修订1-半导体物理学绪论

1、半导体器件半导体器件半导体物理学半导体物理学Semiconductor Physics半导体器件半导体器件绪绪 言言基础晶体结构能带结构主体载流子应用MIS结构M/S导体接触pn结半导体器件半导体器件课程任务课程任务 阐述半导体物理的基础理论和半导体的主阐述半导体物理的基础理论和半导体的主要性质，为专业课程和科学研究奠定基础要性质，为专业课程和科学研究奠定基础, ,拓宽知识领域。拓宽知识领域。 课程学时课程学时 32 32；课堂讲授（；课堂讲授（PPTPPT）+ +板书；自学板书；自学 半导体器件半导体器件半导体物理学 教材教材:半导体物理学半导体物理学(第六第六/七版七版)，刘恩科等编著，刘

2、恩科等编著，电子工业出版社电子工业出版社 参考参考: 半导体物理学上册半导体物理学上册 叶良修编；叶良修编； 半导体物理学半导体物理学 顾祖毅编；顾祖毅编； Physics of Semiconductor Devices 施敏施敏. 半导体器件半导体器件1、强调概念理解、强调概念理解2、注重基本理论、注重基本理论3、紧密联系实际、紧密联系实际授课重点授课重点半导体器件半导体器件参考资料参考资料：半导体物理学上册半导体物理学上册 叶良修编；叶良修编； 半导体物理学半导体物理学 顾祖毅编；顾祖毅编；Physics of Semiconductor Devices 施敏施敏. 半导体器件半导体器件

3、半导体发展史半导体发展史 半导体物理学作为凝聚态物理半导体物理学作为凝聚态物理学的一个分支学的一个分支,己经蓬勃发展了半己经蓬勃发展了半个多世纪个多世纪,并成为一个庞大的、发并成为一个庞大的、发展最为迅速的前沿学科。以此理论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子、计算机等领域发挥着不可替代的作用。的作用。半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件1-负电阻温度系数负电阻温度系数 1834年年,法拉第发现硫化银电阻能随着温度法拉第发现硫化银电阻能随着温度的

4、上升而下降的上升而下降-负的温度系数负的温度系数-区分半导区分半导体和金属及一些不良导体体和金属及一些不良导体-不充分不充分-金属金属薄膜同性质。薄膜同性质。半导体器件半导体器件2-光电导效应光电导效应 1873年，年，W.Smith在实验电路中发现在实验电路中发现Se的的光电导效应光电导效应-光照而电阻减小的现象光照而电阻减小的现象 除高电导率的金属外，大多数的半导体和除高电导率的金属外，大多数的半导体和绝缘体都存在这种效应。因此，光电导现绝缘体都存在这种效应。因此，光电导现象是半导体的主要特征之一。象是半导体的主要特征之一。半导体器件半导体器件3-整流现象整流现象1873-1874, K.

5、Braun-硫化铅和黄铁矿-整流现象。什么是整流现整流现象象？ Rectification在相同的驱动力推动下正向和在相同的驱动力推动下正向和逆向的电流幅值大小不同逆向的电流幅值大小不同半导体器件半导体器件4-Hall效应效应 1879年，年，E.H.Hall（美国）发现当电流垂（美国）发现当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象便是霍尔效应。势差，这一现象便是霍尔效应。 用于区分半导体和导电差的物质用于区分半导体和导电差的物质半导体器件半导体器件 霍尔效应此后在测量、

6、自动化、计算机和霍尔效应此后在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到了广泛的应用，比如信息技术等领域得到了广泛的应用，比如测量磁场的高斯计。测量磁场的高斯计。半导体器件半导体器件5-电子的发现电子的发现 1897年，英国物理学家汤姆逊研究认为阴年，英国物理学家汤姆逊研究认为阴极射线是由带极射线是由带负电荷负电荷的粒子组成的。的粒子组成的。 带负电的粒子究竟是原子、分子，还是更带负电的粒子究竟是原子、分子，还是更小的物质微粒？小的物质微粒？-测量阴极射线粒子的电荷测量阴极射线粒子的电荷与质量的比值与质量的比值-荷质比荷质比 无论改变放电管中气体的成分，还是改变无论改变放电管中气体的成分，还是改

7、变阴极材料，荷质比都不变阴极材料，荷质比都不变-不同物质的阴极不同物质的阴极射线粒子都是一样的，因此这种粒子必定射线粒子都是一样的，因此这种粒子必定是是“建造一切建造一切化学元素化学元素的物质的物质”- “微粒微粒”，改称，改称“电子电子”。半导体器件半导体器件6-光电池效应光电池效应 光生伏特现象光生伏特现象半导体器件半导体器件 1909年年K.Baedeker,1914年年J.Konigsberger对深入研究霍尔效应发现对深入研究霍尔效应发现半导体中载流子的数目比金属中少的多半导体中载流子的数目比金属中少的多,但但一般来说它们的迁移率要稍高一些。一般来说它们的迁移率要稍高一些。 1930

8、年左右年左右,技术的应用要求激发对半导体技术的应用要求激发对半导体研究的更大兴趣。研究的更大兴趣。C.wagner（德国瓦格纳（德国瓦格纳）发现了两种不同类型的半导体）发现了两种不同类型的半导体,即电子即电子“欠缺欠缺”半导体和半导体和“过剩过剩”半导体；化学组半导体；化学组分小的偏离将影响到化合物半导体的性质分小的偏离将影响到化合物半导体的性质。半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体物理理论发展 1931年英国物理学家威尔逊年英国物理学家威尔逊(H.A.Wilson)应用应用量量子理论子理论给出了区分导体、半导体和绝缘体的微观给出了区分导体、半导体和绝缘体的微观判据判据,从而奠定了半

