溶解性好、材料輕加(jia)工容易的特點。可(ke)以通(tong)(tong)過控制(zhi)分(fen)(fen)子(zi)(zi)的方(fang)式(shi)來控制(zhi)導(dao)(dao)電(dian)性能(neng)(neng)，應用(yong)的范圍(wei)比較廣，主要用(yong)于有機(ji)(ji)薄膜、有機(ji)(ji)照明等方(fang)面。

（4）非(fei)(fei)(fei)晶(jing)(jing)態(tai)(tai)半(ban)導(dao)體。它(ta)又(you)被叫(jiao)做(zuo)無定(ding)形(xing)半(ban)導(dao)體或玻璃半(ban)導(dao)體，屬于半(ban)導(dao)電性的一(yi)類材(cai)料。非(fei)(fei)(fei)晶(jing)(jing)半(ban)導(dao)體和(he)其他非(fei)(fei)(fei)晶(jing)(jing)材(cai)料一(yi)樣，都是短程(cheng)有(you)(you)序(xu)(xu)(xu)、長程(cheng)無序(xu)(xu)(xu)結構。它(ta)主(zhu)要是通過(guo)改變原子相對位(wei)置，改變原有(you)(you)的周期性排列，形(xing)成非(fei)(fei)(fei)晶(jing)(jing)硅(gui)。晶(jing)(jing)態(tai)(tai)和(he)非(fei)(fei)(fei)晶(jing)(jing)態(tai)(tai)主(zhu)要區(qu)別于原子排列是否(fou)具有(you)(you)長程(cheng)序(xu)(xu)(xu)。非(fei)(fei)(fei)晶(jing)(jing)態(tai)(tai)半(ban)導(dao)體的性能(neng)控(kong)制難(nan)，隨(sui)著技術的發(fa)明，非(fei)(fei)(fei)晶(jing)(jing)態(tai)(tai)半(ban)導(dao)體開始使用。這一(yi)制作工序(xu)(xu)(xu)簡單，主(zhu)要用于工程(cheng)類，在光吸收方面有(you)(you)很好的效果，主(zhu)要運用到(dao)太陽能(neng)電池和(he)液晶(jing)(jing)顯示屏中。

（5）本(ben)征半(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)：不含雜質且無(wu)(wu)晶格(ge)缺陷(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)半(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)稱為(wei)本(ben)征半(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)。在極低溫度(du)(du)(du)下(xia)，半(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)價帶(dai)(dai)(dai)是(shi)滿帶(dai)(dai)(dai)，受到熱激發后(hou)，價帶(dai)(dai)(dai)中的(de)(de)(de)(de)(de)部分電(dian)(dian)(dian)子(zi)會(hui)越過禁帶(dai)(dai)(dai)進入能量較高的(de)(de)(de)(de)(de)空(kong)(kong)(kong)帶(dai)(dai)(dai)，空(kong)(kong)(kong)帶(dai)(dai)(dai)中存在電(dian)(dian)(dian)子(zi)后(hou)成(cheng)(cheng)為(wei)導(dao)(dao)帶(dai)(dai)(dai)，價帶(dai)(dai)(dai)中缺少一(yi)(yi)(yi)(yi)個電(dian)(dian)(dian)子(zi)后(hou)形成(cheng)(cheng)一(yi)(yi)(yi)(yi)個帶(dai)(dai)(dai)正電(dian)(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)(de)空(kong)(kong)(kong)位，稱為(wei)空(kong)(kong)(kong)穴(xue)。空(kong)(kong)(kong)穴(xue)導(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)并不是(shi)實際(ji)運動(dong)，而是(shi)一(yi)(yi)(yi)(yi)種(zhong)等效。電(dian)(dian)(dian)子(zi)導(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)時等電(dian)(dian)(dian)量的(de)(de)(de)(de)(de)空(kong)(kong)(kong)穴(xue)會(hui)沿其反(fan)方向(xiang)運動(dong)。它們在外電(dian)(dian)(dian)場(chang)作(zuo)用(yong)下(xia)產(chan)(chan)生定向(xiang)運動(dong)而形成(cheng)(cheng)宏觀電(dian)(dian)(dian)流(liu)，分別稱為(wei)電(dian)(dian)(dian)子(zi)導(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)和(he)空(kong)(kong)(kong)穴(xue)導(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)。這種(zhong)由于電(dian)(dian)(dian)子(zi)-空(kong)(kong)(kong)穴(xue)對(dui)的(de)(de)(de)(de)(de)產(chan)(chan)生而形成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)混(hun)合(he)型導(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)稱為(wei)本(ben)征導(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)。導(dao)(dao)帶(dai)(dai)(dai)中的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)會(hui)落入空(kong)(kong)(kong)穴(xue)，電(dian)(dian)(dian)子(zi)-空(kong)(kong)(kong)穴(xue)對(dui)消失，稱為(wei)復(fu)合(he)。復(fu)合(he)時釋放(fang)出的(de)(de)(de)(de)(de)能量變成(cheng)(cheng)電(dian)(dian)(dian)磁(ci)輻射（發光）或晶格(ge)的(de)(de)(de)(de)(de)熱振動(dong)能量（發熱）。在一(yi)(yi)(yi)(yi)定溫度(du)(du)(du)下(xia)，電(dian)(dian)(dian)子(zi)-空(kong)(kong)(kong)穴(xue)對(dui)的(de)(de)(de)(de)(de)產(chan)(chan)生和(he)復(fu)合(he)同時存在并達到動(dong)態平(ping)衡，此時半(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)具(ju)有一(yi)(yi)(yi)(yi)定的(de)(de)(de)(de)(de)載(zai)流(liu)子(zi)密(mi)度(du)(du)(du)，從而具(ju)有一(yi)(yi)(yi)(yi)定的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)阻(zu)率。溫度(du)(du)(du)升高時，將產(chan)(chan)生更(geng)多的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)-空(kong)(kong)(kong)穴(xue)對(dui)，載(zai)流(liu)子(zi)密(mi)度(du)(du)(du)增加，電(dian)(dian)(dian)阻(zu)率減(jian)小。無(wu)(wu)晶格(ge)缺陷(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)純凈半(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)阻(zu)率較大，實際(ji)應(ying)用(yong)不多。

