核心材料技術(shù)，說(shuō)一句“外國(guó)仍把中國(guó)摁在地上”，一點(diǎn)都不過(guò)分。這其實(shí)很容易理解，畢竟發(fā)家時(shí)間不長(zhǎng)，而材料技術(shù)不但要燒錢，更要燒時(shí)間。

這里得強(qiáng)調(diào)一下，應(yīng)用技術(shù)并不比核心技術(shù)不重要，它需要資金、需求和社會(huì)實(shí)際情況的結(jié)合，雖然外國(guó)有能力燒，但也許一輩子都沒(méi)機(jī)會(huì)燒。這兒肯定有人抬杠了：人家只是不愿意燒，不然分分鐘秒殺你！呵呵，如果強(qiáng)行燒錢，后果參照老毛子。

磨嘰半天，該回正題了，半導(dǎo)體芯片之所以難，是因?yàn)樗坏婕昂Ａ繜X的應(yīng)用技術(shù)，還有眾多燒錢燒時(shí)間的材料技術(shù)。為了便于小盆友理解，這話得從原理說(shuō)起。

芯片原理和量子力學(xué)

很多文盲覺(jué)得量子力學(xué)只是一個(gè)數(shù)學(xué)游戲，沒(méi)有應(yīng)用價(jià)值，呵呵，下面咱給計(jì)算機(jī)芯片尋個(gè)祖宗，請(qǐng)看示范：

導(dǎo)體，咱能理解，絕緣體，咱也能理解，小盆友們第一次被物理整懵的，怕是半導(dǎo)體了，所以先替各位的物理老師把這債還上。

原子組成固體時(shí)，會(huì)有很多相同的電子混到一起，但量子力學(xué)認(rèn)為，2個(gè)相同電子沒(méi)法待在一個(gè)軌道上，于是，為了讓這些電子不在一個(gè)軌道上打架，很多軌道就分裂成了好幾個(gè)軌道，這么多軌道擠在一起，不小心挨得近了，就變成了寬寬的大軌道。這種由很多細(xì)軌道擠在一起變成的寬軌道就叫能帶。

有些寬軌道擠滿了電子，電子就沒(méi)法移動(dòng)，有些寬軌道空曠的很，電子就可自由移動(dòng)。電子能移動(dòng)，宏觀上表現(xiàn)為導(dǎo)電，反過(guò)來(lái)，電子動(dòng)不了就不能導(dǎo)電。

好了，我們把事情說(shuō)得簡(jiǎn)單一點(diǎn)，不提“價(jià)帶、滿帶、禁帶、導(dǎo)帶”的概念，準(zhǔn)備圈重點(diǎn)！

有些滿軌道和空軌道挨的太近，電子可以毫不費(fèi)力從滿軌道跑到空軌道上，于是就能自由移動(dòng)，這就是導(dǎo)體。一價(jià)金屬的導(dǎo)電原理稍有不同。

但很多時(shí)候兩條寬軌道之間是有空隙的，電子單靠自己是跨不過(guò)去的，也就不導(dǎo)電了。但如果空隙的寬度在5ev之內(nèi)，給電子加個(gè)額外能量，也能跨到空軌道上，跨過(guò)去就能自由移動(dòng)，也就是導(dǎo)電。這種空隙寬度不超過(guò)5ev的固體，有時(shí)能導(dǎo)電有時(shí)不能導(dǎo)電，所以叫半導(dǎo)體。

如果空隙超過(guò)5ev，那基本就得歇菜，正常情況下電子是跨不過(guò)去的，這就是絕緣體。當(dāng)然，如果是能量足夠大的話，別說(shuō)5ev的空隙，50ev都照樣跑過(guò)去，比如高壓電擊穿空氣。

到這，由量子力學(xué)發(fā)展出的能帶理論就差不多成型了，能帶理論系統(tǒng)地解釋了導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體的本質(zhì)區(qū)別，即，取決于滿軌道和空軌道之間的間隙，學(xué)術(shù)點(diǎn)說(shuō)，取決于價(jià)帶和導(dǎo)帶之間的禁帶寬度。

半導(dǎo)體離芯片原理還很遙遠(yuǎn)，別急。

很明顯，像導(dǎo)體這種直男沒(méi)啥可折騰的，所以導(dǎo)線到了今天仍然是銅線，技術(shù)上沒(méi)有任何進(jìn)展，絕緣體的命運(yùn)也差不多。

半導(dǎo)體這種曖曖昧昧的性格最容易搞事情，所以與電子設(shè)備相關(guān)的產(chǎn)業(yè)基本都屬于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，如芯片、雷達(dá)。

下面有點(diǎn)燒腦細(xì)胞。

基于一些簡(jiǎn)單的原因，科學(xué)家用硅作為半導(dǎo)體的基礎(chǔ)材料。硅的外層有4個(gè)電子，假設(shè)某個(gè)固體由100個(gè)硅原子組成，那么它的滿軌道就擠滿了400個(gè)電子。這時(shí)，用10個(gè)硼原子取代其中10個(gè)硅原子，而硼這類三價(jià)元素外層只有3個(gè)電子，所以這塊固體的滿軌道就有了10個(gè)空位。這就相當(dāng)于在擠滿人的公交車上騰出了幾個(gè)空位子，為電子的移動(dòng)提供了條件。這叫P型半導(dǎo)體。

同理，如果用10個(gè)磷原子取代10個(gè)硅原子，磷這類五價(jià)元素外層有5個(gè)電子，因此滿軌道上反而又多出了10個(gè)電子。相當(dāng)于擠滿人的公交車外面又掛了10個(gè)人，這些人非常容易脫離公交車，這叫N型半導(dǎo)體。

現(xiàn)在把PN這兩種半導(dǎo)體面對(duì)面放一起會(huì)咋樣？不用想也知道，N型那些額外的電子必然是跑到P型那些空位上去了，一直到電場(chǎng)平衡為止，這就是大名鼎鼎的“PN結(jié)”。(動(dòng)圖來(lái)自《科學(xué)網(wǎng)》張?jiān)频牟┪?

這時(shí)候再加個(gè)正向的電壓，N型半導(dǎo)體那些額外的電子就會(huì)源源不斷跑到P型半導(dǎo)體的空位上，電子的移動(dòng)就是電流，這時(shí)的PN結(jié)就是導(dǎo)電的。

如果加個(gè)反向的電壓呢？從P型半導(dǎo)體那里再抽電子到N型半導(dǎo)體，而N型早已掛滿了額外的電子，多出來(lái)的電子不斷增強(qiáng)電場(chǎng)，直至抵消外加的電壓，電子就不再繼續(xù)移動(dòng)，此時(shí)PN結(jié)就是不導(dǎo)電的。

當(dāng)然，實(shí)際上還是會(huì)有微弱的電子移動(dòng)，但和正向電流相比可忽略不計(jì)。

如果你已經(jīng)被整暈了，沒(méi)關(guān)系，用大白話總結(jié)一下：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?/p>