9、导体物理的理论基础。从而奠定了半导体物理的理论基础。半导体器件半导体器件 1948年发明晶体管年发明晶体管, 对半导体的能带结构、对半导体的能带结构、工艺引起能带变化、载流子平衡及输运、工艺引起能带变化、载流子平衡及输运、光电特性等进行研究并作出理论解释光电特性等进行研究并作出理论解释,从而从而发展成为一个完整的理论体系发展成为一个完整的理论体系 50s PN结、结、M/S接触理论接触理论成熟成熟半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件 1958年年,安德森安德森(P.W.Anderson)提提出了局域态理论出了局域态理论,开创了无序系统开创了无序系统研究的新局面研究的新局面,为非晶态半导体物

10、为非晶态半导体物理的研究莫定了基础。理的研究莫定了基础。 1970年年,江崎江崎(LeoEsaki)等提出可等提出可以通过人工调制能带的方法制备半以通过人工调制能带的方法制备半导体超晶格导体超晶格,使人们得以对人工调使人们得以对人工调制的周期性结构独特的物理特性和制的周期性结构独特的物理特性和二维电子气进行研究。二维电子气进行研究。半导体器件半导体器件1985年度诺贝尔物理学奖 1980年冯年冯.克利青克利青(Klausvon Klitzing)发现发现了量子霍尔效应这一低维物理现象。半导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、从三体物理的发展经历了从简单到复杂、从

11、三维到低维、从有序到无序的过程维到低维、从有序到无序的过程,已发展成已发展成为一个庞大的理论体系为一个庞大的理论体系,并具有多个分支学并具有多个分支学科科,象半导体表面物理、半导体超晶格物理象半导体表面物理、半导体超晶格物理、非晶态半导体物理等、非晶态半导体物理等,现在仍处在科学研现在仍处在科学研究的前沿地位。究的前沿地位。半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件经典理论经典理论能带能带 M.斯特拉特斯特拉特1927年年-波动力学应用到固体中波动力学应用到固体中 理论的核心是理论的核心是:“价电子互相独立价电子互相独立,就可以对价电子就可以对价电子在固体内的行为得到一个合理的模型在固体内的行为

12、得到一个合理的模型, 在平均效在平均效应上应上, 必须考虑电子间的相互作用必须考虑电子间的相互作用 对于晶体来说原子间将会有相互作用对于晶体来说原子间将会有相互作用,分立的原子分立的原子能级扩展为属于整个晶体的能带。由此可引进充能级扩展为属于整个晶体的能带。由此可引进充满整个晶体的电子波满整个晶体的电子波,这个电子波不是在真空中运这个电子波不是在真空中运动动,而是受到原子场的干扰。而是受到原子场的干扰。半导体器件半导体器件 德鲁德（德鲁德（1863-1906) 洛伦兹洛伦兹H.A.Lorentz, 1853-1928) 索末菲索末菲1928年将量子力学应用到固体中解年将量子力学应用到固体中解释

13、电子运动释电子运动半导体器件半导体器件经典理论经典理论能带能带 布洛赫布洛赫(F.BIueh)：凝聚态物理学、原子物：凝聚态物理学、原子物理学、分子物理学和量子电动力学。理学、分子物理学和量子电动力学。 假设原子实位于晶体的格点上假设原子实位于晶体的格点上,电子仍是在电子仍是在独立的运动着。电子运动受到势场作用独立的运动着。电子运动受到势场作用-具具有与晶格相同的周期势场。有与晶格相同的周期势场。 用量子力学讨论了电子在这种势场中的运用量子力学讨论了电子在这种势场中的运动。动。 V(x)=V(x+na)半导体器件半导体器件 依据薛定谔方程，依据薛定谔方程， 波函数是振幅随波函数是振幅随x做周期

14、变化的平面波，其做周期变化的平面波，其变化周期也与晶格的相同；电子在整个晶变化周期也与晶格的相同；电子在整个晶体中做共有化运动。体中做共有化运动。半导体器件半导体器件 布里渊布里渊(Brillouin)提出布里渊区的概念提出布里渊区的概念,后后来他和布洛赫合作用来他和布洛赫合作用E(k)-k的曲线图说明电的曲线图说明电子在周期势场中运动的特征子在周期势场中运动的特征,这使得人们对这使得人们对能带结构一目了然能带结构一目了然,有一个完整的认识。有一个完整的认识。 半导体器件半导体器件 德国德国Rudolf Peierls1929年，指出一个几年，指出一个几乎完全填满的能带，其电特性可以用一些乎完

15、全填满的能带，其电特性可以用一些带正电的电荷来解释带正电的电荷来解释-电洞；并提出的微扰电洞；并提出的微扰理论，解释了能隙理论，解释了能隙(Energy gap)存在。存在。 1931年英国物理学家威尔逊年英国物理学家威尔逊(H.A.Wilson)建立了他的半导体理论建立了他的半导体理论-正常状态的电子将正常状态的电子将处于能量最小的状态；遵循泡利不相容原处于能量最小的状态；遵循泡利不相容原理理.半导体器件半导体器件 原子内壳层一般都填满原子内壳层一般都填满,电子能最很高的能电子能最很高的能级是空的级是空的.类似于原子类似于原子.品体的能里较低的能品体的能里较低的能带被电子填满带被电子填满.较

16、高的能带则可能是空的、较高的能带则可能是空的、半满的或全满的半满的或全满的.布洛赫曾指出在外电场的布洛赫曾指出在外电场的作用下作用下,导体中的电子可以无阻碍的在完整导体中的电子可以无阻碍的在完整的品体中运动的品体中运动:有的不导电的物体有的不导电的物体.当电子从当电子从电场中接受能最电场中接受能最,既被激发到更高的空带中既被激发到更高的空带中.也可能产生导电。也可能产生导电。半导体器件半导体器件 他认为他认为:“如果在最高的满带和其上面的空带如果在最高的满带和其上面的空带 间的禁带宽度很人间的禁带宽度很人,因此不可能发生电子导因此不可能发生电子导电；如果很小电；如果很小.则电子能被热激发而跳到