應用領域

半導(dao)體在(zai)集成電(dian)路(lu)、消費電(dian)子、通信(xin)系統、光(guang)伏發電(dian)、照(zhao)明(ming)應用、大功率電(dian)源(yuan)轉換(huan)等領域(yu)應用。

光伏應用

半(ban)導(dao)體(ti)(ti)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)光(guang)(guang)生伏特效應是太(tai)(tai)陽能電(dian)池(chi)運(yun)行的基本原(yuan)理。現階段半(ban)導(dao)體(ti)(ti)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的光(guang)(guang)伏應用已經成(cheng)為一(yi)大熱門，是目前世界上增長最快(kuai)、發展(zhan)最好的清潔能源市場(chang)。太(tai)(tai)陽能電(dian)池(chi)的主(zhu)要(yao)制作材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)是半(ban)導(dao)體(ti)(ti)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)，判(pan)斷太(tai)(tai)陽能電(dian)池(chi)的優劣主(zhu)要(yao)的標(biao)準是光(guang)(guang)電(dian)轉化率，光(guang)(guang)電(dian)轉化率越(yue)高(gao)，說明太(tai)(tai)陽能電(dian)池(chi)的工作效率越(yue)高(gao)。根據應用的半(ban)導(dao)體(ti)(ti)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的不同(tong)，太(tai)(tai)陽能電(dian)池(chi)分為晶體(ti)(ti)硅太(tai)(tai)陽能電(dian)池(chi)、薄膜電(dian)池(chi)以及III-V族化合物(wu)電(dian)池(chi)。

照明應用

LED是建(jian)立在半(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)晶體(ti)(ti)管上的半(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)發光(guang)(guang)二極管，采用LED技術半(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)光(guang)(guang)源體(ti)(ti)積小，可以(yi)實現平面(mian)封裝(zhuang)，工作時發熱(re)量低、節能高效，產品壽(shou)命長、反應速(su)度快，而且綠色環保無污染，還能開發成輕(qing)薄短(duan)小的產品，一經(jing)問世(shi)，就迅速(su)普及，成為新一代的優質照明(ming)光(guang)(guang)源，目(mu)前已(yi)經(jing)廣泛的運用在我們(men)的生活中。如交通指示燈、電(dian)子產品的背光(guang)(guang)源、城市夜景美化光(guang)(guang)源、室內照明(ming)等各個領域，都(dou)有應用。

