半導體產業無疑是國內未來10年，急需突破技術封鎖的行業。在全球半導體產業中，國內的半導體行業發展較晚，在各個行業逐漸突破技術封鎖的過程中，半導體企業也是逐漸擴大產業規模，在半導體產業中“水潤滑空壓機”的“無油壓縮空氣”是有起到發展的重要作用。

　　半導體工業常用的氣體，比如二氧化碳、氬氣、氮氣等，水潤滑空壓機可以壓縮多種特殊氣體，有需要可以電話咨詢我們“上海格蘭克林集團”。

　　什么是半導體?

　　先說說什么半導體。從材料的角度上看：半導體是指在常溫下導電性能介于導體與絕緣體之間的材料。像日常生活中的銅線，鋁線是導體，而橡膠之類是絕緣體。從導電性來看：半導體是指一種導電性可控，范圍從絕緣體到導體之間。

　　半導體的四個特性：

　　半導體的發現最早可以追溯到1833年，英國科學家電子學之父法拉第最先發現硫化銀的電阻隨著溫度的變化情況不同于一般金屬，這是半導體現象的首次發現。

　　法拉第

　　但是對于半導體的特性的總結要到了1947年12月才由貝爾實驗室完成。

　　溫度上升，電阻下降：半導體的電阻是隨著溫度的上升而降低，但是，一般情況下，金屬的電阻隨溫度升高而增加的。

　　光生伏特效應：半導體和電解質接觸形成的結，在光照下會產生一個電壓。

　　光電導效應：半導體在光照的情況下，會增加導電性。

　　整流效應：半導體的導電性具有方向性，和所加的電場的方向有關。在半導體的兩端加一個正向電壓，它是導通的;如果把電壓極性反過來，它就不導電。

　　最初的王者并不是硅

　　在半導體芯片的早期，硅并不是主角，鍺才是。第一個晶體管是鍺基晶體管，而且第一個集成電路芯片是鍺芯片。

　　鍺

　　第一個晶體管是由巴丁和布拉頓發明的，他們發明的是雙極晶體管(BJT)，第一個P/N結二極管是由肖克利發明的，而且，肖克利設計的這種結型立即成了BJT的標準結構，并服役至今。他們三個也在1956年獲得了當年的諾貝爾物理學獎。

　　肖克利，巴頓，布拉頓

　　晶體管可以簡單地理解為一種微型的開關，根據半導體的特性，在半導體中摻入磷元素可以形成N型半導體，摻入硼元素可以形成P型半導體。而N型半導體和P型半導體進行組合，就形成了電子芯片當中的重要結構--PN結;這樣就可以完成特定的邏輯運算(比如與門、或門、非門等等)

　　不過鍺，有些很不好解決的問題，諸如，半導體的界面缺陷很多，熱穩定性不好，氧化物不夠致密。而且，鍺是一種稀有元素，在地殼中的含量僅為一百萬分之七，鍺礦分布還非常分散。正是由于鍺非常稀少，分布不集中，導致鍺的原材料成本居高不下;物以稀為貴，原料成本高，鍺晶體管也便宜不到哪兒去，所以鍺晶體管很難大規模生產。

　　所以，研究者，將研究的目光往上跳了一級，看中了硅元素。可以這樣說鍺所有的先天不足都是硅的先天優勢。

　　硅是僅次于氧第二豐富的元素，但是你基本上無法在自然界找到硅單質，其最常見的化合物是二氧化硅和硅酸鹽。而其中二氧化硅又是沙子的主要成分之一。此外，長石、花崗石、石英等化合物都是基于硅-氧化合物。