17、上则电子能被热激发而跳到上面的带中去面的带中去.这些激发了的电子导电这些激发了的电子导电. Wilson)应用应用量子理论量子理论给出了区分导体、半给出了区分导体、半导体和绝缘体的微观判据导体和绝缘体的微观判据。半导体器件半导体器件半导体器件发展史固体材料可分成：超导体、导体、固体材料可分成：超导体、导体、 半导体、绝缘体半导体、绝缘体导电性：导电性：电阻率电阻率介于导体和绝缘体之间，并且具有负介于导体和绝缘体之间，并且具有负的电阻温度系数的电阻温度系数半导体半导体半导体器件半导体器件 导体：导体： 10-4cm 例如：例如： Cu=10-6cm 半导体：半导体：10-3cm 108cm Ge

18、=0.2cm 绝缘体：绝缘体：108cmNegative Temperature Coefficient NTC 物理性质物理性质电阻率随着温度上升而下降电阻率随着温度上升而下降-极其重要的性质极其重要的性质电阻率电阻率介于导体和绝缘体之间，并且具有负的电阻温度系介于导体和绝缘体之间，并且具有负的电阻温度系数数半导体半导体 半导体器件半导体器件百年历史百年历史diode transistor IC技术 Ge集成MOS器件发明，大规模IC产业化 大规模大规模IC190419471952 Dummer1954-体积大？体积大？Si1958 Kilby第一个产品第一个产品半导体器件半导体器件计算机的

19、发展史半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件计算机经历：电子管计算机经历：电子管 晶体管晶体管 集成电路时代集成电路时代 钨、钼钨、钼电极电极锗、硅半导体锗、硅半导体单晶硅片，高纯钛、单晶硅片，高纯钛、SiO2、铬薄膜、铬薄膜半导体器件半导体器件电子管电子管电极材料：钨、电极材料：钨、钼钼n16K内存器内存器三级电子管三级电子管图的大小与实物相当图的大小与实物相当 由大量电子管组成由大量电子管组成的第一台计算机重的第一台计算机重3030吨，用电相当于吨，用电相当于1 1个小城市个小城市由大量电子管组成的由大量电子管组成的16K16K内存器。图中的女士要内存器。图中的女士要用显微镜才能看到现在

20、用显微镜才能看到现在的集成电路的集成电路16K16K内存器内存器半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件40第一台通用电第一台通用电子计算机：子计算机：ENIAC Electronic Numerical Integrator and Calculator1946年年2月月14日日Moore School，Univ. of Pennsylvania18,000个电子个电子管组成管组成大小：长大小：长24m，宽，宽6m，高，高2.5m速度：速度：5000次次/sec；重量：；重量：30吨；吨；功率：功率：140KW；平均无故障运行时间：；平均无故障运行时间：7min半导体器件半导体器件41现代计

21、算机的现代计算机的发展历史发展历史晶体管的发明晶体管的发明半导体器件半导体器件42 沃尔特沃尔特布拉顿布拉顿1902，厦门。，厦门。1929年明尼年明尼苏达大学博士学位，进入贝尔研究所从事真苏达大学博士学位，进入贝尔研究所从事真空管研究工作。空管研究工作。 约翰约翰巴丁巴丁1908年美国，年美国，1928年和年和1929年年在威斯康星大学获得两个学位。又转入普林在威斯康星大学获得两个学位。又转入普林斯顿大学攻读固体物理，斯顿大学攻读固体物理，1936年博士学位。年博士学位。1945年来到贝尔实验室工作。年来到贝尔实验室工作。 威廉威廉肖克利肖克利1910,伦敦。美国麻省伦敦。美国麻省理工学院学

22、习量子物理，理工学院学习量子物理，1936年博士学年博士学位，进入贝尔实验室工作。位，进入贝尔实验室工作。 半导体器件半导体器件43 1947年年12月月23日，巴丁和布拉顿把两根触丝放在日，巴丁和布拉顿把两根触丝放在锗半导体晶片的表面上，当两根触丝十分靠近时，放锗半导体晶片的表面上，当两根触丝十分靠近时，放大作用发生了。世界第一只固体放大器大作用发生了。世界第一只固体放大器晶体管也晶体管也随之诞生了。随之诞生了。 1945年秋天，贝尔实验室成立了以肖克年秋天，贝尔实验室成立了以肖克莱为首的半导体研究小组，成员有布拉顿、莱为首的半导体研究小组，成员有布拉顿、巴丁等人。巴丁等人。 布拉顿实验成功

23、的这种晶体管，是金属触丝和半导布拉顿实验成功的这种晶体管，是金属触丝和半导体的某一点接触，故称点接触晶体管。这种晶体管对体的某一点接触，故称点接触晶体管。这种晶体管对电流、电压都有放大作用。电流、电压都有放大作用。半导体器件半导体器件44 在在1948年年 6月月30日，贝尔实验室首次在纽约日，贝尔实验室首次在纽约向公众展示了晶体管。这个伟大的发明使许多向公众展示了晶体管。这个伟大的发明使许多专家不胜惊讶。然而，对于它的实用价值，人专家不胜惊讶。然而，对于它的实用价值，人们大都表示怀疑。当年们大都表示怀疑。当年7月月1日的纽约时报日的纽约时报只以只以8个句子、个句子、201个文字的短讯形式报道

24、了本个文字的短讯形式报道了本该震惊世界的这条新闻。在公众的心目中，晶该震惊世界的这条新闻。在公众的心目中，晶体管不过是实验室的珍品而已。估计只能做助体管不过是实验室的珍品而已。估计只能做助听器之类的小东西。听器之类的小东西。 半导体器件半导体器件451947年年12月月23日日第一个晶体管第一个晶体管NPN Ge晶体管晶体管 W. Schokley J. Bardeen W. Brattain半导体器件半导体器件46 缺点：点接触晶体管缺点：点接触晶体管-触须接点，很不触须接点，很不稳定，噪声大，频率低，放大功率小，稳定，噪声大，频率低，放大功率小，性能还赶不上电子管，制作又很困难。性能还赶不

