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半导体效应的发现和研究论文

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半导体效应的发现和研究论文

看下文1833年,英国巴拉迪最先发现硫化银的电阻随着温度的变化情况不同于一般金属,一般情况下,金属的电阻随温度升高而增加,但巴拉迪发现硫化银材料的电阻是随着温度的上升而降低。这是半导体现象的首次发现。不久, 1839年法国的贝克莱尔发现半导体和电解质接触形成的结,在光照下会产生一个电压,这就是后来人们熟知的光生伏特效应,这是被发现的半导体的第二个特征。在1874年,德国的布劳恩观察到某些硫化物的电导与所加电场的方向有关,即它的导电有方向性,在它两端加一个正向电压,它是导通的;如果把电压极性反过来,它就不导电,这就是半导体的整流效应,也是半导体所特有的第三种特性。同年,舒斯特又发现了铜与氧化铜的整流效应。1873年,英国的史密斯发现硒晶体材料在光照下电导增加的光电导效应,这是半导体又一个特有的性质。 半导体的这四个效应,(jianxia霍尔效应的余绩──四个伴生效应的发现)虽在1880年以前就先后被发现了,但半导体这个名词大概到1911年才被考尼白格和维斯首次使用。而总结出半导体的这四个特性一直到1947年12月才由贝尔实验室完成。前言 自从有人类以来,已经过了上百万年的岁月。社会的进步可以用当时人类使用的器物来代表,从远古的石器时代、到铜器,再进步到铁器时代。现今,以硅为原料的电子元件产值,则超过了以钢为原料的产值,人类的历史因而正式进入了一个新的时代,也就是硅的时代。硅所代表的正是半导体元件,包括记忆元件、微处理机、逻辑元件、光电元件与侦测器等等在内,举凡电视、电话、电脑、电冰箱、汽车,这些半导体元件无时无刻都在为我们服务。 硅是地壳中最常见的元素,许多石头的主要成分都是二氧化硅,然而,经过数百道制程做出的积体电路,其价值可达上万美金;把石头变成硅晶片的过程是一项点石成金的成就,也是近代科学的奇迹! 在日本,有人把半导体比喻为工业社会的稻米,是近代社会一日不可或缺的。在国防上,惟有扎实的电子工业基础,才有强大的国防能力,1991年的波斯湾战争中,美国已经把新一代电子武器发挥得淋漓尽致。从1970年代以来,美国与日本间发生多次贸易摩擦,但最后在许多项目美国都妥协了,但是为了半导体,双方均不肯轻易让步,最后两国政府慎重其事地签订了协议,足证对此事的重视程度,这是因为半导体工业发展的成败,关系着国家的命脉,不可不慎。在台湾,半导体工业是新竹科学园区的主要支柱,半导体公司也是最赚钱的企业,台湾如果要成为明日的科技硅岛,半导体工业是我们必经的途径。半导体的起源 在二十世纪的近代科学,特别是量子力学发展知道金属材料拥有良好的导电与导热特性,而陶瓷材料则否,性质出来之前,人们对于四周物体的认识仍然属于较为巨观的瞭解,那时已经介于这两者之间的,就是半导体材料。英国科学家法拉第(MIChael Faraday,1791~1867),在电磁学方面拥有许多贡献,但较不为人所知的,则是他在1833年发现的其中一种半导体材料:硫化银,因为它的电阻随着温度上升而降低,当时只觉得这件事有些奇特,并没有激起太大的火花;然而,今天我们已经知道,随着温度的提升,晶格震动越厉害,使得电阻增加,但对半导体而言,温度上升使自由载子的浓度增加,反而有助于导电,这也是半导体一个非常重要的物理性质。1874年,德国的布劳恩(Ferdinand Braun,1850~1918),注意到硫化物的电导率与所加电压的方向有关,这就是半导体的整流作用。但直到1906年,美国电机发明家匹卡(G. W. PICkard,1877~1956),才发明了第一个固态电子元件:无线电波侦测器(cat’s whisker),它使用金属与硅或硫化铅相接触所产生的整流功能,来侦测无线电波。在整流理论方面,德国的萧特基(Walter Schottky,1886~1976)在1939年,于「德国物理学报」发表了一篇有关整流理论的重要论文,做了许多推论,他认为金属与半导体间有能障(potential barrier)的存在,其主要贡献就在于精确计算出这个能障的形状与宽度。