关于半导体物理研究的回顾与展望

荣丽

摘要：半导体物理是凝聚态物理领域中一个非常活跃且重要的分支，本身在大学发展的过程中也是半导体科学技术发展的重要物理基础。而随着半个多世纪以来的发展，半导体物理不仅在晶体半导体、非晶体半导体、半导体超晶各、纳米半导体和其他领域中获得非常重大的进展，而且本身也是一种新材料、新结构、新效应和新工艺的集合，在使用的过程中也将在最大程度上丰富凝聚态物理研究的内容，最终更好地促进半导体科学技术在之后的迅速发展。虽然很多大学也对半导体物理进行全面的研究，但本文主要就半导体物理研究的回顾和展望进行全面的分析，也希望能够给更多在校大学生一些参考性意见。

关键词：半导体研究；物理属性；回顾策略；展望策略

引言：

目前，我国的信息产业已经成为促进我国国民经济发展的重要支柱产业。此外，信息产业的迅速发展也进一步地推动了器件制造业和软件开发业的迅速发展。但在信息产业发展的过程中，有一些新原理和新功能器件的制造也会在很大程度上与半导体物理的研究和发展有很大的关系。而现在很多发达国家和地区都已经在半导体物理领域投入了大量的资金和人力资源，并就全过程的发展进行半导体物理的创新和研究。这样一种市场运作的状态也始终会很大程度上加剧国家竞争的程度。因为半导体的物理发展能够在很大程度上促进社会发展水平的提升和人们生活水平的提升。

1.半导体材料的概述

很多大学都开设了半导体这一新的领域，因为本身的发展历史非常短，是在本世纪四十年代之后才发展起来的一个新领域。在本世纪初，很多大学甚至还没有开设半导体这一学科，人们对于半导体本身的概念也不是很了解。很多大学生甚至都只是了解诸如铝、铜和这些普通的金属具有很好的导电性，甚至也属于很好的导电材料[1]。而又把不具备导电性能的金属材料称之为绝缘材料。绝缘材料本身的导电性能非常差，包括橡胶和陶瓷等材料都被称之为绝缘材料，这些材料在生活中应用的场合都比较多。

从导电性能来看，半导体的导电性是介于导电体和绝缘体之间的。在物理试验中经常会用到类似硅的物质，而这些半导体材料在大学实验甚至是工业上的应用都不是很多。

2.半导体物理研究的回顾

2.1固体能带和晶格动力学理论

有关完整的周期结构晶态半导体理论是半导体物理技术发展的开端。而在30年代出现的固体能带理论和50年代出现的晶格动力学理论往往又为半导体物理发展的过程提供了很好的基礎。从长远发展的过程来看，固态电子理论的出现不仅能够使得人们能够更好地使用包括导带、价带和禁带等的概念，并在这个过程中能够将包括金属、半导体和绝缘体等的物体分开。从此人们才会对晶态半导体的认识有了一个质的飞跃，并让很多大学教授和大学生都能够更加深刻和牢固地张我半导体内部各种物质的性能和本质，并最终成为各类半导体器件和集成电路发展的重要物质基础。

2.2有效质量理论和“空穴”概念的提出

晶态半导体在半导体物理研究的过程中一直占据着非常重要的地位。这两类技术出现的重要理论基础为有效质量理论和“空穴”概念。有效质量的理论一方面概括了半导体内部势场的作用，从而使得半导体内部的电子即便一直处于外力控制的范围之内都可以更好地进行规律的运动，并在运动的过程中并不涉及到半导体内部势场的作用。另外一方面，有效质量的理论能够定量地描述出半导体导带和价带边附近的能带结构，并全面地给出了包括研究半导体过程中出现的浅施主、浅受主能级、激子能级和磁能级等的理论方法，从而才能够更好地促进大学实验室中包括回旋共振、磁光吸收和激子光谱等实验结果。

2.3雷达技术的迅猛发展

随着第二次世界大战中雷达技术发展的越来越快，越来越多的半导体材料也正要被用到雷达制造的过程中，半导体材料也在此发展的过程中变得越来越好，从而促使半导体材料发展的越来越快。正因为半导体学科理论方面有了非常可靠的理论基础，因此也对后续半导体技术的高速发展打下了更好的理论基础[2]。也正因为越来越多的半导体物理技术被广泛地应用于生产实践的过程中，从而使得半导体技术的发展能够变得越来越繁荣。

3.半导体物理研究的展望

在未来发展的过程中，半导体新材料在未来研究的过程中占据着非常重要的地位，而只有不断地探索和发现新材料和内部的新性能才能够更好地促进半导体未来的发展。而在将来，半导体新材料的开发和设计势必会发展的更好。包括超高速逻辑器件和高性能的光电子器件和这些与器件有关的集成电路系统都将会是当今半导体器件发展的重大趋势。

半导体的新器件势必会变得更加小型化，其内部的功能也会变得更加多样化。从市面上半导体器件发展的过程来看，半导体器件在发展的过程中都是以纳米结构为基础的，而纳米量子器件的结构已经成为半导体材料未来发展的重大特征之一。

目前，单电子器件是一种利用先进纳米量子技术进行制造的器件。这种器件势必会在未来半导体物理研究的过程中成为创造新材料的一种新特性和新途径。而经过几十年的努力，现在很多人都开始采用先进的设备技术来制造更多的单电子晶体管，并且能够更好地研究电子晶体管在运输过程中会产生的一些问题。在未来，如何能够将电子器件的结构和先进工艺更好地结合起来，从而制造出一种能够在高温高压环境下进行工作的集成电路。这些都是大家需要考虑的问题。

4.结束语

从越来越多的大学开始开设半导体物理研究这一专业的情况来看，包括我国在内的很多国家都已经慢慢重视半导体物理的发展和研究，半导体新材料的发展和应用也会对国家的长远发展产生非常重要的影响。同时，半导体的新材料也将对社会的发展提供一个有力的推动作用。

参考文献：

[1]李亚玲，李文博.光栅衍射和布拉格公式[J].2016（3）：125-129

[2]刘恩科，朱秉升，罗晋生.半导体物理学[M].国防工业出版社，2015（4）：139-143