25、上电子管，制作又很困难。 晶体管同电子管产生于完全不同的晶体管同电子管产生于完全不同的物理现象，这就暗示晶体管效应有其独物理现象，这就暗示晶体管效应有其独特之处。特之处。 肖克利当即决定暂时放弃原来追求的肖克利当即决定暂时放弃原来追求的场效应晶体管，集中精力实现一种新型场效应晶体管，集中精力实现一种新型晶体管晶体管 .半导体器件半导体器件47 1948年年11月，肖克利构思出一种新型晶体管月，肖克利构思出一种新型晶体管-“三明治三明治”结构结构-N型半导体在两层型半导体在两层P型半导体型半导体之间。这是一个多么富有想象力的设计啊！可之间。这是一个多么富有想象力的设计啊！可惜的是，由于当时技术条

26、件的限制，研究和实惜的是，由于当时技术条件的限制，研究和实验都十分困难。直到验都十分困难。直到1950年，人们才成功地制年，人们才成功地制造出第一个造出第一个PN结型晶体管。结型晶体管。半导体器件半导体器件48半导体器件半导体器件49B a r d e e n 提 出 了 表 面 态 理 论 ，提 出 了 表 面 态 理 论 ， Schokley给出了实现放大器的基本给出了实现放大器的基本设想，设想，Brattain设计了实验设计了实验1947年年12月月23日，第一次观测到了日，第一次观测到了具有放大作用的晶体管具有放大作用的晶体管半导体器件半导体器件50晶体管之父肖克利晶体管之父肖克利 1

27、954年，成就了年，成就了“本世纪最伟大发明本世纪最伟大发明”的晶体的晶体管之父肖克利，离开贝尔实验室返回故乡寻求管之父肖克利，离开贝尔实验室返回故乡寻求发展发展-硅谷。硅谷。半导体器件半导体器件51 在硅谷嘹望山，在硅谷嘹望山， 肖克利宣布成立半导体实验室肖克利宣布成立半导体实验室。 1956年，年， 以罗伯特以罗伯特诺依斯诺依斯 （N.Noyce）为首的）为首的8位年轻的科学家位年轻的科学家从美国东部陆续加盟肖克利的实验室。从美国东部陆续加盟肖克利的实验室。他们的年龄都在他们的年龄都在30岁以下，学有所成，岁以下，学有所成，有获得双博士学位者，有来自大公司有获得双博士学位者，有来自大公司的

28、工程师，有著名大学的研究员和教的工程师，有著名大学的研究员和教授，都处在创造能力的巅峰。授，都处在创造能力的巅峰。集成电路的发明集成电路的发明半导体器件半导体器件52 诺伊斯诺伊斯-格林纳尔学院，学习物理、数学两个专业，格林纳尔学院，学习物理、数学两个专业，擅长游泳，曾获衣阿华州跳水冠军。演奏双簧管，并擅长游泳，曾获衣阿华州跳水冠军。演奏双簧管，并在当地电台表演广播连续剧。在当地电台表演广播连续剧。 经受处分：停学一学期，发配到纽约经受处分：停学一学期，发配到纽约市公平人寿保险公司做统计工作。市公平人寿保险公司做统计工作。1949年初，回到格林纳尔，他已焕年初，回到格林纳尔，他已焕然一新。秋天

29、，然一新。秋天，22岁的诺伊斯考取博士岁的诺伊斯考取博士研究生。博士论文是对绝缘体表面光研究生。博士论文是对绝缘体表面光电现象的研究电现象的研究。半导体器件半导体器件53诺伊斯对物质追求很淡漠，诺伊斯对物质追求很淡漠，“我唯一的梦想是能我唯一的梦想是能同时买两双鞋，因为我是穿着哥几个的旧鞋子长大同时买两双鞋，因为我是穿着哥几个的旧鞋子长大的。的。”这一干就是这一干就是3年。年。1956年，在华盛顿的技术报告会上，肖克利被年，在华盛顿的技术报告会上，肖克利被他的报告深深打动。他的报告深深打动。“1个月后，肖克利打来电话，个月后，肖克利打来电话，说他打算到西海岸开一家公司，要与我商量加入该说他打算

30、到西海岸开一家公司，要与我商量加入该公司的事宜。公司的事宜。” 招齐员工后，肖克利下令实验室大量生产晶体招齐员工后，肖克利下令实验室大量生产晶体管，要把成本降到每只管，要把成本降到每只5分钱。然而，肖克利虽然分钱。然而，肖克利虽然雄心勃勃，但对管理却一窍不通，把实验室的生产雄心勃勃，但对管理却一窍不通，把实验室的生产指挥得一塌糊涂，全然听不进别人的善意规劝。指挥得一塌糊涂，全然听不进别人的善意规劝。 半导体器件半导体器件54 年轻人彻底地失望了：一年之中，实验室没有任年轻人彻底地失望了：一年之中，实验室没有任何拿得出手的产品问世。何拿得出手的产品问世。1957年，年，8位青年中的位青年中的7人

31、人偷偷聚在一起，瞒着肖克利商量偷偷聚在一起，瞒着肖克利商量叛逃叛逃的办法。想来的办法。想来想去，决定自己创办一家公司。可他们也都不懂生产想去，决定自己创办一家公司。可他们也都不懂生产管理，大家一致同意管理，大家一致同意策反策反诺依斯，他看起来是唯一诺依斯，他看起来是唯一有点儿领导才能的人。当有点儿领导才能的人。当8位青年联名递上辞职书的位青年联名递上辞职书的时候，肖克利不由得火冒三丈：时候，肖克利不由得火冒三丈：你们简直是一群叛徒！你们简直是一群叛徒！ 肖克利指着诺依斯的鼻子，怒不可遏。年轻人们肖克利指着诺依斯的鼻子，怒不可遏。年轻人们面面相觑，但还是义无返顾地离开了他们的面面相觑，但还是义无

