關于半導體物理研究的回顧與展望

榮麗

摘要：半導體物理是凝聚態物理領域中一個非常活躍且重要的分支，本身在大學發展的過程中也是半導體科學技術發展的重要物理基礎。而隨著半個多世紀以來的發展，半導體物理不僅在晶體半導體、非晶體半導體、半導體超晶各、納米半導體和其他領域中獲得非常重大的進展，而且本身也是一種新材料、新結構、新效應和新工藝的集合，在使用的過程中也將在最大程度上豐富凝聚態物理研究的內容，最終更好地促進半導體科學技術在之后的迅速發展。雖然很多大學也對半導體物理進行全面的研究，但本文主要就半導體物理研究的回顧和展望進行全面的分析，也希望能夠給更多在校大學生一些參考性意見。

關鍵詞：半導體研究；物理屬性；回顧策略；展望策略

引言：

目前，我國的信息產業已經成為促進我國國民經濟發展的重要支柱產業。此外，信息產業的迅速發展也進一步地推動了器件制造業和軟件開發業的迅速發展。但在信息產業發展的過程中，有一些新原理和新功能器件的制造也會在很大程度上與半導體物理的研究和發展有很大的關系。而現在很多發達國家和地區都已經在半導體物理領域投入了大量的資金和人力資源，并就全過程的發展進行半導體物理的創新和研究。這樣一種市場運作的狀態也始終會很大程度上加劇國家競爭的程度。因為半導體的物理發展能夠在很大程度上促進社會發展水平的提升和人們生活水平的提升。

1.半導體材料的概述

很多大學都開設了半導體這一新的領域，因為本身的發展歷史非常短，是在本世紀四十年代之后才發展起來的一個新領域。在本世紀初，很多大學甚至還沒有開設半導體這一學科，人們對于半導體本身的概念也不是很了解。很多大學生甚至都只是了解諸如鋁、銅和這些普通的金屬具有很好的導電性，甚至也屬于很好的導電材料[1]。而又把不具備導電性能的金屬材料稱之為絕緣材料。絕緣材料本身的導電性能非常差，包括橡膠和陶瓷等材料都被稱之為絕緣材料，這些材料在生活中應用的場合都比較多。

從導電性能來看，半導體的導電性是介于導電體和絕緣體之間的。在物理試驗中經常會用到類似硅的物質，而這些半導體材料在大學實驗甚至是工業上的應用都不是很多。

2.半導體物理研究的回顧

2.1固體能帶和晶格動力學理論

有關完整的周期結構晶態半導體理論是半導體物理技術發展的開端。而在30年代出現的固體能帶理論和50年代出現的晶格動力學理論往往又為半導體物理發展的過程提供了很好的基礎。從長遠發展的過程來看，固態電子理論的出現不僅能夠使得人們能夠更好地使用包括導帶、價帶和禁帶等的概念，并在這個過程中能夠將包括金屬、半導體和絕緣體等的物體分開。從此人們才會對晶態半導體的認識有了一個質的飛躍，并讓很多大學教授和大學生都能夠更加深刻和牢固地張我半導體內部各種物質的性能和本質，并最終成為各類半導體器件和集成電路發展的重要物質基礎。

2.2有效質量理論和“空穴”概念的提出

晶態半導體在半導體物理研究的過程中一直占據著非常重要的地位。這兩類技術出現的重要理論基礎為有效質量理論和“空穴”概念。有效質量的理論一方面概括了半導體內部勢場的作用，從而使得半導體內部的電子即便一直處于外力控制的范圍之內都可以更好地進行規律的運動，并在運動的過程中并不涉及到半導體內部勢場的作用。另外一方面，有效質量的理論能夠定量地描述出半導體導帶和價帶邊附近的能帶結構，并全面地給出了包括研究半導體過程中出現的淺施主、淺受主能級、激子能級和磁能級等的理論方法，從而才能夠更好地促進大學實驗室中包括回旋共振、磁光吸收和激子光譜等實驗結果。

2.3雷達技術的迅猛發展

隨著第二次世界大戰中雷達技術發展的越來越快，越來越多的半導體材料也正要被用到雷達制造的過程中，半導體材料也在此發展的過程中變得越來越好，從而促使半導體材料發展的越來越快。正因為半導體學科理論方面有了非常可靠的理論基礎，因此也對后續半導體技術的高速發展打下了更好的理論基礎[2]。也正因為越來越多的半導體物理技術被廣泛地應用于生產實踐的過程中，從而使得半導體技術的發展能夠變得越來越繁榮。

3.半導體物理研究的展望

在未來發展的過程中，半導體新材料在未來研究的過程中占據著非常重要的地位，而只有不斷地探索和發現新材料和內部的新性能才能夠更好地促進半導體未來的發展。而在將來，半導體新材料的開發和設計勢必會發展的更好。包括超高速邏輯器件和高性能的光電子器件和這些與器件有關的集成電路系統都將會是當今半導體器件發展的重大趨勢。

半導體的新器件勢必會變得更加小型化，其內部的功能也會變得更加多樣化。從市面上半導體器件發展的過程來看，半導體器件在發展的過程中都是以納米結構為基礎的，而納米量子器件的結構已經成為半導體材料未來發展的重大特征之一。

目前，單電子器件是一種利用先進納米量子技術進行制造的器件。這種器件勢必會在未來半導體物理研究的過程中成為創造新材料的一種新特性和新途徑。而經過幾十年的努力，現在很多人都開始采用先進的設備技術來制造更多的單電子晶體管，并且能夠更好地研究電子晶體管在運輸過程中會產生的一些問題。在未來，如何能夠將電子器件的結構和先進工藝更好地結合起來，從而制造出一種能夠在高溫高壓環境下進行工作的集成電路。這些都是大家需要考慮的問題。

4.結束語

從越來越多的大學開始開設半導體物理研究這一專業的情況來看，包括我國在內的很多國家都已經慢慢重視半導體物理的發展和研究，半導體新材料的發展和應用也會對國家的長遠發展產生非常重要的影響。同時，半導體的新材料也將對社會的發展提供一個有力的推動作用。

參考文獻：

[1]李亞玲，李文博.光柵衍射和布拉格公式[J].2016（3）：125-129

[2]劉恩科，朱秉升，羅晉生.半導體物理學[M].國防工業出版社，2015（4）：139-143