大功率電源轉換

交流電(dian)(dian)(dian)(dian)和直流電(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)(de)相互轉換(huan)對(dui)于(yu)電(dian)(dian)(dian)(dian)器(qi)(qi)的(de)(de)使用(yong)十(shi)分重(zhong)要(yao)，是(shi)對(dui)電(dian)(dian)(dian)(dian)器(qi)(qi)的(de)(de)必要(yao)保護(hu)。這就要(yao)用(yong)到等(deng)電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)轉換(huan)裝置(zhi)。碳(tan)化硅(gui)擊(ji)穿電(dian)(dian)(dian)(dian)壓強度高，禁(jin)帶寬(kuan)度寬(kuan)，熱導(dao)性(xing)高，因此SiC半導(dao)體(ti)器(qi)(qi)件十(shi)分適合(he)應(ying)用(yong)在功率(lv)密度和開關頻(pin)率(lv)高的(de)(de)場(chang)合(he)，電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)裝換(huan)裝置(zhi)就是(shi)其(qi)中之(zhi)一(yi)。碳(tan)化硅(gui)元件在高溫、高壓、高頻(pin)的(de)(de)又(you)一(yi)表現(xian)使得現(xian)在被廣泛使用(yong)到深井鉆(zhan)探，發電(dian)(dian)(dian)(dian)裝置(zhi)中的(de)(de)逆(ni)變(bian)器(qi)(qi)，電(dian)(dian)(dian)(dian)氣混動(dong)汽車的(de)(de)能量轉化器(qi)(qi)，輕(qing)軌列車牽引動(dong)力轉換(huan)等(deng)領域。由(you)于(yu)SiC本身的(de)(de)優(you)勢以及現(xian)階(jie)段行業對(dui)于(yu)輕(qing)量化、高轉換(huan)效率(lv)的(de)(de)半導(dao)體(ti)材(cai)料需要(yao)，SiC將會取(qu)代Si，成為應(ying)用(yong)最廣泛的(de)(de)半導(dao)體(ti)材(cai)料。

半導體制冷技術

半導(dao)(dao)體制冷技(ji)術(shu)(shu)(shu)是目前的(de)(de)制冷技(ji)術(shu)(shu)(shu)中應用(yong)(yong)比較廣泛(fan)的(de)(de)。農作物在溫室大(da)棚(peng)中生長(chang)中，半導(dao)(dao)體制冷技(ji)術(shu)(shu)(shu)可以(yi)對(dui)環(huan)境(jing)溫度有效控制，特別是一些對(dui)環(huan)境(jing)具(ju)有很高要求的(de)(de)植(zhi)物，采用(yong)(yong)半導(dao)(dao)體制冷技(ji)術(shu)(shu)(shu)塑造(zao)生長(chang)環(huan)境(jing)，可以(yi)促進植(zhi)物的(de)(de)生長(chang)。半導(dao)(dao)體制冷技(ji)術(shu)(shu)(shu)具(ju)有可逆性，可以(yi)用(yong)(yong)于(yu)制冷，也可以(yi)用(yong)(yong)于(yu)制熱(re)，對(dui)環(huan)境(jing)溫度的(de)(de)調節具(ju)有良好的(de)(de)效果。

