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材料與人類文明
核心選修課
材料與人類文明論文
——半導體材料，世界因你而改變
姓名：劉肖飛
班級：計算機01
學號：10055015
摘要
半導體材料的優(yōu)良性能使之在各個領域大顯身手。我們也因此進入了信息時代。本文主要對半導體材料對軍事、航空航天、計算機、通信等領域的影響進行論述，并結合生活中例子來進一步說明半導體材料對世界的改變。
關鍵字：半導體材料，軍事，航空航天，計算機，通信
正文：上半世紀中葉，單晶硅和半導體晶體管的研制成功，以及集成電路的迅速發(fā)展，促使人類對信息的處理能力大幅提升，從而進入了信息時代。而計算機作為20世紀最偉大的發(fā)明之一，也標志著人類的計算能力進入了前所未有的高度，在此基礎上，各種集成芯片和半導體材料的發(fā)展再結合計算機系統(tǒng)的應用，促使人類在航天、醫(yī)療、軍事等領域取得了質的飛躍，人類文明也因此進入了一個嶄新的時代。
1 什么是半導體材料
半導體材料是導電性能介于導體與絕緣體之間的一種物質；它是一類具有半導體性能、可用來制作半導體器件和集成電的電子材料，其電導率在10（U-3）～10（U-9）Ω/cm。
半導體材料可按化學組成來分，按照這樣分類方法可將半導體材料分為化合物半導體、有機半導體、固溶體半導體、元素半導體�；衔锇雽w分為二元化合物半導體和多元化合物半導體；有機半導體分為有機分子晶體、有機分子絡合物、和高分子聚合物，一般指具有半導體性質的碳-碳雙鍵有機化合物，電導率為10-10~102Ω·cm；固溶體半導體是由兩個或多個晶格結構類似的元素化合物相融合而成，有二元系和三元系之分，如ⅣA-ⅣA組成的Ge-Si固溶體，ⅤA-ⅤA組成的Bi-Sb固溶體。原子排列短程有序、長程無序的半導體成為非晶態(tài)半導體，主要有非晶硅、非晶鍺等；元素半導體大約有十幾種，在元素周期表的ⅢA族—ⅦA族的金屬與非金屬元素交界處，如Ge，Si，Se，Te等。①
2 半導體材料的廣泛應用
半導體材料以硅為主，但是往往會在純凈的硅晶體中摻雜Ge、Se、Te等少量元素來形成各種不同性能的材料。由于半導體材料的優(yōu)良性能，它們在生活中應用相當廣泛，人們的家用電器80%以上都離不開硅材料。從電視機到手機，再到家用電腦，一塊小小的集成芯片就為我們提供了極大的便利。半導體在未我們的生活提供便利的同時，它同樣活躍在高新技術領域，比如航空航天用到的太陽能電池板、宇航服、計算機系統(tǒng)等等；醫(yī)學中用到的核磁共振成像。不僅如此，半導體在軍事領域也有著戰(zhàn)略性的地位。因此在下文中著重討論半導體在軍事、航空航天、計算機、通信等領域的影響，而這些恰恰是我們觸手可
及的，切身感受得到的，我們會發(fā)現(xiàn)，不起眼的半導體有著開啟世界之門的正能量。正是這一塊小小的半導體卻在深刻地影響和改變著世界，世界因“小”而改變。
2.1 半導體之于軍事
2003年的伊拉克戰(zhàn)爭，當美國用信息技術摧毀了薩達姆的指揮系統(tǒng)之后，以迅雷不及掩耳之勢攻占了伊拉克，而伊軍此時還是用鋼甲鐵板的坦克去對付來犯之敵，而他們卻發(fā)現(xiàn)，炮彈對美軍無絲毫作用，是因為美軍躲在了“比特”的后面，這場戰(zhàn)爭也因此成為了現(xiàn)在信息戰(zhàn)的鼻祖，這也是一場硅對鋼的勝利。眾所周知，美國的信息技術發(fā)展很快，這得益于他們半導體材料制作工藝的成熟，在當時已經(jīng)可以制作超大規(guī)模的集成芯片，而我國當時還得進口他們的芯片才能使我們自己的計算機運行1+1這樣簡單的程序。尤其是再結合納米技術，人類已經(jīng)到了能夠操作分子、原子、中子的地步，此時各種新型的、大規(guī)模殺傷性武器屢見不鮮，正因為這些武器和技術的出現(xiàn)改變了世界戰(zhàn)爭的格局�，F(xiàn)在戰(zhàn)爭講究信息戰(zhàn)，開張之前實施電子對抗，真正達到“不戰(zhàn)而屈人之兵”。因此一個國家的半導體制作技藝和研究水平在某種程度上決定了它的國防力量。我們不能再以小米加步槍為榮了，必須大力發(fā)展半導體材料武器裝備，才能在未來的戰(zhàn)爭中立于不敗之地。