至于现在为大家所接受的整流理论,则是1942年,由索末菲(Arnold Sommerfeld, 1868~1951)的学生贝特(Hans Bethe,1906~ )所发展出来,他提出的就是热电子发射理论(thermionic emission),这些具有较高能量的电子,可越过能障到达另一边,其理论也与实验结果较为符合。在半导体领域中,与整流理论同等重要的,就是能带理论。布洛赫(Felix BLOCh,1905~1983)在这方面做出了重要的贡献,其定理是将电子波函数加上了周期性的项,首开能带理论的先河。另一方面,德国人佩尔斯(Rudolf Peierls, 1907~ ) 于1929年,则指出一个几乎完全填满的能带,其电特性可以用一些带正电的电荷来解释,这就是电洞概念的滥觞;他后来提出的微扰理论,解释了能隙(Energy gap)存在。电晶体的发明 早在1930与1940年代,使用半导体制作固态放大器的想法就持续不绝;第一个有实验结果的放大器是1938年,由波欧(Robert Pohl, 1884~1976)与赫希(Rudolf Hilsch)所做的,使用的是溴化钾晶体与钨丝做成的闸极,尽管其操作频率只有一赫兹,并无实际用途,却证明了类似真空管的固态三端子元件的实用性。二次大战后,美国的贝尔实验室(Bell Lab),决定要进行一个半导体方面的计画,目标自然是想做出固态放大器,它们在1945年7月,成立了固态物理的研究部门,经理正是萧克莱(William Shockley, 1910~1989)与摩根(Stanley Morgan)。由于使用场效应(field effect)来改变电导的许多实验都失败了,巴丁(John Bardeen,1908~1991)推定是因为半导体具有表面态(surface state)的关系,为了避开表面态的问题,1947年11月17日,巴丁与布莱登(Walter Brattain 1902~1987)在硅表面滴上水滴,用涂了蜡的钨丝与硅接触,再加上一伏特的电压,发现流经接点的电流增加了!但若想得到足够的功率放大,相邻两接触点的距离要接近到千分之二英吋以下。12月16日,布莱登用一块三角形塑胶,在塑胶角上贴上金箔,然后用刀片切开一条细缝,形成了两个距离很近的电极,其中,加正电压的称为射极 (emitter),负电压的称为集极 (collector),塑胶下方接触的锗晶体就是基极 (base),构成第一个点接触电晶体 (point contact transistor),1947年12月23日,他们更进一步使用点接触电晶体制作出一个语音放大器,该日因而成为电晶体正式发明的重大日子。另一方面,就在点接触电晶体发明整整一个月后,萧克莱想到使用p-n接面来制作接面电晶体 (junction transistor) 的方法,在萧克莱的构想中,使用半导体两边的n型层来取代点接触电晶体的金属针,藉由调节中间p型层的电压,就能调控电子或电洞的流动,这是一种进步很多的电晶体,也称为双极型电晶体 (bipolar transistor),但以当时的技术,还无法实际制作出来。 电晶体的确是由于科学发明而创造出来的一个新元件,但是工业界在1950年代为了生产电晶体,却碰到许多困难。1951年,西方电器公司(Western ElectrIC)开始生产商用的锗接点电晶体,1952年4月,西方电器、雷神(Raytheon)、美国无线电(RCA与奇异(GE)等公司,则生产出商用的双极型电晶体。但直到1954年5月,第一颗以硅做成的电晶体才由美国德州仪器公司(Texas Instruments)开发成功;约在同时,利用气体扩散来把杂质掺入半导体的技术也由贝尔实验室与奇异公司研发出来;在1957年底,各界已制造出六百种以上不同形式的电晶体,使用于包括无线电、收音机、电子计算机甚至助听器等等电子产品。早期制造出来的电晶体均属于高台式的结构。1958年,快捷半导体公司 (Fairchild SemIConductor)发展出平面工艺技术(planar technology),藉着氧化、黄光微影、蚀刻、金属蒸镀等技巧,可以很容易地在硅晶片的同一面制作半导体元件。1960年,磊晶(epitaxy)技术也由贝尔实验室发展出来了。至此,半导体工业获得了可以批次(batch)生产的能力,终于站稳脚步,开始快速成长。