運行原理

半(ban)(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)(ti)制(zhi)(zhi)冷技(ji)(ji)術的(de)(de)應(ying)用(yong)原(yuan)理(li)是(shi)(shi)(shi)建立在(zai)(zai)(zai)(zai)帕(pa)爾(er)帖原(yuan)理(li)的(de)(de)基(ji)礎(chu)上的(de)(de)。1834年，法國科學家帕(pa)爾(er)帖發(fa)現了(le)半(ban)(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)(ti)制(zhi)(zhi)冷作用(yong)。帕(pa)爾(er)貼(tie)原(yuan)理(li)又被稱(cheng)為是(shi)(shi)(shi)”帕(pa)爾(er)貼(tie)效(xiao)益“，就是(shi)(shi)(shi)將兩(liang)種不(bu)同的(de)(de)導(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)(ti)充分運(yun)(yun)用(yong)起來，使(shi)用(yong)A和B組成的(de)(de)電(dian)(dian)路，通入直流(liu)(liu)(liu)電(dian)(dian)，在(zai)(zai)(zai)(zai)電(dian)(dian)路的(de)(de)接(jie)頭(tou)處可(ke)以產生焦耳熱(re)，同時還會(hui)釋放出一(yi)(yi)些(xie)其它的(de)(de)熱(re)量(liang)(liang)，此時就會(hui)發(fa)現，另(ling)一(yi)(yi)個接(jie)頭(tou)處不(bu)是(shi)(shi)(shi)在(zai)(zai)(zai)(zai)釋放熱(re)量(liang)(liang)，而是(shi)(shi)(shi)在(zai)(zai)(zai)(zai)吸收熱(re)量(liang)(liang)。這種現象是(shi)(shi)(shi)可(ke)逆(ni)的(de)(de)，只要(yao)對電(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)的(de)(de)方向進行改(gai)變，放熱(re)和吸熱(re)的(de)(de)運(yun)(yun)行就可(ke)以進行調(diao)節，電(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)的(de)(de)強度與吸收的(de)(de)熱(re)量(liang)(liang)和放出的(de)(de)熱(re)量(liang)(liang)之間存(cun)(cun)在(zai)(zai)(zai)(zai)正比(bi)例關系，與半(ban)(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)(ti)自身所(suo)(suo)(suo)具(ju)備(bei)的(de)(de)性質也存(cun)(cun)在(zai)(zai)(zai)(zai)關系。由(you)于金屬材料的(de)(de)帕(pa)爾(er)帖效(xiao)應(ying)是(shi)(shi)(shi)相對較(jiao)弱的(de)(de)，而半(ban)(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)(ti)材料基(ji)于帕(pa)爾(er)帖原(yuan)理(li)運(yun)(yun)行，所(suo)(suo)(suo)產生的(de)(de)效(xiao)應(ying)也會(hui)更強一(yi)(yi)些(xie)，所(suo)(suo)(suo)以，在(zai)(zai)(zai)(zai)制(zhi)(zhi)冷的(de)(de)材料中，半(ban)(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)(ti)就成為了(le)主要(yao)的(de)(de)原(yuan)料。但是(shi)(shi)(shi)，對于這種材料的(de)(de)使(shi)用(yong)中，需要(yao)注(zhu)意多數的(de)(de)半(ban)(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)(ti)材料的(de)(de)無量(liang)(liang)綱值接(jie)近1，比(bi)固體(ti)(ti)(ti)(ti)理(li)論模型要(yao)低一(yi)(yi)些(xie)，在(zai)(zai)(zai)(zai)實(shi)際數據的(de)(de)計算上所(suo)(suo)(suo)獲得的(de)(de)結果是(shi)(shi)(shi)4，所(suo)(suo)(suo)以，對于半(ban)(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)(ti)材料的(de)(de)應(ying)用(yong)中，要(yao)使(shi)得半(ban)(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)(ti)制(zhi)(zhi)冷技(ji)(ji)術合理(li)運(yun)(yun)用(yong)，就要(yao)深入研(yan)究。

應用策略

半導體制(zhi)冷技術(shu)已經(jing)廣(guang)泛應(ying)用(yong)在(zai)醫藥(yao)領(ling)域(yu)中，工業領(ling)域(yu)中，即便是日常生活中也得以應(ying)用(yong)，所以，該技術(shu)是有非常重(zhong)要的(de)(de)發展前景的(de)(de)。

例如，將導體制(zhi)冷(leng)技(ji)術用于現代的(de)(de)各種制(zhi)冷(leng)設備中(zhong)(zhong)，諸如冰(bing)(bing)箱(xiang)、空調等(deng)等(deng)，都可以(yi)(yi)配置電子(zi)冷(leng)卻器。半導體冰(bing)(bing)箱(xiang)就(jiu)是使(shi)用了半導體制(zhi)冷(leng)技(ji)術。在具體的(de)(de)應用中(zhong)(zhong)，可以(yi)(yi)根據不同客戶的(de)(de)需要(yao)使(shi)用，以(yi)(yi)更好(hao)地滿足客戶的(de)(de)要(yao)求。

