半導體是什么？

舉個例子，我們都知道金屬銅是導體，觀察它的原子結構圖就會發(fā)現(xiàn)它的最外層只有一個電子，我們把這個電子稱為價電子，因為原子核與價電子之間的吸引力較小，所以一旦受到外力吸引，這個電子就很容易脫離銅原子，成為一個自由電子，這也是銅能夠成為導體的主要原因。同理，觀察絕緣體的原子結構就會發(fā)現(xiàn)，它們通常擁有八個加電子，極其穩(wěn)定。顧名思義，半導體應介于二者之間。

那么它的原子結構又是怎么樣的呢？

觀察元素周期表就可以發(fā)現(xiàn)，在導體和絕緣體的分界線附近的元素就是制作半導體的重要材料。硅元素當然是最有影響力的一個，觀察原子結構圖就會發(fā)現(xiàn)它的最外層有四個電子。要想達到平衡狀態(tài)，不是舍棄四個電子，就是在拉攏四個電子，而硅原子在排列時巧妙的共享了上下左右四個電子，手拉著手組成了穩(wěn)定八電子結構，也就是共價鍵。

那么硅的導電性又從何而來呢？

當溫度大于絕對零度時，處于架帶的電子就可能發(fā)生躍遷，變成自由電子，同時原來的位置上就會形成一個空穴，也就是說硅晶體內(nèi)會存在等量的自由電子和空穴，它們都可以起到導電的作用，這就是純凈半導體，也叫做本征半導體。它的結構雖然完美，但是想要增加半導體的導電能力，還需要摻雜其他元素。當我們把硅原子替換成五價磷原子時，就可以提高自由電子的濃度，得到N型半導體。同理，如果用最外層只有三個電子的硼原子替換硅原子，提高空學的濃度，就可以得到梯形半導體。

那么把這兩種類型的半導體連接在一起會發(fā)生什么呢？N區(qū)的電子迫切的想擴散到P區(qū)，P區(qū)空穴拼命想要擴散到N區(qū)，這時就會形成一個由N指向P的內(nèi)電場，阻止擴散進行。在二者達到動態(tài)平衡之后，就會在交界面形成一個空間電荷區(qū)，這就是PN節(jié)。PN節(jié)具有單向導電性，我們常見的二極管便是利用這個特性制成的。而利用太陽光照射PN節(jié)就會激發(fā)產(chǎn)生電子空穴對經(jīng)過界面層的電荷分離，就會形成一個由P指向N的光生電場，這就是光生伏特效應，也是太陽能電池的基本原理。

什么是半導體卡脖子難題？

芯片，簡單來說就是用半導體材料制成的集成電路。

芯片是信息產(chǎn)業(yè)最重要的部件，手機、電腦、汽車、高鐵、電網(wǎng)……這些領域都需要用到大量的芯片，可以說只要涉及到信息的地方就需要芯片。但是常用的電腦核心芯片、高端手機核心芯片、視頻系統(tǒng)中顯示驅動芯片、數(shù)字信號處理設備芯片，以及可編程邏輯設備核心芯片等，都是我們目前還造不出來的高端芯片，幾乎完全依賴進口。由于我們對外部市場的高依存度及短期內(nèi)難以突破的技術壁壘，被“卡脖子”時尤為被動。

我們知道，國內(nèi)芯片常遭美國“卡脖子”的技術主要涉及三方面，一是制程工藝；二是裝備/材料；三是設計IP核/EDA工具。

不過從長期來看，中國半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有產(chǎn)業(yè)集群優(yōu)勢、成本優(yōu)勢、市場規(guī)模等優(yōu)勢，在進口替代和產(chǎn)業(yè)升級的驅動下，中國半導體產(chǎn)業(yè)的前景是光明的。因為發(fā)展高科技產(chǎn)業(yè)既是中國產(chǎn)業(yè)升級的方向，也是中國人民追求美好生活的必經(jīng)之路，而半導體是發(fā)展科技產(chǎn)業(yè)無法邁過的基礎性行業(yè)。