半导体是什么？

举个例子，我们都知道金属铜是导体，观察它的原子结构图就会发现它的最外层只有一个电子，我们把这个电子称为价电子，因为原子核与价电子之间的吸引力较小，所以一旦受到外力吸引，这个电子就很容易脱离铜原子，成为一个自由电子，这也是铜能够成为导体的主要原因。同理，观察绝缘体的原子结构就会发现，它们通常拥有八个加电子，极其稳定。顾名思义，半导体应介于二者之间。

那么它的原子结构又是怎么样的呢？

观察元素周期表就可以发现，在导体和绝缘体的分界线附近的元素就是制作半导体的重要材料。硅元素当然是最有影响力的一个，观察原子结构图就会发现它的最外层有四个电子。要想达到平衡状态，不是舍弃四个电子，就是在拉拢四个电子，而硅原子在排列时巧妙的共享了上下左右四个电子，手拉着手组成了稳定八电子结构，也就是共价键。

那么硅的导电性又从何而来呢？

当温度大于绝对零度时，处于架带的电子就可能发生跃迁，变成自由电子，同时原来的位置上就会形成一个空穴，也就是说硅晶体内会存在等量的自由电子和空穴，它们都可以起到导电的作用，这就是纯净半导体，也叫做本征半导体。它的结构虽然完美，但是想要增加半导体的导电能力，还需要掺杂其他元素。当我们把硅原子替换成五价磷原子时，就可以提高自由电子的浓度，得到N型半导体。同理，如果用最外层只有三个电子的硼原子替换硅原子，提高空学的浓度，就可以得到梯形半导体。

那么把这两种类型的半导体连接在一起会发生什么呢？N区的电子迫切的想扩散到P区，P区空穴拼命想要扩散到N区，这时就会形成一个由N指向P的内电场，阻止扩散进行。在二者达到动态平衡之后，就会在交界面形成一个空间电荷区，这就是PN节。PN节具有单向导电性，我们常见的二极管便是利用这个特性制成的。而利用太阳光照射PN节就会激发产生电子空穴对经过界面层的电荷分离，就会形成一个由P指向N的光生电场，这就是光生伏特效应，也是太阳能电池的基本原理。

什么是半导体卡脖子难题？

芯片，简单来说就是用半导体材料制成的集成电路。

芯片是信息产业最重要的部件，手机、电脑、汽车、高铁、电网……这些领域都需要用到大量的芯片，可以说只要涉及到信息的地方就需要芯片。但是常用的电脑核心芯片、高端手机核心芯片、视频系统中显示驱动芯片、数字信号处理设备芯片，以及可编程逻辑设备核心芯片等，都是我们目前还造不出来的高端芯片，几乎完全依赖进口。由于我们对外部市场的高依存度及短期内难以突破的技术壁垒，被“卡脖子”时尤为被动。

我们知道，国内芯片常遭美国“卡脖子”的技术主要涉及三方面，一是制程工艺；二是装备/材料；三是设计IP核/EDA工具。

不过从长期来看，中国半导体产业的发展具有产业集群优势、成本优势、市场规模等优势，在进口替代和产业升级的驱动下，中国半导体产业的前景是光明的。因为发展高科技产业既是中国产业升级的方向，也是中国人民追求美好生活的必经之路，而半导体是发展科技产业无法迈过的基础性行业。