不同數量(liang)(liang)的(de)半導體制(zhi)冷芯(xin)片，在連接(jie)的(de)過程(cheng)中可以根據(ju)需要(yao)采(cai)用并(bing)聯(lian)的(de)方式或串聯(lian)的(de)方式，放置在合適(shi)的(de)位置就可以發(fa)揮(hui)作用。二十(shi)世紀50年(nian)代(dai)，前蘇(su)聯(lian)開發(fa)了一種小型模型冰(bing)箱，只有10升(sheng)的(de)容量(liang)(liang)，冰(bing)箱的(de)體積(ji)非(fei)常小，使用便(bian)利。日本研制(zhi)出(chu)一種冰(bing)箱，是專門用于(yu)(yu)儲存紅酒(jiu)的(de)。對(dui)于(yu)(yu)溫(wen)度(du)要(yao)嚴(yan)格(ge)控制(zhi)，應用半導體制(zhi)冷技術就可以滿足冰(bing)箱的(de)制(zhi)冷要(yao)求。隨著社會(hui)的(de)不斷發(fa)展，人們在追求生活質量(liang)(liang)的(de)同時(shi)(shi)，對(dui)于(yu)(yu)制(zhi)冷設備的(de)要(yao)求也越來越高。當(dang)人們使用半導體冰(bing)箱的(de)時(shi)(shi)候，就會(hui)發(fa)現這種冰(bing)箱比傳(chuan)統冰(bing)箱的(de)耗電量(liang)(liang)更低(di)一些，甚至(zhi)可以達(da)到(dao)20%，節能(neng)效果良好。

使用(yong)(yong)半(ban)導體(ti)空調，與(yu)日常生活中(zhong)(zhong)使用(yong)(yong)的(de)(de)空調不(bu)同，而(er)是應(ying)(ying)用(yong)(yong)于特殊場所中(zhong)(zhong)，諸如機艙(cang)、潛艇等(deng)等(deng)。采用(yong)(yong)相(xiang)對穩定的(de)(de)制冷(leng)技術(shu)(shu)，不(bu)僅可以保證快速(su)制冷(leng)，而(er)且可能夠(gou)滿足半(ban)導體(ti)制冷(leng)技術(shu)(shu)的(de)(de)各項要求。一些美(mei)國(guo)公司(si)發現半(ban)導體(ti)制冷(leng)技術(shu)(shu)還有一個重要的(de)(de)功能，就是在有源電池中(zhong)(zhong)合(he)理應(ying)(ying)用(yong)(yong)，就可以確保電源持(chi)續供應(ying)(ying)，可以超過8小(xiao)時。在汽車制冷(leng)設備中(zhong)(zhong)，半(ban)導體(ti)制冷(leng)技術(shu)(shu)也得到(dao)應(ying)(ying)用(yong)(yong)。包括農業(ye)、天文學(xue)以及醫學(xue)領域，半(ban)導體(ti)制冷(leng)技術(shu)(shu)也發揮著重要的(de)(de)作用(yong)(yong)。

難點以及所存在的問題

（一）半導體制冷技術的難點

半導(dao)(dao)體制(zhi)冷(leng)的(de)(de)過程中會(hui)(hui)涉(she)及到很(hen)多(duo)的(de)(de)參數，而且條件是復(fu)雜多(duo)變的(de)(de)。任何一個參數對冷(leng)卻效(xiao)(xiao)果(guo)(guo)都會(hui)(hui)產(chan)生影(ying)響(xiang)。實(shi)(shi)驗室研究中，由于(yu)難(nan)以滿(man)足規定的(de)(de)噪(zao)聲，就(jiu)需要對實(shi)(shi)驗室環境進行研究，但是一些影(ying)響(xiang)因素的(de)(de)探討是存在難(nan)度的(de)(de)。半導(dao)(dao)體制(zhi)冷(leng)技術是基于(yu)粒子效(xiao)(xiao)應(ying)的(de)(de)制(zhi)冷(leng)技術，具有可逆性。所以，在制(zhi)冷(leng)技術的(de)(de)應(ying)用過程中，冷(leng)熱端就(jiu)會(hui)(hui)產(chan)生很(hen)大(da)的(de)(de)溫差，對制(zhi)冷(leng)效(xiao)(xiao)果(guo)(guo)必然(ran)會(hui)(hui)產(chan)生影(ying)響(xiang)。