尤其是激光技術在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的廣為利用，各種新型光學武器層出不窮，而它們都是以半導體材料為基礎，結合現(xiàn)代高科技制備而成，有智能化、遠程化、小型化、復合化等優(yōu)點，在現(xiàn)代國防軍事領域有著無可替代的作用。綜上所述，我們可以看出半導體材料已經(jīng)成了一個國家軍事力量的物質基礎，如若再忽視它，那后果無異于自毀長城。
2.2 半導體之于航空航天
從人類第一顆人造衛(wèi)星升天，到有了第一艘載人飛船，再到國際空間站的建立，人類對外天空的探索取得了驕人的戰(zhàn)績，我們不再對太空感到神秘，我們開始在天空中尋找我們的起源于出路。然而這其中半導體http://www.msguai.com/news/55B5BC15C11206C7.html材料可謂功不可沒，沒有它，我們不可能這么跳出地球引力，去翱翔更大的“天空”。半導體材料在航天航空中的應用我們可能一開始就想到衛(wèi)星已進入太空就打開的太陽能電池板，利用硅晶制作的太陽能電池板在為衛(wèi)星源源不斷地輸送著電能，從而保證一切系統(tǒng)的正常工作。除了這一點，其實半導體材料還在航天航空中的其他地方大顯身手：只要是有自動控制系統(tǒng)的地方，都離不開芯片，而芯片正是半導體材料制作而成的；還有某些高性能材料（耐高溫、高壓、高輻射）也需要摻入半導體材料才能發(fā)揮最佳性能。
2.3 半導體之于計算機
毫無疑問，半導體材料是構成計算機的物質基礎，沒有它，計算機就沒有硬
件，沒有硬件，計算機軟件就無生存之地，沒有了軟件，計算機也就失去了“靈魂”。從1946年龐大的ENIAC（當時它還是用的電子管）到現(xiàn)今各式各樣的微型機、巨型機、PC、單片機等，人類利用計算機這個超級工具已使自己的計算機能力提升了幾十萬倍，給生活帶來了極大的便利。特別是摩爾定律指出，芯片集成度每18個翻一番。這些技術的發(fā)展都是以半導體材料的發(fā)展為前提和基礎的。如果沒有半導體材料，就不可能有PN結；沒有PN結就不會有二極管、三極管、晶體管；沒有這些管子，現(xiàn)代高集成度的芯片也就不會出現(xiàn)；而失去了這些芯片，計算機也就沒有了骨架，將會灰飛煙滅。
我相信我們現(xiàn)代的每一個人都能切身感受到計算機給我們生活帶來的極大便利，從家庭辦公、影視娛樂，再帶科研計算、自動控制，都離開計算機，如果半導體材料不發(fā)展，那么計算機還會更新這么快嗎？那么我們的生活是不是又要回到那個手算的年代？因為我學的是計算機專業(yè)，所以我對這一點的體會非常深刻，就連我們平時的家用電器里面都有一個嵌入式芯片以實現(xiàn)智能化、人性化。因此，半導體材料不像它的名字一樣，雖然導電性能不如金屬材料，但是它的作用遠非金屬所能比擬的。
2.4 半導體之于通信
十幾年前，我們手里有個傳呼機（不過它的個頭挺大的，功能也簡單）就感覺非常地了不起了；但是經(jīng)過這些年的發(fā)展，我們手里的通信設備也從最簡單的傳呼到現(xiàn)在的支持視頻、聯(lián)網(wǎng)、無線傳輸?shù)裙δ埽沂謾C的功能越來越強大，價錢卻越來越便宜，這不僅是通信技術進步的表現(xiàn)，更要要得益于半導體材料的發(fā)展。沒有半導體的發(fā)展，我們可能還停留于紙質書信的通信方式。
3 半導體繼續(xù)改變著世界
我們生活中的IC卡、銀行卡、信用卡等各種磁卡；我們經(jīng)常使用的Flash閃存、移動硬盤、光碟等信息存儲設備；我們家里的收音機，電視機、DVD等家電設備??這些常用的設備極大的方便和豐富了我們的生活，而這些都是用半導體材料制作的，可以說沒有半導體，我們眼中的世界將會是另一個樣子。
半導體材料的發(fā)展是相當迅速的，這也是我們這個高速發(fā)展的信息社會的需要，面對信息的爆炸，計算機和電子技術面臨著一個極限，人們又想到用量子計算機來解決，而量子計算機核心是利用硅納米電子器件中磷施主核自旋進行信息編碼，通過外加電場控制核自旋間相互作用實現(xiàn)其邏輯運算，自旋測量是由自旋極化電子電流來完成。如果這個實驗成功，那么我們的社會又將前進一大步。
參考：①http://baike.baidu.com/view/50720.htm#3 百度百科
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