32、返顾地离开了他们的“伯乐伯乐”。这就是电脑史上人所共知的有关这就是电脑史上人所共知的有关“8大叛徒大叛徒”的趣谈，的趣谈，不过，肖克利本人后来也改口把他们称为不过，肖克利本人后来也改口把他们称为“8个天才个天才的叛逆的叛逆”。肖克利实验室因主要骨干出走而一蹶不振。肖克利实验室因主要骨干出走而一蹶不振。最后肖克利只好回到大学教书最后肖克利只好回到大学教书.半导体器件半导体器件55天才八叛逆天才八叛逆 1957 年年 9 月，月，“八叛逆八叛逆”手拿手拿华尔街日报华尔街日报，按纽约股票，按纽约股票栏目挨家挨户寻找合作伙伴，最后圈定了栏目挨家挨户寻找合作伙伴，最后圈定了 35 家公司。家公司。 半导

33、体器件半导体器件56 1957年年10月，地处美国东部的月，地处美国东部的仙童仙童照相器材和设备公司，为照相器材和设备公司，为“八叛逆八叛逆”投资投资了了3500美元种子资金，美元种子资金， 组建起一家以组建起一家以诺依斯诺依斯为首的为首的仙童（仙童（Fairchild）半导体公司，半导体公司，仍在嘹望山租下一间小屋，着手制造一种双扩散基型晶体管，以便用硅来取代传仍在嘹望山租下一间小屋，着手制造一种双扩散基型晶体管，以便用硅来取代传统的锗材料。在诺依斯精心运筹下，统的锗材料。在诺依斯精心运筹下， “仙童仙童”的业务逐渐有了较大发展，员工增的业务逐渐有了较大发展，员工增加到加到100多人。多人。

34、 同时，一整套制造硅晶体管的同时，一整套制造硅晶体管的平面处理技术平面处理技术也日趋成熟。科学家也日趋成熟。科学家赫尔尼赫尔尼(JAHoermi)是众是众仙童仙童中的佼佼者，他像变魔术一般把硅表面的氧化层挤压到中的佼佼者，他像变魔术一般把硅表面的氧化层挤压到最大限度。诺依斯等人首创的晶体管制造方法也与众不同，他们先在透明材料上最大限度。诺依斯等人首创的晶体管制造方法也与众不同，他们先在透明材料上绘好晶体管结构，然后用拍照片的办法，把结构显影在硅片表面氧化层上，腐蚀绘好晶体管结构，然后用拍照片的办法，把结构显影在硅片表面氧化层上，腐蚀去掉不需要的图形后，再把那些具有半导体性质的微粒扩散到硅片上。

35、去掉不需要的图形后，再把那些具有半导体性质的微粒扩散到硅片上。 半导体器件半导体器件57 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件60集成电路草图集成电路草图 基尔比（基尔比（J. kilby）半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件631958年第一块集成电路：年第一块集成电路：TI公司的公司的Kilby，12个器件，个器件，Ge晶片晶片半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件69 1967年年2月，仙童的总经理月，仙童的总经理斯波克斯波克带带领领4名手下离开公司，投奔国民

36、半导体，名手下离开公司，投奔国民半导体，主攻存储器市场主攻存储器市场 。尤其在。尤其在1981年，国年，国民半导体成为美国第一家年收入超过民半导体成为美国第一家年收入超过10亿美元的半导体厂商，在全球名列第三。亿美元的半导体厂商，在全球名列第三。这也是硅谷继这也是硅谷继HP之后第二家销售额达到之后第二家销售额达到10亿美元的公司，但只用了亿美元的公司，但只用了HP达到这达到这一规模的一半时间。这荣耀自然归于公一规模的一半时间。这荣耀自然归于公司的灵魂人物查尔斯司的灵魂人物查尔斯E斯波克。他斯波克。他是第一位离去的总经理，是他的离去加是第一位离去的总经理，是他的离去加速了仙童公司的破产。速了仙童

37、公司的破产。 半导体器件半导体器件70 硅谷现象硅谷现象：“叛逆叛逆”成了硅谷的基本特性成了硅谷的基本特性和发展的重要途径。生蛋孵鸡式的裂变在和发展的重要途径。生蛋孵鸡式的裂变在“硅谷硅谷”已成家常便饭。已成家常便饭。60年代末仙童公司为例，由它前雇员办的公司有年代末仙童公司为例，由它前雇员办的公司有38家；家；1984年，年，直接或间接分出来的公司达到直接或间接分出来的公司达到70多家。仙童公司当之无愧是硅谷多家。仙童公司当之无愧是硅谷的的“西点军校西点军校”，硅谷里的半导体公司，半数以上是仙童公司的，硅谷里的半导体公司，半数以上是仙童公司的直接或间接后裔。直接或间接后裔。 1969年在森纳

38、瓦举行过一次半导体产业头面年在森纳瓦举行过一次半导体产业头面人物的会议，与会的人物的会议，与会的400人中，只有人中，只有24人没有在仙童公司干过。人没有在仙童公司干过。 震惊：震惊：对于斯波克的离去对于斯波克的离去,最受震惊的莫过于最受震惊的莫过于诺伊斯，毕竟斯波克是他的左膀右臂，公司的创建者诺伊斯，毕竟斯波克是他的左膀右臂，公司的创建者之一，也是他准备托付公司的人。之一，也是他准备托付公司的人。“我觉得一切都完我觉得一切都完了。坦率地说，我感到了巨大的个人损失。同自己喜了。坦率地说，我感到了巨大的个人损失。同自己喜爱的人一同工作，然后他们离开了你，这对我来说是爱的人一同工作，然后他们离开了