（二）半(ban)導體制冷技(ji)術(shu)所(suo)存在(zai)的問題

其(qi)一(yi)，半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)材料的(de)(de)優(you)(you)質(zhi)系(xi)數(shu)不能(neng)夠根(gen)據需(xu)要得到(dao)進一(yi)步的(de)(de)提升，這(zhe)就(jiu)必然會對半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)技(ji)(ji)(ji)術(shu)的(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)造成(cheng)影響(xiang)。其(qi)二，對冷(leng)(leng)(leng)端(duan)散熱(re)系(xi)統和熱(re)端(duan)散熱(re)系(xi)統進行優(you)(you)化設計，但(dan)是在(zai)技(ji)(ji)(ji)術(shu)上沒有(you)升級，依然處(chu)于理論(lun)階段(duan)，沒有(you)在(zai)應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)中(zhong)更好(hao)地(di)發揮(hui)作用(yong)(yong)(yong)，這(zhe)就(jiu)導(dao)(dao)(dao)致(zhi)半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)技(ji)(ji)(ji)術(shu)不能(neng)夠根(gen)據應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)需(xu)要予(yu)以(yi)(yi)提升。其(qi)三，半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)技(ji)(ji)(ji)術(shu)對于其(qi)他領域以(yi)(yi)及相關領域的(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)存在(zai)局限性，所以(yi)(yi)，半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)技(ji)(ji)(ji)術(shu)使(shi)用(yong)(yong)(yong)很少(shao)，對于半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)技(ji)(ji)(ji)術(shu)的(de)(de)研究沒有(you)從應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)角度出發，就(jiu)難以(yi)(yi)在(zai)技(ji)(ji)(ji)術(shu)上擴展(zhan)。其(qi)四，市場經濟環境中(zhong)，科學技(ji)(ji)(ji)術(shu)的(de)(de)發展(zhan)，半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)技(ji)(ji)(ji)術(shu)要獲得發展(zhan)，需(xu)要考慮多方面(mian)的(de)(de)問題。重視半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)技(ji)(ji)(ji)術(shu)的(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)，還要考慮各種影響(xiang)因素(su)，使(shi)得該技(ji)(ji)(ji)術(shu)更好(hao)地(di)發揮(hui)作用(yong)(yong)(yong)。

未來發展

以GaN（氮(dan)化(hua)鎵）為(wei)代(dai)表(biao)的(de)(de)(de)第(di)三(san)代(dai)半(ban)導體(ti)(ti)材(cai)料(liao)及(ji)器件的(de)(de)(de)開(kai)發(fa)(fa)是新興半(ban)導體(ti)(ti)產(chan)業的(de)(de)(de)核心(xin)和基礎，其研(yan)究開(kai)發(fa)(fa)呈現(xian)出日新月異(yi)的(de)(de)(de)發(fa)(fa)展勢態。GaN基光電器件中，藍色發(fa)(fa)光二極(ji)管LED率先實現(xian)商品化(hua)生產(chan)成功開(kai)發(fa)(fa)藍光LED和LD之后，科研(yan)方向(xiang)轉移到GaN紫外光探測器上(shang)GaN材(cai)料(liao)在微波功率方面也(ye)有(you)相(xiang)當大的(de)(de)(de)應(ying)用市(shi)場(chang)。氮(dan)化(hua)鎵半(ban)導體(ti)(ti)開(kai)關被譽為(wei)半(ban)導體(ti)(ti)芯片設計上(shang)一(yi)個新的(de)(de)(de)里程(cheng)碑(bei)。美國佛羅里達大學的(de)(de)(de)科學家已(yi)經(jing)開(kai)發(fa)(fa)出一(yi)種可用于(yu)制造新型電子開(kai)關的(de)(de)(de)重要(yao)器件，這種電子開(kai)關可以提供(gong)平穩、無間斷電源。