积体电路积体电路就是把许多分立元件制作在同一个半导体晶片上所形成的电路,早在1952年,英国的杜默 (Geoffrey W. A. Dummer) 就提出积体电路的构想。1958年9月12日,德州仪器公司(Texas Instruments)的基尔比 (Jack Kilby, 1923~ ),细心地切了一块锗作为电阻,再用一块pn接面做为电容,制造出一个震荡器的电路,并在1964年获得专利,首度证明了可以在同一块半导体晶片上能包含不同的元件。1964年,快捷半导体(Fairchild SemIConductor)的诺宜斯(Robert Noyce,1927~1990),则使用平面工艺方法,即藉着蒸镀金属、微影、蚀刻等方式,解决了积体电路中,不同元件间导线连结的问题。 积体电路的第一个商品是助听器,发表于1963年12月,当时用的仍是双极型电晶体;1970年,通用微电子(General MICroelectronics)与通用仪器公司 (General Instruments),解决了硅与二氧化硅界面间大量表面态的问题,开发出金氧半电晶体 (metal-oxide-semiconductor,MOS);因为金氧半电晶体比起双极型电晶体,功率较低、集积度高,制程也比较简单,因而成为后来大型积体电路的基本元件。 60年代发展出来的平面工艺,可以把越来越多的金氧半元件放在一块硅晶片上,从1960年的不到十个元件,倍数成长到1980年的十万个,以及1990年约一千万个,这个每年加倍的现象称为莫尔定律 (Moore’s law),是莫尔(Gordon Moore)在1964年的一次演讲中提出的,后来竟成了事实。超大型积体电路在1970年代,决定半导体工业发展方向的,有两个最重要的因素,那就是半导体记忆体 (semIConductor memory) 与微处理机 (micro processor)。在微处理机方面,1968年,诺宜斯和莫尔成立了英代尔 (Intel) 公司,不久,葛洛夫 (Andrew Grove) 也加入了,1969年,一个日本计算机公司比吉康 (Busicom) 和英代尔接触,希望英代尔生产一系列计算机晶片,但当时任职于英代尔的霍夫 (Macian E. Hoff) 却设计出一个单一可程式化晶片,1971年11月15日,世界上第一个微处理器4004诞生了,它包括一个四位元的平行加法器、十六个四位元的暂存器、一个储存器 (aCCumulator) 与一个下推堆叠 (push-down stack),共计约二千三百个电晶体;4004与其他唯读记忆体、移位暂存器与随机存取记忆体,结合成MCS-4微电脑系统;从此之后,各种集积度更高、功能更强的微处理器开始快速发展,对电子业产生巨大影响。三十年后的今天,英代尔的Pentium III已经包含了一千万个以上的电晶体。毫无疑问的,记忆体晶片与微处理器同等的重要,1965年,快捷公司的施密特 (J. D. Schmidt) 使用金氧半技术做成实验性的随机存取记忆体。1969年,英代尔公司推出第一个商业性产品,这是一个使用硅闸极、p型通道的256位元随机存取记忆体。记忆体发展过程中最重要的一步,就是1969年,IBM的迪纳 (R. H. Dennard) 发明了只需一个电晶体和一个电容器,就可以储存一个位元的记忆单元;由于结构简单,密度又高,现今半导体制程的发展常以动态随机存取记忆体的容量为指标。大致而言,1970年就有1K的产品;1974年进步到4K (闸极线宽十微米);1976年16K (五微米);1979年64K (三微米);1983年256K(一点五微米);1986年1M (一点二微米);1989年4M (零点八微米);1992年16M (零点五微米);1995年64M (零点三五微米);1998年到256M (零点二五微米),大约每三年进步一个世代,2001年就迈入十亿位元大关。根据国际半导体科技进程 (International Technology RoaDMAp for SemIConductor) 的推估,西元2014年,最小线宽可达微米,记忆体容量更高达两亿五千六百万位元,尽管新制程、新技术的开发越形困难,但半导体业在未来十五年内,相信仍会迅速的发展下去。