　　硅的熱穩定性不錯，有著致密、高介電常數的氧化物，可以輕易制備出界面缺陷極少的硅-氧化硅界面。

　　氧化硅不溶于水(氧化鍺溶于水)，也不溶于大多數的酸，這簡直是和印刷電路板的腐蝕印刷技術一拍即合。結合的產物，就是延續至今的集成電路平面工藝。

　　硅晶柱

　　硅的上位歷程

　　創業失敗：據說，肖克利這是看到了當時還沒有人成功制作出硅晶體管，有著巨大的市場機會;所以在1956年，他才離開貝爾實驗室，去加州創辦自己的公司。可惜的是，肖克利并不是一個好的企業家，企業管理的水平和他的學術水平相比就是一個傻子。所以肖克利本人沒有完成硅替代鍺的宏愿，他的后半生的舞臺是斯坦福大學的講臺。在成立一年之后，他所招募的八個有才華的年輕人集體叛變了他，而硅替代鍺的宏愿，也將由“八叛徒”完成。

　　硅晶體管的興起

　　在“八叛徒”創建仙童半導體公司之前，當時，鍺晶體管是晶體管市場的絕對主流，1957年美國制造了近3000萬個晶體管，硅晶體管僅有100萬個，鍺晶體管有近2900萬個。德州儀器憑借20%的市場份額，成為晶體管市場的巨頭。

　　八叛徒和仙童半導體公司

　　市場上最大的客戶美國政府和軍方，他們想將芯片大量運用在火箭和導彈上，增大寶貴的發射負荷，提高控制終端的可靠性。但晶體管也將面臨高溫、劇烈振動導致的惡劣工作環境。

　　在溫度方面，鍺首先敗下陣來：鍺晶體管能耐受的溫度只有80℃，而軍方的要求是在200℃也能穩定運行。能扛住這個溫度的，也只有硅晶體管了。

　　傳統的硅晶體管

　　仙童發明了硅晶體管的制作工藝，使得硅晶體管的制造變得和印刷書籍一樣簡單，高效，而且在價格方面比鍺晶體管便宜很多。仙童的硅晶體管的制作流程大致如下：

　　首先，手工畫出布局圖，圖有時大到能占一面墻，然后把圖拍攝下來，縮小成一張小小的透光片，透光片往往有兩道三張，每張代表一層電路;

　　其次，在切片打磨光滑的硅片上涂上一層感光材料，用紫外線/激光將透光片上的電路圖案投射到硅片上;

　　第三，透光片上黑暗部分的區域和線條會在硅片上留下未曝光的圖案，用酸液清洗這些沒有曝光的圖案，然后加入半導體雜質(擴散技術)，或者鍍上金屬導體;

　　第四，對每張透光片重復上面三個步驟，可以在硅晶圓上得到大批晶體管，由女工在顯微鏡下切割后連接上導線，然后封裝、測試、出售。

　　隨著硅晶體管的大量上市，八叛徒創建的仙童公司躋身成為可以和德州儀器這樣的巨頭公司并肩。

　　重要的推手—英特爾

　　真正總結鍺的統治地位，還是隨后集成電路的發明。當時有兩條技術路線，一個是德州儀器的鍺晶片的集成電路，一個是仙童公司的硅晶片的集成電路。一開始兩家對于集成電路的專利的歸屬權鬧得很兇，不過之后，專利局都承認兩家對于集成電路專利的擁有權。

　　但是，由于仙童的工藝更加先進，成為了集成電路的標準，并持續的使用至今。后來，集成電路的發明者---諾伊斯和摩爾定律的提出者—摩爾離開了仙童半導體公司順便說一句他們都是“八叛徒”的成員。他們和格魯夫一起創建了現在世界上最大的半導體芯片公司—Intel。

　　在隨后的發展中，英特爾公司力推硅芯片。先后擊敗德州儀器、摩托羅拉、IBM等巨頭，成為半導體存儲和CPU領域王者。

　　隨著英特爾成為行業霸主，硅也徹底終結鍺，曾經圣塔克拉拉谷，也被改稱為“硅谷”。從此在大眾的認識中：硅芯片就等于半導體芯片。

　　雖然，鍺退出芯片領域，但它仍然是一種重要的半導體材料，在其他的領域仍舊有著不可取代的地位。

　　總結：

　　硅可以取代鍺在芯片上的統治地位，成為當下半導體芯片制備的主要材料。不但是硅在物理、化學性質以及在儲量上的優勢;還在于人們對于技術創新的不斷追求。