新(xin)型半(ban)導體材料(liao)在(zai)(zai)(zai)工(gong)(gong)業方(fang)面的(de)(de)(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)(yong)越來(lai)越多。新(xin)型半(ban)導體材料(liao)表現(xian)(xian)為其(qi)結(jie)構穩定，擁有卓越的(de)(de)(de)(de)電(dian)學(xue)特性，而且(qie)成本低廉(lian)，可(ke)被用(yong)(yong)(yong)于制造現(xian)(xian)代(dai)電(dian)子設備中廣泛使用(yong)(yong)(yong)，我(wo)(wo)國(guo)與其(qi)他國(guo)家(jia)相比(bi)在(zai)(zai)(zai)這(zhe)方(fang)面還有著很(hen)大(da)(da)一(yi)(yi)部(bu)分的(de)(de)(de)(de)差距(ju)，通(tong)(tong)(tong)常(chang)會表現(xian)(xian)在(zai)(zai)(zai)對一(yi)(yi)些基本儀(yi)器的(de)(de)(de)(de)制作和加(jia)工(gong)(gong)上(shang)，近幾年(nian)來(lai)，國(guo)家(jia)很(hen)多的(de)(de)(de)(de)部(bu)門(men)已經針對我(wo)(wo)國(guo)相對于其(qi)他國(guo)家(jia)存(cun)在(zai)(zai)(zai)的(de)(de)(de)(de)弱勢(shi)，這(zhe)一(yi)(yi)方(fang)面統一(yi)(yi)的(de)(de)(de)(de)組織了各個(ge)方(fang)面的(de)(de)(de)(de)群體，對其(qi)進(jin)行有效的(de)(de)(de)(de)領導，然(ran)(ran)(ran)后共同(tong)努力去研(yan)制更(geng)(geng)(geng)加(jia)高(gao)水平(ping)的(de)(de)(de)(de)半(ban)導體材料(liao)。這(zhe)樣才能夠在(zai)(zai)(zai)很(hen)大(da)(da)程(cheng)度(du)(du)上(shang)適應(ying)我(wo)(wo)國(guo)工(gong)(gong)業化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)進(jin)步和發(fa)展(zhan)，為我(wo)(wo)國(guo)社會進(jin)步提供更(geng)(geng)(geng)強(qiang)(qiang)大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)動力。首先需(xu)要(yao)進(jin)一(yi)(yi)步對超(chao)晶格量(liang)子阱材料(liao)進(jin)行研(yan)發(fa)，目前(qian)我(wo)(wo)國(guo)半(ban)導體材料(liao)在(zai)(zai)(zai)這(zhe)方(fang)面的(de)(de)(de)(de)發(fa)展(zhan)背景來(lai)看，應(ying)該在(zai)(zai)(zai)很(hen)大(da)(da)程(cheng)度(du)(du)上(shang)去提高(gao)超(chao)高(gao)亮度(du)(du)，紅綠藍光材料(liao)以(yi)(yi)及光通(tong)(tong)(tong)信材料(liao)，在(zai)(zai)(zai)未來(lai)的(de)(de)(de)(de)發(fa)展(zhan)的(de)(de)(de)(de)主(zhu)要(yao)研(yan)究(jiu)方(fang)向上(shang)，同(tong)時要(yao)根據市(shi)場(chang)上(shang)，更(geng)(geng)(geng)新(xin)一(yi)(yi)代(dai)的(de)(de)(de)(de)電(dian)子器件以(yi)(yi)及電(dian)路等要(yao)求進(jin)行強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)，將(jiang)這(zhe)些光電(dian)子結(jie)構的(de)(de)(de)(de)材料(liao)，在(zai)(zai)(zai)未來(lai)生產過程(cheng)中的(de)(de)(de)(de)需(xu)求進(jin)行仔細的(de)(de)(de)(de)分析(xi)和探討，然(ran)(ran)(ran)后去滿足未來(lai)世界(jie)半(ban)導體發(fa)展(zhan)的(de)(de)(de)(de)方(fang)向，我(wo)(wo)們需(xu)要(yao)選擇更(geng)(geng)(geng)加(jia)優(you)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)布(bu)點，然(ran)(ran)(ran)后做好相關的(de)(de)(de)(de)開發(fa)和研(yan)究(jiu)工(gong)(gong)作，這(zhe)樣將(jiang)各種研(yan)發(fa)機構與企業之間建立更(geng)(geng)(geng)好的(de)(de)(de)(de)溝通(tong)(tong)(tong)機制就可(ke)以(yi)(yi)在(zai)(zai)(zai)很(hen)大(da)(da)程(cheng)度(du)(du)上(shang)實現(xian)(xian)高(gao)溫(wen)半(ban)導體材料(liao)，更(geng)(geng)(geng)深一(yi)(yi)步的(de)(de)(de)(de)開發(fa)和利用(yong)(yong)(yong)。