39、你，这对我来说是最痛苦不过的最痛苦不过的。” 半导体器件半导体器件71 重振：重振：1968年，肖克利的年，肖克利的八叛逆八叛逆们大们大都出走自立门户。诺依斯想起了激励自己奋发图都出走自立门户。诺依斯想起了激励自己奋发图新的一句箴言：新的一句箴言：任何一次革新都必须保持乐观，任何一次革新都必须保持乐观，没有乐观精神，就难以离开安稳，去寻求变化和没有乐观精神，就难以离开安稳，去寻求变化和冒险。冒险。他毅然决定脱离已经无法大显身手的他毅然决定脱离已经无法大显身手的仙仙童童，在不惑之年又重新回到创业的起点。，在不惑之年又重新回到创业的起点。 诺依斯在仙童公司里物色了两位创业伙伴，诺依斯在仙童公司里物

40、色了两位创业伙伴，名列名列“八叛逆八叛逆”的摩尔和从事经营管理的葛洛夫。的摩尔和从事经营管理的葛洛夫。 原籍匈牙利，初来美国时连纽约时报上原籍匈牙利，初来美国时连纽约时报上的大标题都读不全，他全凭着毅力，在三年内读的大标题都读不全，他全凭着毅力，在三年内读完大学，接着又拿下加州大学化工博士学位。完大学，接着又拿下加州大学化工博士学位。1963年，格罗夫进入仙童担任摩尔的助理，其管年，格罗夫进入仙童担任摩尔的助理，其管理才能很快就被发觉理才能很快就被发觉 .半导体器件半导体器件72格罗夫，诺伊斯与摩尔格罗夫，诺伊斯与摩尔半导体器件半导体器件73摩尔（摩尔（G. Moore）半导体器件半导体器件7

41、41929 年年 1 月月 3 日日 ，戈登，戈登摩尔出生摩尔出生在加州旧金山的在加州旧金山的 Pescadero ，十岁，十岁时，他忽然对化学产生兴趣，立志时，他忽然对化学产生兴趣，立志要当名化学家。当时邻居的孩子有要当名化学家。当时邻居的孩子有一个独特的圣诞礼物：一个化学装一个独特的圣诞礼物：一个化学装置。里面有许多真正的化学试剂，置。里面有许多真正的化学试剂，可制造炸药等许多东西。摩尔经常可制造炸药等许多东西。摩尔经常去找邻居的孩子，私下里想玩玩那去找邻居的孩子，私下里想玩玩那些试剂。这项爱好成全了他日后的些试剂。这项爱好成全了他日后的远大梦想远大梦想 成为一名科学家。成为一名科学家。

42、半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件76 摩尔曾想在家乡附近的西海岸，过平静的学院研究生活。他进了约翰摩尔曾想在家乡附近的西海岸，过平静的学院研究生活。他进了约翰霍普金斯霍普金斯大学应用物理实验室，两年漫无目的的研究工作，改变了他的思想。当时他的方向是大学应用物理实验室，两年漫无目的的研究工作，改变了他的思想。当时他的方向是观察红外吸收线性状和火焰分光分析。不久研究小组因两个上司的离去而名存实亡。观察红外吸收线性状和火焰分光分析。不久研究小组因两个上司的离去而名存实亡。“我开始计算自己发表的文章，结果是每个单词我开始计算自己发表的文章，结果是每个单词 5 美元，对基础研究来说这相当不错。美

43、元，对基础研究来说这相当不错。但我不知道谁会读这些文章，政府能否从中获得相应的价值但我不知道谁会读这些文章，政府能否从中获得相应的价值”。摩尔还拥有多项重要。摩尔还拥有多项重要专利。专利。 摩尔准备放弃不着边际的基础研究，十分凑巧的是，晶体管发明人肖克利正在摩尔准备放弃不着边际的基础研究，十分凑巧的是，晶体管发明人肖克利正在招兵买马，想在加州建一个半导体公司，正需一个化学家。对摩尔来说，肖克利更招兵买马，想在加州建一个半导体公司，正需一个化学家。对摩尔来说，肖克利更是如雷贯耳。是如雷贯耳。 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件78半导体器件半导体器件79半导体器件半导体器件 当时，集成电路

44、问世才年。摩尔的实验室也当时，集成电路问世才年。摩尔的实验室也只能将只晶体管和电阻集成在一个芯片上。摩只能将只晶体管和电阻集成在一个芯片上。摩尔当时的预测听起来好像是科幻小说；此后也不断尔当时的预测听起来好像是科幻小说；此后也不断有技术专家认为芯片集成的速度有技术专家认为芯片集成的速度“已经到顶已经到顶”。但。但事实证明，摩尔的预言是准确的。尽管这一技术进事实证明，摩尔的预言是准确的。尽管这一技术进步的周期已经从最初预测的个月延长到如今的步的周期已经从最初预测的个月延长到如今的近个月，但近个月，但“摩尔定律摩尔定律”依然有效。目前最先依然有效。目前最先进的集成电路已含有亿个晶体管。进的集成电路

45、已含有亿个晶体管。当价格不变时，当价格不变时，集成电路集成电路上可容纳的上可容纳的晶体管晶体管数目，约每隔数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。换言之，每一个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。换言之，每一美元所能买到的美元所能买到的电脑电脑性能，将每隔性能，将每隔18个月翻两倍以上。个月翻两倍以上。 摩尔的这个预言，是他一生中最为重要的文章。这篇不经意摩尔的这个预言，是他一生中最为重要的文章。这篇不经意之作也是迄今为止微电子产业历史上最具意义的论文。之作也是迄今为止微电子产业历史上最具意义的论文。 它给了它给了微电子技术人员和投资商以极大的信心微电子技术人员和投资商以极大的信心。

