仙途高歌 第37章 三极管

三极管是21世纪科技文明的基石，它的主要特性就是可以放大电流和电压，可以作为开关。

它又叫做半导体技术，为什么呢？因为它是由六种半导体构成的。

带自由电子的半导体三种：

一种是高掺杂型半导体，在高纯度硅晶体中加入较多的磷元素。

一种是中等掺杂半导体，在高纯度硅晶体中加入适中的磷元素。

最后一种是中等掺杂半导体，在高纯度硅晶体中加入较少的磷元素。

带正离子的半导体三种：

一种是高掺杂型半导体，在高纯度硅晶体中加入较多的硼元素。

一种是中等掺杂半导体，在高纯度硅晶体中加入适中的硼元素。

最后一种是中等掺杂半导体，在高纯度硅晶体中加入较少的硼元素。

这六种半导体可以有两种组合：

磷元素高浓度掺杂半导体，硼元素中等浓度掺杂半导体，磷元素低浓度掺杂半导体，三种半导体依次叠在一起，中间的半导体厚度很薄，两边的半导体厚度很厚，称为npn半导体。

硼元素高浓度掺杂半导体，磷元素中等浓度掺杂半导体，硼元素低浓度掺杂半导体，三种半导体依次叠在一起，中间的半导体厚度很薄，两边的半导体厚度很厚，称为pnp型半导体。

以上就是半导体的物理结构了，实际上它很简单，就是三块掺杂浓度不一样的半导体叠加而已，只是因为随着现代社会的半导体技术发展，人们需要了解它的参数，利用数学模型描述它，对它进行了大量的实验和数据收集，利用无数的数据归纳出了很多的公式，比如三极管的阻抗公式，三极管等效代换公式。

科学家利用这些实验室数据，总结出来了数学公式描述三极管，而普通人并没有实验室研究这些半导体器件的经历，加上研究半导体的科学家文学水平很差，导致半导体技术的资料描述十分抽象，这才是半导体技术越来越难的原因。

举个例子，方浩曾经在在模拟电子教科书上找到十几个错误，这还是权威得本科教科书，可见国内的半导体技术顶尖水平实在是不怎么样。

还有一点，半导体技术发展过程中不仅仅是技术，同时统一的技术规范也是十分重要的，不过这种技术规范是半导体公司逐渐形成的绝密资料，支撑着半导体公司的强大，比如因特尔、高通、三星这些半导体比较强的公司。

为什么这些技术规范很重要？因为这些技术规范不仅仅是经验，同时是一个系统的数学模型，这是需要足够的时间的慢慢研究的。

举个例子，比如微软的操作系统，与其说是一款复杂的软件，不如说是一个复杂的数学模型，只不过这个数学模型用在了软件上。

有了技术规范，就有了整体的数学模型，才会拥有半导体技术良性发展的土壤，否则技术体系混乱不堪，如何发展？这才是现代社会的很多行业发展不起来的原因。

有很多例子，欧美国家的一流科技企业，他们做的每一件事都是有迹可循的，每一个实验，每一笔投资都不是随便来的，而是遵循着一条神秘数学规律，每隔两三年，他们的技术就会更新一次。

他们的技术更新不是国内的科技公司那种更新，这种更新是二次开发，国际一流科技公司是从底层开始的更新，比如创造一门编程语言，比如创造一代自动化设备，这些例子很多。

因为方浩没有进过这些一流企业内部，自然不知道这些数学模型是什么，这些数学模型在国内也仅仅知道只言片语，似乎是一个非常保密的行业。

这次的研究，方浩也在立志于打造一个类似的产业数学模型，使得以后的研究能够按照这个数学模型慢慢发展，良好地传承下去。

……

信息研究院。

“我们在半导体中掺杂了很多的元素，其中一些元素很难掺杂，不过我结合了修真技术完美地解决了这些难题，我将元素周期表中的87种元素按照不同浓度，掺杂在半导体中，现在一共制成了1257种样品，发现了它们的各种特性，目前正在紧张实验之中。”来到半导体实验室，冰雪向他介绍道。

冰雪女妖已经是信息研究部门的部门领导，方浩不再兼任信息研究部门领导的职位，而是专心领导研究院，统筹所有的部门，研究整个科技体系。

这种系统的研究是经过众位研究院专家讨论出来的，类似一种穷举法，不仅仅是硅半导体，还有其它种类的半导体，如果要完成所有的研究，需要几年时间的数据积累，然后选出适用的半导体。

“其它的几种元素还是找不到吗？”方浩点点头，然后问道。

“探险队找到了一块星空重金属陨石，里面的元素非常丰富，其它的元素也可以找到，但是很难分离，因为它们都是重金属，目前还没有分离它们的办法，不过材料研究所的人正在紧锣密鼓的研究，相信过段时间就会做出突破。”冰雪说道。

“嗯，你们做的不错，另外注意下新人，看看没有好的苗子，如果有的话好好培养一下，但是要注意笼络，不要让他们跑了。”方浩吩咐道。

“嘻嘻，多谢夸奖，你放心吧，这些事情我有注意。”冰雪嘻嘻一笑，说道。

……

机械研究所，到处是隆隆作响的机器，河陪着方浩视察着。

“我们的掺杂技术有了多少进展？”看着面前的机器，方浩问道。

“我们进展很顺利，还要感谢你的提示，我们班能这么快找到办法，目前进展速度最快的掺杂技术有两种，高温扩散掺杂和离子注入掺杂，目前的进度很快，想必不需要多久就可以实现初步的量产。”河回答道。

“不要急，我们慢慢来，掺杂技术的前景很大，我们要为以后的发展打下基础，不能光赶进度。”方浩道。

“我知道，相关的数据我们一直在收集和处理。”河回道。

热扩散技术是一种比较容易的掺杂技术，想要把杂质掺入半导体晶体，就需要进行较高温度的热扩散，因为杂质原子的半径一般都比较大，它们要直接进入半导体晶格的间隙中去是很困难的，只有当晶体中出现有晶格空位后，杂质原子才有可能进去占据这些空位，并从而进入到晶体。

为了让晶体中产生出大量的晶格空位，所以，就必须对晶体加热，让晶体原子的热运动加剧，以使得某些原子获得足够高的能量而离开晶格位置、留下空也因此原子的扩散系数随着温度的升高而指数式增大。

离子注入掺杂技术是一种比较先进的技术，为了使杂质原子能够进入到晶体中去，需要首先把杂质原子电离成离子，并用强电场加速、让这些离子获得很高的动能，然后再直接轰击晶体、并挤进到里面去，这就是注入。

当然，采用离子注入技术掺杂时，必然会产生出许多晶格缺陷，同时也会有一些原子处在间隙中，所以，半导体在经过离子注入以后，还必须要进行退火处理，以消除这些缺陷和使杂质激活。

因为杂质原子要能够提供载流子，就必须处于替代si原子的位置上，这样才能产生载流子，所以在半导体中，即使掺入了杂质原子，但是如果这些杂质原子没有进入到替代位置，那么它们也将起不到提供载流子的作用，因此，还需要进行一定的热处理步骤，那就是激活退火。