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[导读]半导体材料(semiconductor material)是一类具有半导体性能(导电能力介于导体与绝缘体之间,电阻率约在1mΩ·cm~1GΩ·cm范围内)、可用来制作半导体器件和集成电路的电子材料。

半导体材料(semiconductor material)是一类具有半导体性能(导电能力介于导体与绝缘体之间,电阻率约在1mΩ·cm~1GΩ·cm范围内)、可用来制作半导体器件和集成电路的电子材料。

自然界的物质、材料按导电能力大小可分为导体、半导体和绝缘体三大类。半导体的电阻率在1mΩ·cm~1GΩ·cm范围(上限按谢嘉奎《电子线路》取值,还有取其1/10或10倍的;因角标不可用,暂用当前描述)。在一般情况下, [1] 半导体电导率随温度的升高而降低。

凡具有上述两种特征的材料都可归入半导体材料的范围。反映半导体内在基本性质的却是各种外界因素如光、热、磁、电等作用于半导体而引起的物理效应和现象,这些可统称为半导体材料的半导体性质。构成固态电子器件的基体材料绝大多数是半导体,正是这些半导体材料的各种半导体性质赋予各种不同类型半导体器件以不同的功能和特性。半导体的基本化学特征在于原子间存在饱和的共价键。

作为共价键特征的典型是在晶格结构上表现为四面体结构,所以典型的半导体材料具有金刚石或闪锌矿(ZnS)的结构。 由于地球的矿藏多半是化合物,所以最早得到利用的半导体材料都是化合物,例如方铅矿(PbS)很早就用于无线电检波,氧化亚铜(Cu2O)用作固体整流器,闪锌矿(ZnS)是熟知的固体发光材料,碳化硅(SiC)的整流检波作用也较早被利用。硒(Se)是最早发现并被利用的元素半导体,曾是固体整流器和光电池的重要材料。元素半导体锗(Ge)放大作用的发现开辟了半导体历史新的一页,从此电子设备开始实现晶体管化。

中国的半导体研究和生产是从1957年首次制备出高纯度(99.999999%~99.9999999%) 的锗开始的。采用元素半导体硅(Si)以后,不仅使晶体管的类型和品种增加、性能提高,而且迎来了大规模和超大规模集成电路的时代。以砷化镓(GaAs)为代表的Ⅲ-Ⅴ族化合物的发现促进了微波器件和光电器件的迅速发展。

半导体在20世纪中后期开始快速发展至今,是无数最具智慧的人、耗费巨量的资金、经过漫长时间努力的结果。当今的全球芯片龙头英特尔从1968年成立至今,都已过了五十余年。

从应用上来说,半导体已经历过人们熟悉的PC时代、移动设备时代,而今随着新能源电动车的快速发展,转到了车规级芯片。

而从发展阶段来说,也经历了第一代半导体、第二代半导体到如今的第三代半导体。

近来市场热炒的功率半导体、IGBT等领域,都跟第三代半导体有关。

半导体是如何发展起来的?第三代半导体有何特性?新一代半导体往往随着市场新增需求崛起,那么是前一代被后一代替代吗?第三代半导体的行业现状如何?有哪些代表的上市公司,有何投资机会?这些问题,都可以在本专题中找到。

本文是专题首篇的上集:半导体不是外星科技,而是一点点发展起来的。发展的过程中都经历了什么?有哪些标志性事件和代表人物对行业产生深刻的影响?笔者将和您一起回顾一代代的传奇。

传奇的开始:硅谷的诞生

1833年,被誉为“电学之父”的英国物理学家法拉第,在实验中发现硫化银这种材料的电阻随着温度上升而降低,即高温更有助于导电,这是半导体特性的首次发现。此后的五十年里,光生伏特效应、整流效应、光电导效应也先后被欧洲科学家发现,这就是半导体的四大特性。

直到1947年,半导体上述的四大特性由美国贝尔实验室总结完成;同年,贝尔实验室也研制出一种点接触型的锗晶体管,实验室三名人员肖克利、巴丁、布拉顿因此在1956年同时获得诺贝尔物理学奖,其中,肖克利更被誉为“晶体管之父”。

据外媒报道,韩国2022年初步贸易统计数据显示贸易逆差达到472亿美元,为该国过去14年来首次出现逆差,逆差规模也创下亚洲金融危机以来最高纪录,主要为进口增速远超出口。

按主要出口项目看,占出口总额20%的半导体仅增长1%,总额1292亿美元,汽车增长16%至541亿美元,而显示器下降1%至211亿美元。

按国家/地区划分,对最大贸易伙伴中国的出口下降4%,至1558亿美元,对东南亚国家联盟出口增长15%至1249亿美元,而对美国市场出口增长15%至1098亿美元。

韩国央行(BOK)预测,2023年上半年韩国出口将下降3.7%,主要受近期半导体低迷的影响,但下半年或将增长4.9%,全年实现正增长0.7%。

KDI方面指出,半导体等主要品目出口持续乏力,导致制造业持续低迷不振,依据这些因素做出了经济停滞不前的判断。服务业方面还有待继续观察,若目前的状态持续下去,将会出现增长放缓局面。KDI同时提出,国内外利率走高带来的影响逐渐在实体经济领域显现,今后经济下行压力可能会进一步增大。

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