发现半导体已经是很早以前的事了。至于解释为什么有金属、绝缘体和半导体之分,则是在1925年布洛赫创立能带理论以后的事。发明晶体管是肖克莱等三人的功劳(1947年底)。隧道二极管是由日本人江崎于1957年在研究高掺杂时发明的。

半导体的发现实际上可以追溯到很久以前。

1833年,英国科学家电子学之父法拉第最先发现硫化银的电阻随着温度的变化情况不同于一般金属,一般情况下,金属的电阻随温度升高而增加,但巴拉迪发现硫化银材料的电阻是随着温度的上升而降低。这是半导体现象的首次发现。

不久,1839年法国的贝克莱尔发现半导体和电解质接触形成的结,在光照下会产生一个电压,这就是后来人们熟知的光生伏特效应,这是被发现的半导体的第二个特征。

1873年,英国的史密斯发现硒晶体材料在光照下电导增加的光电导效应,这是半导体又一个特有的性质。

半导体的这四个效应,(jianxia霍尔效应的余绩──四个伴生效应的发现)虽在1880年以前就先后被发现了,但半导体这个名词大概到1911年才被考尼白格和维斯首次使用。而总结出半导体的这四个特性一直到1947年12月才由贝尔实验室完成。

在1874年,德国的布劳恩观察到某些硫化物的电导与所加电场的方向有关,即它的导电有方向性,在它两端加一个正向电压,它是导通的;如果把电压极性反过来,它就不导电,这就是半导体的整流效应,也是半导体所特有的第三种特性。同年,舒斯特又发现了铜与氧化铜的整流效应。

扩展资料:

人物贡献:

1、英国科学家法拉第(MIChael Faraday,1791~1867)

在电磁学方面拥有许多贡献,但较不为人所知的,则是他在1833年发现的其中一种半导体材料。

硫化银,因为它的电阻随着温度上升而降低,当时只觉得这件事有些奇特,并没有激起太大的火花;

然而,今天我们已经知道,随着温度的提升,晶格震动越厉害,使得电阻增加,但对半导体而言,温度上升使自由载子的浓度增加,反而有助于导电,这也是半导体一个非常重要的物理性质。

2、德国的布劳恩(Ferdinand Braun,1850~1918)。

注意到硫化物的电导率与所加电压的方向有关,这就是半导体的整流作用。

但直到1906年,美国电机发明家匹卡(G. W. PICkard,1877~1956),才发明了第一个固态电子元件:无线电波侦测器(cat’s whisker),它使用金属与硅或硫化铅相接触所产生的整流功能,来侦测无线电波。

在整流理论方面,德国的萧特基(Walter Schottky,1886~1976)在1939年,于「德国物理学报」发表了一篇有关整流理论的重要论文,做了许多推论,他认为金属与半导体间有能障(potential barrier)的存在,其主要贡献就在于精确计算出这个能障的形状与宽度。

3、布洛赫(Felix BLOCh,1905~1983)

在这方面做出了重要的贡献,其定理是将电子波函数加上了周期性的项,首开能带理论的先河。

另一方面,德国人佩尔斯(Rudolf Peierls, 1907~ ) 于1929年,则指出一个几乎完全填满的能带,其电特性可以用一些带正电的电荷来解释,这就是电洞概念的滥觞;

他后来提出的微扰理论,解释了能隙(Energy gap)存在。

参考资料来源:百度百科-半导体

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半导体光生伏特效应研究论文

1839年,法国物理学家.贝克勒尔意外地发现,用两片金属浸入溶液构成的伏打电池,受到阳光照射时会产生额外的伏打电势,他在所发表的论文中把这种现象称为“光生伏打效应”。“光生伏打效应”是不均匀半导体或半导体与金属混合材料在光照作用下,其内部可以传导电流的载流子分布状态和浓度发生变化,因而在不同部位之间产生电位差的现象,这就是光伏发电的基本原理。

100多年后,随着半导体物性的逐渐了解,以及加工技术的进步,光伏研究取得了重大突破。美国科学家恰宾(Darryl Chapin)和皮尔松( Gerald Pearson)在贝尔实验室用半导体做实验时发现,在硅中掺入一定量的杂质后对光更加敏感。1954年,贝尔实验室首次制成了单晶硅太阳电池,诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术,太阳能时代的第一缕曙光终于来临!

1973年10月,四次中东战争爆发引发石油危机,国际石油输出国组织(OPEC)对色列及支持以色列的国家实行石油禁运,国际原油价格从每桶不到3美元涨到超过13美元。石油危机触发了二战后最大规模的全球经济危机,美国经济学家的估计,那次危机使美国国内生产总值增长下降了,使欧洲的增长下降了,日本则下降了7%。在1979-1980年、1990年,同样的石油危机又发生了两次。

石油让世界各国察觉到对石油过度依赖的弊端,纷纷开发、支持新的能源利用方式。太阳能清洁无污染,并且可以突破资源的限制,只要有阳光的地方就可以开发利用,太阳能受到了世界各国的重视,光伏发电一步步朝着商业化的目标前进。1983年,美国在加州建立了世界上最大的太阳能电站,它的发电量高达160兆瓦。

