半导体是个好器械不仅能做芯片还能用来做“炒酸奶”

也有很多东西，我们以为小一些更好，比如手机。

现在的手机屏幕常日会做得比较大，但是厚度、重量比二三十年前的“大哥大”要小太多了。
我们现在可以“拿着”手机出门，但大哥大给人的觉得彷佛要“扛着”它出门。
“大哥大”功能很单一，基本上只能打电话；当然了，以它那个块头，要用来防身也行。
如果当时真要把“大哥大”做得像现在手机，有这么多功能，那就得做得更大，估计得“背着”出门了——不知道的还以为背的是钢琴。

最早的打算机也是个庞然大物，有好几层楼那么高，运算的时候须要好多人在里面来回跑来跑去地接线——真是事情健身两不误。
现在能把电子产品做得这么小、实现“微型化”，这里面的科学叫作“微电子学”。
那么是怎么实现微型化的呢？实在便是把原来的一大堆东西，变成了一个小小的芯片。

变形记

对付电脑来说，“芯片”确实像人的“心脏”一样主要，但从功能上看，它实在更像人的大脑。
芯片的浸染紧张有两方面：一方面是运算处理，能像学理科一样算出来很多东西；另一方面是数据存储，能像学文科那样背下来很多东西。
芯片真可以说是“文理双全”的“最强大脑”。

制造芯片所用的是一种半导体材料，叫作“硅”。
它的来源特殊广，最紧张的来源是一些沙子和碎石，也可以说芯片是用沙子“变”来的。
当然，把沙子变成芯片靠的不是点石成金，更不是掐诀念咒，而是一套非常繁芜的设计和加工过程。

沙子的紧张身分是二氧化硅，制造芯片须要把沙子熔化，通过化学反应将其变成硅单质，做成单晶硅的“柱子”，然后像切黄瓜一样把柱子切成硅片。
“芯片”便是以这个硅片为基底，通过蒸发、溅射、化学气相淀积等一系列方法在硅片的表面天生出一层薄膜，然后把这一层薄膜刻成我们须要的图形。

以是我们须要的电学器件、电路实际上是通过一层一层膜的图形化来实现的，这个过程是在一个平面上进行加工，叫作“平面加工工艺”。
这有点像我们摊煎饼，会在衬底上先刷一层酱，再刷一层辣椒，再撒葱花，再放薄脆。
芯片加工的过程紧张便是反复天生薄膜，进行图形化的过程。

芯片图案里面的连线非常细，几纳米或者十几纳米。
制作芯片的本钱非常高，有时候做一批芯片可能须要花费几千万乃至上亿公民币，但可以一次做很多硅片，每张硅片又可以做成很多个小芯片，均匀下来一个芯片可能只要几块钱、几十块钱。
为什么要做小？第一是为了微型化，手机须要做小；第二是为了降落本钱，做得越小，一次做出来的数量越多，本钱就越低。

什么是半导体

芯片的设计、加工方法、封装测试等方面都须要大量的研究，研究芯片的行业被称为“半导体行业”。
有的人一听，会误以为这个行业是制造收音机的，由于用半导体材料制造的收音机曾经很盛行。
实际上半导体这类材料不仅能用来做收音机，其更大的贡献在于制作芯片。

人们可能对“导体”这个词很熟习，像铜、铁这种具有较好导电特性的材料就被称为“导体”，而像陶瓷、橡胶这种导电性能极差的材料被称为“绝缘体”。
导体之以是能导电，是由于里面包含了大量能够自由移动的“导电粒子”，称为“载流子”。
拿金属来说，金属原子的原子核能力有限，而原子最外层的电子特殊活泼，原子核“管不住”，就成了“自由电子”。
金属包括大量的自由电子，以是能够导电。
而陶瓷中的自由电子极少，险些不能导电。

顾名思义，“半导体”便是导电性能介于“导体”和“绝缘体”之间的材料，可以说是“两边倒”。
尤其是掺入一些杂质之后的半导体材料，会有一定的导电性，但却是可以被“操控”的。
以是由半导体材料做出来的器件，在某些条件下能够导电，而在另一些条件下不能导电，具有“让你导电你就导电，让你不导电你就不导电”的特点。
这样就可以做出来具有“开关”的电子元件，而在电子设备中常日用1和0这种开关的通断来表示，再用1和0组成二进制的数字进走运算和存储，表达各种信息，芯片便是利用这样的事理做出来的。

不过，半导体不仅能用来做芯片，还能用来做“炒酸奶”。

如何低廉甜头炒酸奶

怎么用半导体做“炒酸奶”？当然不是把半导体材料作为食材，而是作为加工工具。
所谓的“炒酸奶”是用一个能够制冷的铁板，把酸奶倒入锅中，搅和至片状。
这个锅之以是能制冷，用的便是“半导系统编制冷片”，个中的事理叫作“第二热电效应”。

第二热电效应也叫“珀耳帖效应”，这个效应是说把两种不同的导电材料串联在一起，通电之后，两个接头分别涌现吸热和放热的征象。
我们常用的“半导系统编制冷片”便是把两种掺杂不同杂质的半导体材料相串联，通电之后一端放热，而另一端吸热制冷，形成“热泵”。

可能有人会说，既然这叫“第二热电效应”，那就肯定有“第一热电效应”呀。
确实，第一热电效应又叫“塞贝克效应”，它与第二热电效应的过程恰好相反——如果两种导体或者半导体组成一个回路，两端打仗点的温度不同（比如把两个端头分别放在冷水和热水中），就会产生电流，也会有相应的电压。
利用这种征象，就可以把温度旗子暗记转化成电旗子暗记来丈量温度，所谓“温差发电机”利用的便是这个事理。

实在还有“第三热电效应”（也叫“汤姆逊效应”），说的是一个导体或半导体，如果两端有温差并且有电流利过的话，就会吸热或者放热（除了电阻产热以外）。

“炒酸奶”的机器和一些车载冰箱利用的都是“第二热电效应”。
实在你从网上买个半导系统编制冷片，放在平底锅或者铁板下进行改造，没准就能低廉甜头炒酸奶的机器。
假如在半导系统编制冷片上再加一个塑料泡沫箱子，还能低廉甜头一个大略单纯冰箱。
不过低廉甜头的时候要特殊把稳用电安全哦。

如此说来，手机、沙子和炒酸奶的共同之处就在于，都和半导体材料有着“牵丝扳藤”的关系。

作者：张宇识

编辑：吴青

排版：雷颖

题图来源：图虫创意

来源：我是科学家iScientist

编辑：米老猫

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