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半導體材料的**、第三熱電效應

制造芯片所用的是一種半導體材料，叫作“硅”。它的來(lái)源特別廣，主要的來(lái)源是一些沙子和碎石，也可以說(shuō) 芯片是用沙子“變”來(lái)的。當然，把沙子變成芯片靠的不是點(diǎn)石成金，更不是掐訣念咒，而是一套非常復雜的設計和加工過(guò)程。
沙子的主要成分是二氧化硅，制造芯片需要把沙子熔化，通過(guò)化學(xué)反應將其變成硅單質(zhì)，做成單晶硅的“柱子”，然后像切黃瓜一樣把柱子切成硅片?！靶酒本褪且赃@個(gè)硅片為基底，通過(guò)蒸發(fā)、濺射、化學(xué)氣相淀積等一系列方法在硅片的表面生成出一層薄膜，然后把這一層薄膜刻成我們需要的圖形。
所以我們需要的電學(xué)器件、電路實(shí)際上是通過(guò)一層一層膜的圖形化來(lái)實(shí)現的，這個(gè)過(guò)程是在一個(gè)平面上進(jìn)行加工，叫作“ 平面加工工藝”。這有點(diǎn)像我們攤煎餅，會(huì )在襯底上先刷一層醬，再刷一層辣椒，再撒蔥花，再放薄脆。芯片加工的過(guò)程主要就是反復生成薄膜，進(jìn)行圖形化的過(guò)程。
芯片圖案里面的連線(xiàn)非常細，幾納米或者十幾納米。制作芯片的成本非常高，有時(shí)候做一批芯片可能需要花費幾千萬(wàn)甚至上億人民幣，但可以一次做很多硅片，每張硅片又可以做成很多個(gè)小芯片，平均下來(lái)一個(gè)芯片可能只要幾塊錢(qián)、幾十塊錢(qián)。為什么要做??？第一是為了微型化，手機需要做??；**是為了降低成本，做得越小，一次做出來(lái)的數量越多，成本就越低。
什么是半導體
芯片的設計、加工方法、封裝測試等方面都需要大量的研究，研究芯片的行業(yè)被稱(chēng)為“ 半導體行業(yè)”。有的人一聽(tīng)，會(huì )誤以為這個(gè)行業(yè)是制造收音機的，因為用半導體材料制造的收音機曾經(jīng)很流行。實(shí)際上半導體這類(lèi)材料不僅能用來(lái)做收音機，其更大的貢獻在于制作芯片。
人們可能對“導體”這個(gè)詞很熟悉，像銅、鐵這種具有較好導電特性的材料就被稱(chēng)為“ 導體”，而像陶瓷、橡膠這種導電性能極差的材料被稱(chēng)為“ 絕緣體”。導體之所以能導電，是因為里面包含了大量能夠自由移動(dòng)的“導電粒子”，稱(chēng)為“ 載流子”。拿金屬來(lái)說(shuō)，金屬原子的原子核能力有限，而原子外層的電子特別活潑，原子核“管不住”，就成了“自由電子”。金屬包括大量的自由電子，所以能夠導電。而陶瓷中的自由電子極少，幾乎不能導電。
顧名思義，“半導體”就是導電性能介于“導體”和“絕緣體”之間的材料，可以說(shuō)是“兩邊倒”。尤其是摻入一些雜質(zhì)之后的半導體材料，會(huì )有一定的導電性，但卻是可以被“操控”的。所以由半導體材料做出來(lái)的器件，在某些條件下能夠導電，而在另一些條件下不能導電，具有“讓你導電你就導電，讓你不導電你就不導電”的特點(diǎn)。這樣就可以做出來(lái)具有“開(kāi)關(guān)”的電子元件，而在電子設備中通常用1和0這種開(kāi)關(guān)的通斷來(lái)表示，再用1和0組成二進(jìn)制的數字進(jìn)行運算和存儲，表達各種信息，芯片就是利用這樣的原理做出來(lái)的。
不過(guò)，半導體不僅能用來(lái)做芯片，還能用來(lái)做“炒酸奶”。
如何自制炒酸奶
怎么用半導體做“炒酸奶”？當然不是把半導體材料作為食材，而是作為加工工具。所謂的“炒酸奶”是用一個(gè)能夠制冷的鐵板，把酸奶倒入鍋中，攪和至片狀。這個(gè)鍋之所以能制冷，用的就是“ 半導體制冷片”，其中的原理叫作“第二熱電效應”。
**熱電效應也叫“ 珀耳帖效應”，這個(gè)效應是說(shuō) 把兩種不同的導電材料串聯(lián)在一起，通電之后，兩個(gè)接頭分別出現吸熱和放熱的現象。我們常用的“半導體制冷片”就是把兩種摻雜不同雜質(zhì)的半導體材料相串聯(lián)，通電之后一端放熱，而另一端吸熱制冷，形成“ 熱泵”。
可能有人會(huì )說(shuō)，既然這叫“**熱電效應”，那就肯定有“ 第一熱電效應”呀。確實(shí)，第一熱電效應又叫“ 塞貝克效應”，它與**熱電效應的過(guò)程正好相反——如果兩種導體或者半導體組成一個(gè)回路，兩端接觸點(diǎn)的溫度不同（比如把兩個(gè)端頭分別放在冷水和熱水中），就會(huì )產(chǎn)生電流，也會(huì )有相應的電壓。利用這種現象，就可以把溫度信號轉化成電信號來(lái)測量溫度，所謂“ 溫差發(fā)電機”利用的就是這個(gè)原理。
其實(shí)還有“ 第三熱電效應”（也叫“ 湯姆遜效應”），說(shuō)的是一個(gè)導體或半導體，如果兩端有溫差并且有電流通過(guò)的話(huà)，就會(huì )吸熱或者放熱（除了電阻產(chǎn)熱以外）。
“炒酸奶”的機器和一些車(chē)載冰箱利用的都是“**熱電效應”。其實(shí)你從網(wǎng)上買(mǎi)個(gè)半導體制冷片，放在平底鍋或者鐵板下進(jìn)行改造，沒(méi)準就能自制炒酸奶的機器。要是在半導體制冷片上再加一個(gè)塑料泡沫箱子，還能自制一個(gè)簡(jiǎn)易冰箱。不過(guò)自制的時(shí)候要特別注意用電**哦。
如此說(shuō)來(lái)，手機、沙子和炒酸奶的共同之處就在于，都和半導體材料有著(zhù)“糾纏不清”的關(guān)系。
本文來(lái)自《今天，你更博學(xué)了嗎》

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