为什么半导体重要？ 半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间，而且可以通过掺杂、光照、电场和温度等方式进行调控。二极管、三极管、LED 和集成电路，都建立在这种“可控制的导电性”之上。
01LED 为什么会发光？
LED 是发光二极管。当电流沿正向通过 PN 结时，电子与空穴在结区复合，多余能量以光子的形式释放出来。材料的禁带宽度不同，发出的光颜色也不同。
光子能量 E ≈ hν
图 1 简单 LED 发光电路（电阻用于保护 LED）
小实验：给 LED 串联合适电阻再接电源；若不发光，先交换 LED 两脚方向。切勿把 LED 直接接在电池两端。
02一枚芯片如何诞生？
集成电路把数以亿计的晶体管、互连线和功能模块集成在一小块硅片上。制造过程需要在洁净室内反复进行薄膜沉积、光刻、刻蚀、离子注入和封装测试。
图 2 芯片制造是多学科协作的精密流程
03中国半导体工业
我国半导体事业从早期科研和工业基础起步，逐渐形成了材料、设备、设计、制造、封装测试等较完整的产业链。集成电路已经进入手机、汽车、卫星、医疗设备和智能家电等日常生活。
1950—60年代
科研人员开展晶体管与集成电路研究，建立产业基础。
科研人员开展晶体管与集成电路研究，建立产业基础。
改革开放后
集成电路产业加快发展，设计、制造与封装能力不断提升。
集成电路产业加快发展，设计、制造与封装能力不断提升。
今天
新能源汽车、人工智能、通信等应用推动芯片持续创新。
新能源汽车、人工智能、通信等应用推动芯片持续创新。
2024 年，我国规模以上电子信息制造业保持增长。产业发展既需要先进设备，也需要长期稳定的基础研究、人才培养与工程实践。
04制造芯片的难点
- 极高精度：线宽不断缩小，对光刻和测量精度要求极高。
- 极高洁净：一粒微尘就可能造成缺陷，洁净室控制严格。
- 多学科协作：物理、化学、材料、机械、计算机缺一不可。
- 良率与成本：同一批晶圆要稳定产出更多合格芯片。
思考一下
- 为什么 LED 需要串联电阻？
- 如果改变半导体材料，LED 的颜色会怎样变化？
- 芯片制造为什么必须在洁净室中进行？