由于光电转换效率不够高、制作技术不够成熟,太阳能发电成本太高。为了支持新能源发展,世界各国推出了补贴奖励办法。日本在1994年实施推广每户3000瓦的“市电并联型太阳光电能系统”,安装第一年政府补助49%的经费,以后的补助再逐年递减。到了1996年,日本有2600户安装了太阳能发电系统,装设总容量已经有8兆瓦。

1997年6月,时任美国克林顿总统在对国会所作的关于环境和发展的报告中,雄心勃勃的提出了“百万太阳能屋顶计划”,提出要在2010年以前,在美国100万个屋顶或建筑物其他可能的部位安装上太阳能系统。这个计划在当时非常的超前和宏大,给世界各国带来了震动,一场光伏太阳能改变全球能源的革命就此开始。

相关资料《产能过剩的光伏电池,是否还是未来的朝阳产业?》

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本刊与物理类期刊和电子类期刊不同,是以半导体和相关材料为中心的,从物理,材料,器件到应用的,从研究到技术开发的,跨越物理和信息两个学科的综合性学术刊物。《半导体学报》发表中、英文稿件。《半导体学报》被世界四大检索系统(美国工程索引(EI),化学文摘(CA),英国科学文摘(SA),俄罗斯文摘杂志(РЖ))收录。属于4区

研究半导体材料的论文

半导体物理学的迅速发展及随之而来的晶体管的发明,使科学家们早在50年代就设想发明半导体激光器,60年代早期,很多小组竞相进行这方面的研究。在理论分析方面,以莫斯科列别捷夫物理研究所的尼古拉·巴索夫的工作最为杰出。在1962年7月召开的固体器件研究国际会议上,美国麻省理工学院林肯实验室的两名学者克耶斯(Keyes)和奎斯特(Quist)报告了砷化镓材料的光发射现象,这引起通用电气研究实验室工程师哈尔(Hall)的极大兴趣,在会后回家的火车上他写下了有关数据。回到家后,哈尔立即制定了研制半导体激光器的计划,并与其他研究人员一道,经数周奋斗,他们的计划获得成功。像晶体二极管一样,半导体激光器也以材料的p-n结特性为敞弗搬煌植号邦铜鲍扩基础,且外观亦与前者类似,因此,半导体激光器常被称为二极管激光器或激光二极管。早期的激光二极管有很多实际限制,例如,只能在77K低温下以微秒脉冲工作,过了8年多时间,才由贝尔实验室和列宁格勒(现在的圣彼得堡)约飞(Ioffe)物理研究所制造出能在室温下工作的连续器件。而足够可靠的半导体激光器则直到70年代中期才出现。半导体激光器体积非常小,最小的只有米粒那样大。工作波长依赖于激光材料,一般为~微米,由于多种应用的需要,更短波长的器件在发展中。据报导,以Ⅱ~Ⅳ价元素的化合物,如ZnSe为工作物质的激光器,低温下已得到微米的输出,而波长~微米的室温连续器件输出功率已达10毫瓦以上。但迄今尚未实现商品化。光纤通信是半导体激光可预见的最重要的应用领域,一方面是世界范围的远距离海底光纤通信,另一方面则是各种地区网。后者包括高速计算机网、航空电子系统、卫生通讯网、高清晰度闭路电视网等。但就目前而言,激光唱机是这类器件的最大市场。其他应用包括高速打印、自由空间光通信、固体激光泵浦源、激光指示,及各种医疗应用等。晶体管利用一种称为半导体的材料的特殊性能。电流由运动的电子承载。普通的金属,如铜是电的好导体,因为它们的电子没有紧密的和原子核相连,很容易被一个正电荷吸引。其它的物体,例如橡胶,是绝缘体 --电的不良导体--因为它们的电子不能自由运动。半导体,正如它们的名字暗示的那样,处于两者之间,它们通常情况下象绝缘体,但是在某种条件下会导电。

研究硅和锗的电子结构。研究硅和锗的电子结构:可以揭示半导体材料的性质,为硅和锗的应用提供理论指导,研究硅和锗的局域密度泛函理论:通过对硅和锗的局域密度泛函理论的研究,可以提出更加准确的性质模型。硅和锗是一种半导体材料,具有重要的应用价值,第一性原理计算是研究半导体材料性质的基础理论,因此,硅和锗的第一性原理论文具有重要的研究价值。