46、半导体器件半导体器件81 摩尔定律证明了他无与伦比的天才预感。摩尔的摩尔定律证明了他无与伦比的天才预感。摩尔的这个预言，因集成电路芯片后来的发展曲线得以证实，这个预言，因集成电路芯片后来的发展曲线得以证实，并在较长时期保持着有效性，被人誉为并在较长时期保持着有效性，被人誉为“摩尔定律摩尔定律”。至此而后，集成电路迅速把电脑推上高速成长的快车至此而后，集成电路迅速把电脑推上高速成长的快车道。道。半导体器件半导体器件82 凭借诺依斯的名誉，要筹集创办新凭借诺依斯的名誉，要筹集创办新企业的款项是轻而易举的。他曾经说道，企业的款项是轻而易举的。他曾经说道，他只需花半小时就能筹到资金。他只需花半小时就能

47、筹到资金。 诺依斯来到硅谷著名风险资本家阿诺依斯来到硅谷著名风险资本家阿瑟瑟罗克的办公室，提出准备新办公司的罗克的办公室，提出准备新办公司的设想。罗克随即拿起了电话，设想。罗克随即拿起了电话， 连续拨通连续拨通了几个号码，然后回过头说道：了几个号码，然后回过头说道： “250万，够了吧？万，够了吧？”诺依斯低头看诺依斯低头看看表，时间也就是看表，时间也就是30分来钟。分来钟。半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件84 1969年末，在风景如画的塔希提岛上，年末，在风景如画的塔希提岛上，Intel的设计师霍夫突发奇想，能不能的设计师霍夫突发奇想，能不能创举创举： 把负责数据处理的核心存储器与把

48、负责数据处理的核心存储器与负责存储的逻辑存储器结合起来，做在负责存储的逻辑存储器结合起来，做在一块芯片上？诺伊斯的回答：一块芯片上？诺伊斯的回答：“干干”。两年后，世界上第一款两年后，世界上第一款CPUIntel4004诞生了。诞生了。 Center Process Unit 这一芯片有这一芯片有108千赫，在它千赫，在它3毫米毫米4毫米的掩模上，有毫米的掩模上，有2250个晶体管，每个个晶体管，每个晶体管的距离是晶体管的距离是10微米微米也就是说每个晶体管线条宽度只有一根头发的千分之一，也就是说每个晶体管线条宽度只有一根头发的千分之一，每秒运算每秒运算6万次。回想起来，这在当时的确是非常了不

49、起的成就：一粒米大小的芯万次。回想起来，这在当时的确是非常了不起的成就：一粒米大小的芯片内核，其功能居然与世界上第一台计算机片内核，其功能居然与世界上第一台计算机占地占地170平方米的、拥有平方米的、拥有1.8万个晶万个晶体管的体管的 “爱尼亚克爱尼亚克”相等，这在当时是闻所未闻！相等，这在当时是闻所未闻！ 半导体器件半导体器件85第一个第一个CPU：4004半导体器件半导体器件86自从自从Intel公司在公司在1971年年11月月15日推出了世日推出了世界上首颗微处理器界上首颗微处理器4004后，随后后，随后Intel又推又推出了出了8位的位的8008/8085，其中，其中79年推出的年推出

50、的8088首次被首次被IBM的的PC机所采用，在机所采用，在8088之后，之后，Intel又相继发布了又相继发布了16位的位的8086/80286，32位的位的80386/80486(也称也称i486)，直到后来被大家所熟，直到后来被大家所熟悉的悉的Pentium(80586)、Pentium MMX、Pentium II，直到今天的，直到今天的Pentium III、Pentium 4，64位的位的Itanium，以及尚未发布的，以及尚未发布的Northwood，不知不觉中微处理器已经走过了，不知不觉中微处理器已经走过了30年的历程。年的历程。 半导体器件半导体器件87 诺伊斯没能受到诺贝尔

51、奖的青睐，但他当之无愧诺伊斯没能受到诺贝尔奖的青睐，但他当之无愧是微电子产业的教父，因为不仅是集成电路的发明是微电子产业的教父，因为不仅是集成电路的发明人之一，也是现代微电子学的重要奠基人，他更直人之一，也是现代微电子学的重要奠基人，他更直接推动了集成电路产业化的发展，他所创建的仙童接推动了集成电路产业化的发展，他所创建的仙童半导体公司造就了一大批微电子公司的领头人，是半导体公司造就了一大批微电子公司的领头人，是硅谷最重要的奠基人之一，并且他还亲手创立了至硅谷最重要的奠基人之一，并且他还亲手创立了至今在世界微电子领域独步天下的今在世界微电子领域独步天下的Intel帝国，他对微帝国，他对微电子产

52、业的贡献无人能比，即使基尔比也只能望其电子产业的贡献无人能比，即使基尔比也只能望其项背。项背。1990年，诺伊斯在一次游泳时，突发心胀病去世。年，诺伊斯在一次游泳时，突发心胀病去世。微电子产业的教父微电子产业的教父半导体器件半导体器件88 2001 年年 10 月月 28 日日 ，摩尔向母校加利福尼，摩尔向母校加利福尼亚理工学院捐款亚理工学院捐款 6 亿美元，创造了美国单一学亿美元，创造了美国单一学校获得的最大笔捐款记录。这项捐款，将用于校获得的最大笔捐款记录。这项捐款，将用于该校未特指的项目，捐款将在该校未特指的项目，捐款将在 10 年内付清。年内付清。 72 岁的摩尔说：岁的摩尔说：“加利

53、福尼亚理工学院历史上加利福尼亚理工学院历史上曾创造过巨大科学贡献。我的捐款最好不要用曾创造过巨大科学贡献。我的捐款最好不要用于盖楼房，而应该用它干一番新事业。于盖楼房，而应该用它干一番新事业。” 诺伊斯去世后诺伊斯去世后，摩尔和格罗夫先后担任过摩尔和格罗夫先后担任过INTEL总裁。总裁。半导体器件半导体器件89 加利福尼亚理工学院加利福尼亚理工学院，仅有仅有 2000 名本科生名本科生和研究生的小型大学，但它拥有和研究生的小型大学，但它拥有 28 位诺贝尔奖位诺贝尔奖获得者。获得者。 成果：成果：发现了喷气飞机的原理；解释了化发现了喷气飞机的原理；解释了化学粘合剂的特性；分子生物学和最先进的地

