003 材料与上帝
观众胖子都是过劳肥：
“主播做个人吧，满足机器人的要求！问他问他！”
观众00927：“捧起来！捧起来！这机器人还挺逗，德云社训练出来的吧。”
于是，江维输入道：“肖大，您是如何产生如此天才想法的？”
肖克利：
【那就要说起半导体的特性了。众所周知，半导体是一种材料，常用的比如硅、锗还有一些化合物，比如硫化银。
因为导电性能介于导体与绝缘体之间，所以叫半导体。
半导体有四个特性：
热敏性：这是1833年英国科学家电子学之父法拉第最先发现的。
半导体材料的电阻率与温度相关，一般的金属，电阻随温度升高而增加，而半导体相反，是降低的。
直观的例子，与温度相关的传感器就会利用半导体的这个特性。
比如，你家的电饭锅。
光敏性：这是1839年法国的贝克莱尔发现的。
在光照下，半导体与电解质接触形成的结，能够产生电压。
这就是光生伏特效应，也是太阳能电池的基础原理。
另外，1873年，英国的史密斯发现，硒晶体材料在光照下电导还能增加。这就是电导效应。
可整流性：这是1874年，德国的布劳恩发现的。
半导体的电导与所加电场的方向有关，即它的导电有方向性。
在它两端加一个正向电压，它是导通的；如果把电压极性反过来，它就不导电，这就是半导体的整流效应。
半导体的这三个特性，虽在1880年以前就先后被发现了，但一直到1947 才由我们的贝尔实验室完成总结。
而我们PN结型晶体管，更是重点利用了半导体的第四个特性：可掺杂性！
所谓可掺杂性，在纯净的半导体中加入微量杂质，其导电能力会急剧增加。
在金属中，几乎每个原子都会贡献一个或者多个传导电子。
但在半导体中，大约一亿个原子中只有一个原子贡献一个导电电子。
由此你可以看到，大约每一百万中添加一个杂质原子，就可以极大程度改变半导体的导电性能。
所以，一个天才的想法必须具备两个关键要素：
第一：有足够多的知识储备。
第二：能将储备的知识融会贯通。
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好了，有了前面的知识铺垫，现在我可以介绍PN结型晶体管这项伟大的发明了。
纯净的半导体称为本征半导体，但纯锗和纯硅的导点性能不佳，所以我们就给掺杂点别的元素。
在本征半导体中掺入微量5价元素，比如磷、锑、砷等，具体你自己把元素周期表背一下。
这种会形成以电子导电为主的半导体，大家都知道电子带负电。所以，这种半导体叫N型半导体，以Negative为词头。
如果掺杂的是3价元素，比如硼、稼、铟等，在电场的作用下主要是空穴电流。空穴带正电荷，所以这种半导体称为P型半导体，以Positive为词头。
注意，虽然掺杂后对于N型和P型半导体而言，虽然都有一种载流子是多数载流子，但整个半导体的正负电荷数是相等的，所以依然保持电中性。
本征半导体掺了其他元素后，虽然导电能力得到了极大增强，但一般并不能直接用来制造成半导体器件。
而是将P型和N型通过一定的制作工艺，构成PN结。
就是P和N两种半导体，Pia的给凑一起，在交界面形成PN结。
这样的结构具备单向导点性，加正向偏置电压的时候导通，反向偏置的时候呈截止状态。
除了单向导电外，PN结还具备感温、感光、发光等特性。】
江维有些感慨道：“半导体真是一种神奇的材料。”
肖克利：
【嗯，如果没有这种材料，我们今天就很难将真实世界的温度、湿度、光、压力等等转化为电信号。
再将电信号数字化进行分析、放大、处理，形成数字信息世界。】
江维点点头：“我大学传感器这门课的教授就曾经说过，当你越来越深入的研究材料学，会越来越怀疑上帝是否真的存在。
我们地球上无数神奇的材料，让我们能够创造今天这样的科技社会。
它们的特性总是那么的恰到好处的满足人类的需求。
这是否是上帝，早就安排好了……”
【不，你应该说天才是否是上帝安排的，我们从一大堆乱七八糟的东西里面发现特殊材料的特性，并利用它们创造世界！】
江维：“也对，半导体的深入认识和应用，依赖于1926年至1936年间量子力学的创立和量子场论的发展。感谢你们这些物理学家对人类做出的贡献。”
肖克利：【所以，我是诺贝尔物理学奖获得者，天才物理学家，威廉·肖克利！】
观众爱呀玛雅：“哎呀妈呀，原来半导体还要依靠量子力学，难怪是物理学搞出来的。”
观众长鼻象长在腰上：“那当然啊，微电子技术是通过控制电子群体来实现其功能，利用的是电子的粒子性进行工作。
80年代末诞生的纳米电子学，是通过控制单个原子、分子来工作，利用的是电子的波动性。电子学跟物理学是息息相关的。”
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