半导体射线探测器最初约年研究核射线在晶体上作用, 表明射线的存在引起导电现象。但是, 由于测得的幅度小、存在极化现象以及缺乏合适的材料, 很长时间以来阻碍用晶体作为粒子探测器。就在这个时期, 气体探测器象电离室、正比计数器、盖革计数器广泛地发展起来。年, 范· 希尔顿首先较实际地讨论了“ 传导计数器” 。在晶体上沉积两个电极, 构成一种固体电离室。为分离人射粒子产生的载流子, 须外加电压。许多人试验了各种各样的晶体。范· 希尔顿和霍夫施塔特研究了这类探测器的主要性质, 产生一对电子一空穴对需要的平均能量, 对射线作用的响应以及电荷收集时间。并看出这类探测器有一系列优点由于有高的阻止能力, 人射粒子的射程小硅能吸收质子, 而质子在空气中射程为, 产生一对载流子需要的能量比气体小十倍, 在产生载流子的数目上有小的统计涨落, 又比气体计数器响应快。但是, 尽管霍夫施塔特作了许多实验,使用这种探侧器仍受一些限制, 像内极化效应能减小外加电场和捕捉载流子, 造成电荷收集上的偏差。为了避免捕捉载流子, 需外加一个足够强的电场。结果, 在扩散一结, 或金属半导体接触处形成一空间电荷区。该区称为耗尽层。它具有不捕捉载流子的性质。因而, 核射线人射到该区后, 产生电子一空穴载流子对, 能自由地、迅速向电极移动, 最终被收集。测得的脉冲高度正比于射线在耗尽层里的能量损失。要制成具有这种耗尽层器件是在年以后, 这与制成很纯、长寿命的半导体材料有关。麦克· 凯在贝尔电话实验室, 拉克· 霍罗威茨在普杜厄大学首先发展了这类探测器。年, 麦克· 凯用反偏锗二极管探测“ 。的粒子, 并研究所产生的脉冲高度随所加偏压而变。不久以后, 拉克· 霍罗威茨及其同事者测量一尸结二极管对。的粒子, “ , 的刀粒子的反应。麦克· 凯进行了类似的实验, 得到计数率达, 以及产生一对空穴一电子对需要的能量为土。。麦克· 凯还观察到,加于硅、锗一结二极管的偏压接近击穿电压时, 用一粒子轰击, 有载流子倍增现象。在普杜厄大学, 西蒙注意到用粒子轰击金一锗二极管时产生的脉冲。在此基础上, 迈耶证实脉冲幅度正比于人射粒子的能量, 用有效面积为二“ 的探测器, 测。的粒子, 得到的分辨率为。艾拉佩蒂安茨研究了一结二极管的性质, 载维斯首先制备了金一硅面垒型探测器。年以后, 许多人做了大量工作, 发表了广泛的著作。沃尔特等人讨论金一锗面垒型探测器的制备和性质, 制成有效面积为“ 的探测器, 并用探测器, 工作在,测洲的粒子, 分辨率为。迈耶完成一系列锗、硅面垒型探测器的实验用粒子轰击。年, 联合国和欧洲的一些实验室,制备和研究这类探测器。在华盛顿、加丁林堡、阿什维尔会议上发表一些成果。如一结和面垒探测器的电学性质, 表面状态的影响, 减少漏电流, 脉冲上升时间以及核物理应用等等。这种探测器的发展还与相连的电子器件有很大关系。因为, 要避免探测器的输出脉冲高度随所加偏压而变, 需一种带电容反馈的电荷灵敏放大器。加之, 探测器输出信号幅度很小, 必需使用低噪声前置放大器, 以提高信噪比。为一一满足上述两个条件, 一般用电子管或晶体管握尔曼放大器, 线幅贡献为。在使用场效应晶体管后, 进一步改善了分辨率。为了扩大这种探测器的应用, 需增大有效体积如吸收电子需厚硅。采用一般工艺限制有效厚度, 用高阻硅、高反偏压获得有效厚度约, 远远满足不了要求。因此, 年, 佩尔提出一种新方法, 大大推动这种探测器的发展。即在型半导体里用施主杂质补偿受主杂质, 能获得一种电阻率很高的材料虽然不是本征半导体。因为铿容易电离, 铿离子又有高的迁移率, 就选铿作为施主杂质。制备的工艺过程大致如下先把铿扩散到型硅表面, 构成一结构, 加上反向偏压, 并升温, 锉离一子向区漂移, 形成一一结构, 有效厚度可达。这种探测器很适于作转换电子分光器, 和多道幅度分析器组合, 可研究短寿命发射, 但对卜射线的效率低, 因硅的原子序数低。为克服这一点, 采用锉漂移入锗的方法锗的原子序数为。年, 弗莱克首先用型锗口,按照佩尔方法, 制成半导体探测器,铿漂移长度为, 测‘“ 、的的射线, 得到半峰值宽度为直到年以前, 所有的探测器都是平面型, 有效体积受铿通过晶体截面积到“和补偿厚度的限制获得补偿厚度约, 漂移时间要个月, 因此, 有效体积大于到” 是困难的。为克服这种缺点, 进一步发展了同轴型探测器。年, 制成高分辨率大体积同轴探测器。之后, 随着电子工业的发展而迅速发展。有效体积一般可达几十“ , 最大可达一百多“ , 很适于一、一射线的探测。年以后广泛地用于各个部门。最近几年, 半导体探测器在理论研究和实际应用上都有很大发展。