54、震学粘合剂的特性；分子生物学和最先进的地震学的基础等。学的基础等。摩尔摩尔身价超过身价超过 260 亿美元的亿美元的 70 多岁老人多岁老人表示，在退出公司董事会后，他将继续担任公表示，在退出公司董事会后，他将继续担任公司的顾问。他要在余生，将自己的财富发挥最司的顾问。他要在余生，将自己的财富发挥最大的作用，这个意义不亚于他在英特尔的贡献，大的作用，这个意义不亚于他在英特尔的贡献，当然，也同样具有挑战性。当然，也同样具有挑战性。 半导体器件半导体器件90 2000年年10月月10日，瑞典皇家科学院宣布，基尔比与另日，瑞典皇家科学院宣布，基尔比与另外两位科学家共同分享诺贝尔物理学奖，以表彰他们为

55、信息外两位科学家共同分享诺贝尔物理学奖，以表彰他们为信息技术所作出的基础性贡献。基尔比分享了近百万美元的一半。技术所作出的基础性贡献。基尔比分享了近百万美元的一半。除了集成电路，他还是袖珍计算器的发明者之一，拥有除了集成电路，他还是袖珍计算器的发明者之一，拥有60多多项美国专利，项美国专利，1982年，年，TI成功地推出了业界第一枚商业化可成功地推出了业界第一枚商业化可编程编程DSP元件；今天，元件；今天，TI已成为全球已成为全球DSP的领导厂商，其市的领导厂商，其市场占有率超过场占有率超过47.1。 。 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体材

56、料与技术之战的经典半导体材料与技术之战的经典 中欧光伏之争中欧光伏之争尚德电力尚德电力2013年年3月月20宣布破产宣布破产半导体器件半导体器件 利用光伏效应，使太阳光射到硅材料上产利用光伏效应，使太阳光射到硅材料上产生电流直接发电。根据光伏效应生产的产生电流直接发电。根据光伏效应生产的产品都是品都是光伏产品光伏产品。半导体器件半导体器件背景背景 2012年上半年全球新增光伏装机量已年上半年全球新增光伏装机量已突破突破13GW。预计下半年新增装机量有望接。预计下半年新增装机量有望接近近18GW。这一年，德国、中国与美国将成。这一年，德国、中国与美国将成为主导市场，而意大利将退居第四大光伏为主导

57、市场，而意大利将退居第四大光伏市场。市场。半导体器件半导体器件事件过程事件过程1、2012年年7月，以德国企业月，以德国企业Solar World为为主导的主导的25家欧盟光伏企业向欧盟委员会提家欧盟光伏企业向欧盟委员会提出申请，要求欧盟委员会对进口自中国的出申请，要求欧盟委员会对进口自中国的光伏产品进行反垄断、反倾销和反补贴调光伏产品进行反垄断、反倾销和反补贴调查。查。半导体器件半导体器件 9月月6日，欧盟委员会宣布，将对进口自日，欧盟委员会宣布，将对进口自中国的光伏产品进行反倾销调查；中国的光伏产品进行反倾销调查；11月月8日日，欧盟委员会宣布发起反补贴调查。至此，欧盟委员会宣布发起反补贴

58、调查。至此，在欧盟市场内，反倾销与反补贴的，在欧盟市场内，反倾销与反补贴的“双双反反”齐下，中国光伏企业遭到前所未有的齐下，中国光伏企业遭到前所未有的阻击。阻击。 半导体器件半导体器件 早在早在2011年年10月，以其为首的月，以其为首的7家企业，家企业，联合向美国政府递交了对中国出口美国的联合向美国政府递交了对中国出口美国的光伏产品的光伏产品的“双反双反”调查申请调查申请 2012年年5月，美国决定对中国输美光伏电池月，美国决定对中国输美光伏电池加征超过加征超过30%的惩罚性关税，导致的惩罚性关税，导致6月份对月份对美出口同比猛跌近美出口同比猛跌近60%。于是。于是2012年年7月，月，它随

59、即联合它随即联合25家欧盟光伏企业，在欧盟市家欧盟光伏企业，在欧盟市场发起了对中国光伏企业的场发起了对中国光伏企业的“双反双反”调查申调查申请。请。半导体器件半导体器件欧盟调查欧盟调查来势汹汹来势汹汹 欧盟此次的调查涉案面更广，涉案金额更欧盟此次的调查涉案面更广，涉案金额更大。根据调查程序，欧委会将在今年大。根据调查程序，欧委会将在今年6月月5日前后公布对倾销案的初裁，在日前后公布对倾销案的初裁，在8月月7日前日前后公布对补贴案的初裁，并在今年后公布对补贴案的初裁，并在今年12月月5日日至至7日公布对这两起案件的最终裁决。日公布对这两起案件的最终裁决。半导体器件半导体器件欧盟调查欧盟调查意图明

60、显意图明显 2011年中国光伏企业的总出货量中，美国年中国光伏企业的总出货量中，美国市场约占市场约占15%，欧盟市场约占，欧盟市场约占75%。半导体器件半导体器件中国光伏现状 中国光伏产品绝大多数用于出口，而上游中国光伏产品绝大多数用于出口，而上游的硅料和硅锭生产也在很长时间内依靠国的硅料和硅锭生产也在很长时间内依靠国外技术外技术-两头在外，对外依存度达两头在外，对外依存度达92%以以上上半导体器件半导体器件欧盟光伏现状 2011年，仅年，仅Solar World在在2011年亏损额年亏损额就达到就达到2.99亿欧元。与此同时，随着欧洲亿欧元。与此同时，随着欧洲债务危机加深，德国、西班牙、意大