半导体方面的研究论文

半导体物理学的迅速发展及随之而来的晶体管的发明,使科学家们早在50年代就设想发明半导体激光器,60年代早期,很多小组竞相进行这方面的研究。在理论分析方面,以莫斯科列别捷夫物理研究所的尼古拉·巴索夫的工作最为杰出。在1962年7月召开的固体器件研究国际会议上,美国麻省理工学院林肯实验室的两名学者克耶斯(Keyes)和奎斯特(Quist)报告了砷化镓材料的光发射现象,这引起通用电气研究实验室工程师哈尔(Hall)的极大兴趣,在会后回家的火车上他写下了有关数据。回到家后,哈尔立即制定了研制半导体激光器的计划,并与其他研究人员一道,经数周奋斗,他们的计划获得成功。像晶体二极管一样,半导体激光器也以材料的p-n结特性为敞弗搬煌植号邦铜鲍扩基础,且外观亦与前者类似,因此,半导体激光器常被称为二极管激光器或激光二极管。早期的激光二极管有很多实际限制,例如,只能在77K低温下以微秒脉冲工作,过了8年多时间,才由贝尔实验室和列宁格勒(现在的圣彼得堡)约飞(Ioffe)物理研究所制造出能在室温下工作的连续器件。而足够可靠的半导体激光器则直到70年代中期才出现。半导体激光器体积非常小,最小的只有米粒那样大。工作波长依赖于激光材料,一般为~微米,由于多种应用的需要,更短波长的器件在发展中。据报导,以Ⅱ~Ⅳ价元素的化合物,如ZnSe为工作物质的激光器,低温下已得到微米的输出,而波长~微米的室温连续器件输出功率已达10毫瓦以上。但迄今尚未实现商品化。光纤通信是半导体激光可预见的最重要的应用领域,一方面是世界范围的远距离海底光纤通信,另一方面则是各种地区网。后者包括高速计算机网、航空电子系统、卫生通讯网、高清晰度闭路电视网等。但就目前而言,激光唱机是这类器件的最大市场。其他应用包括高速打印、自由空间光通信、固体激光泵浦源、激光指示,及各种医疗应用等。晶体管利用一种称为半导体的材料的特殊性能。电流由运动的电子承载。普通的金属,如铜是电的好导体,因为它们的电子没有紧密的和原子核相连,很容易被一个正电荷吸引。其它的物体,例如橡胶,是绝缘体 --电的不良导体--因为它们的电子不能自由运动。半导体,正如它们的名字暗示的那样,处于两者之间,它们通常情况下象绝缘体,但是在某种条件下会导电。

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半导体射线探测器最初约年研究核射线在晶体上作用, 表明射线的存在引起导电现象。但是, 由于测得的幅度小、存在极化现象以及缺乏合适的材料, 很长时间以来阻碍用晶体作为粒子探测器。就在这个时期, 气体探测器象电离室、正比计数器、盖革计数器广泛地发展起来。年, 范· 希尔顿首先较实际地讨论了“ 传导计数器” 。在晶体上沉积两个电极, 构成一种固体电离室。为分离人射粒子产生的载流子, 须外加电压。许多人试验了各种各样的晶体。范· 希尔顿和霍夫施塔特研究了这类探测器的主要性质, 产生一对电子一空穴对需要的平均能量, 对射线作用的响应以及电荷收集时间。并看出这类探测器有一系列优点由于有高的阻止能力, 人射粒子的射程小硅能吸收质子, 而质子在空气中射程为, 产生一对载流子需要的能量比气体小十倍, 在产生载流子的数目上有小的统计涨落, 又比气体计数器响应快。但是, 尽管霍夫施塔特作了许多实验,使用这种探侧器仍受一些限制, 像内极化效应能减小外加电场和捕捉载流子, 造成电荷收集上的偏差。为了避免捕捉载流子, 需外加一个足够强的电场。结果, 在扩散一结, 或金属半导体接触处形成一空间电荷区。该区称为耗尽层。它具有不捕捉载流子的性质。因而, 核射线人射到该区后, 产生电子一空穴载流子对, 能自由地、迅速向电极移动, 最终被收集。测得的脉冲高度正比于射线在耗尽层里的能量损失。要制成具有这种耗尽层器件是在年以后, 这与制成很纯、长寿命的半导体材料有关。麦克· 凯在贝尔电话实验室, 拉克· 霍罗威茨在普杜厄大学首先发展了这类探测器。年, 麦克· 凯用反偏锗二极管探测“ 。的粒子, 并研究所产生的脉冲高度随所加偏压而变。不久以后, 拉克· 霍罗威茨及其同事者测量一尸结二极管对。的粒子, “ , 的刀粒子的反应。麦克· 凯进行了类似的实验, 得到计数率达, 以及产生一对空穴一电子对需要的能量为土。。麦克· 凯还观察到,加于硅、锗一结二极管的偏压接近击穿电压时, 用一粒子轰击, 有载流子倍增现象。在普杜厄大学, 西蒙注意到用粒子轰击金一锗二极管时产生的脉冲。在此基础上, 迈耶证实脉冲幅度正比于人射粒子的能量, 用有效面积为二“ 的探测器, 测。的粒子, 得到的分辨率为。艾拉佩蒂安茨研究了一结二极管的性质, 载维斯首先制备了金一硅面垒型探测器。年以后, 许多人做了大量工作, 发表了广泛的著作。沃尔特等人讨论金一锗面垒型探测器的制备和性质, 制成有效面积为“ 的探测器, 并用探测器, 工作在,测洲的粒子, 分辨率为。迈耶完成一系列锗、硅面垒型探测器的实验用粒子轰击。年, 联合国和欧洲的一些实验室,制备和研究这类探测器。在华盛顿、加丁林堡、阿什维尔会议上发表一些成果。如一结和面垒探测器的电学性质, 表面状态的影响, 减少漏电流, 脉冲上升时间以及核物理应用等等。这种探测器的发展还与相连的电子器件有很大关系。因为, 要避免探测器的输出脉冲高度随所加偏压而变, 需一种带电容反馈的电荷灵敏放大器。加之, 探测器输出信号幅度很小, 必需使用低噪声前置放大器, 以提高信噪比。为一一满足上述两个条件, 一般用电子管或晶体管握尔曼放大器, 线幅贡献为。在使用场效应晶体管后, 进一步改善了分辨率。为了扩大这种探测器的应用, 需增大有效体积如吸收电子需厚硅。采用一般工艺限制有效厚度, 用高阻硅、高反偏压获得有效厚度约, 远远满足不了要求。因此, 年, 佩尔提出一种新方法, 大大推动这种探测器的发展。即在型半导体里用施主杂质补偿受主杂质, 能获得一种电阻率很高的材料虽然不是本征半导体。因为铿容易电离, 铿离子又有高的迁移率, 就选铿作为施主杂质。制备的工艺过程大致如下先把铿扩散到型硅表面, 构成一结构, 加上反向偏压, 并升温, 锉离一子向区漂移, 形成一一结构, 有效厚度可达。这种探测器很适于作转换电子分光器, 和多道幅度分析器组合, 可研究短寿命发射, 但对卜射线的效率低, 因硅的原子序数低。为克服这一点, 采用锉漂移入锗的方法锗的原子序数为。年, 弗莱克首先用型锗口,按照佩尔方法, 制成半导体探测器,铿漂移长度为, 测‘“ 、的的射线, 得到半峰值宽度为直到年以前, 所有的探测器都是平面型, 有效体积受铿通过晶体截面积到“和补偿厚度的限制获得补偿厚度约, 漂移时间要个月, 因此, 有效体积大于到” 是困难的。为克服这种缺点, 进一步发展了同轴型探测器。年, 制成高分辨率大体积同轴探测器。之后, 随着电子工业的发展而迅速发展。有效体积一般可达几十“ , 最大可达一百多“ , 很适于一、一射线的探测。年以后广泛地用于各个部门。最近几年, 半导体探测器在理论研究和实际应用上都有很大发展。

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