半导体的应用领域有哪些？
数字生活已经成为信息时代的一个特征，它改变了人类生活的方方面面。这背后，有新材料的巨大成就，是数字生活的“幕后英雄”。
计算机是数字生活中的重要设备。计算机的核心部件是中央处理器(CPU)和存储器(RAM)，它们是建立在大规模集成电路的基础上的，而这些集成电路是由半导体材料制成的。硅片是第一代半导体材料，集成电路中使用的硅片必须具有大直径、高晶体完整性、高几何精度和高洁净度。为了使集成电路具有高效率、低能耗和高速度，第二代半导体单晶材料如GaAs和InP相继被开发出来。第三代宽带隙半导体材料如SiC、GaN、ZnSe、金刚石，新型硅基材料如SiGe/Si、SOI(绝缘体上硅)，超晶格量子阱材料可用于制作高温(300 ~ 500℃)、高频、大功率、抗辐射、蓝绿光、紫外光发射器件和探测器，从而大大提高原有硅集成电路的性能，是未来的半导体材料。
人机交流经常需要显示各种形式的信息，如文字、数据、图形、图像和运动图像等。最常用的静态信息显示手段，如打印机、复印机、传真机和扫描仪，一般称为信息输出和输入设备。为了提高分辨率和输入输出速度，需要开发高灵敏度、稳定的感光材料，如激光打印机和复印机上的感光鼓材料。目前使用的是无机硒合金和有机酞菁染料。用于显示运动图像信息的主要部件是阴极射线管(CRT ),其广泛用于计算机终端显示器和平板电视中。目前CRT中使用的电致发光材料多采用硫化物(ZnS、CdS等)等无机材料。)和掺杂稀土(Tb3+，Sn3+，Eu3+等)的氧化物(Y2O3，YAlO3)。)和过渡元素(Mn2+)。
为了缩小CRT的庞大体积，信息显示的趋势是高分辨率、大显示容量、平、薄、大。为此，主要采用诸如液晶显示技术(LCD)、场发射显示技术(FED)、等离子体显示技术(PDP)和发光二极管显示技术(LED)的平板显示技术。CRT广泛应用于高清电视(HDTV)、可视电话、计算机(台式或移动)显示器、汽车和个人数字终端显示器，不再是一枝独秀，而是与各种平板显示器形成百花齐放的局面。
用于液晶显示技术的液晶材料已经用于手表、计算器、笔记本电脑和摄像机。较早使用向列型和手性材料如苯基环己烷、环己基环己烷和吡啶作为液晶材料，然后开发了铁电(FE)液晶，响应时间为微秒级。但是铁电液晶的稳定性较差，只能通过侧链法来改善。目前，反铁电液晶由于其高稳定性而趋于发展。
液晶显示材料在大屏幕显示上有一些困难。目前，等离子显示面板(PDP)和发光二极管(LED)是大屏幕显示的主要候选产品。PDP中使用的磷光体是掺杂稀土的钡铝氧化物。类金刚石碳材料作为冷阴极，稀土离子掺杂氧化物作为发光材料，促进了场发射显示器的发展。制造高亮度发光二极管的半导体材料主要有红色、橙色和黄色的GaAs基和GaP基外延材料，发蓝光的GaN基和ZnSe基外延材料等。
由于互联网和多媒体技术的飞速发展，人类不得不处理、传输和存储超高信息容量(Tb，1012bits)的太字节(terabytes)，超高速信息流达到每秒太字节(Tb/s)。可以说，人类已经进入了信息万亿字节的时代。现代信息存储方式多种多样。以计算机系统存储为例，存储方式分为随机内部存储、离线存储、离线外部存储和离线存储。随机存取存储器(RAM)要求高集成度和快速数据存取。因此，基于大规模集成微电子技术的半导体动态随机存取存储器(DRAM)有超过2亿个晶体管。外部存储多采用磁记录，磁存储介质的主要形式有磁带、磁泡、软盘、硬盘。磁存储密度的提高主要取决于磁介质材料的改进，如磁性氧化物(如g-Fe2O3、CrO2、金属磁粉等。)、铁氧体系列、超细磁性氧化物粉末、化学镀钴镍合金或真空溅射沉积钴基合金连续磁性薄膜介质等。，磁存储的信息存储容量有了很大的提高。固态(闪存是一种非易失性可擦除存储器，是一种基于半导体二极管的集成电路。它小巧而坚固，可以插在内部存储器和外部存储器之间。一般采用饱和磁感应强度高的软磁材料作为记录头的芯材，如80Ni-20Fe、Co-Zr-Nb、Fe-Ta-C、45Ni-55Fe、Fe-Ni-N、Fe-Si-Ni、67Co-10Ni-23Fe等。近几年发展起来的巨磁电阻(GMR)材料，在一定的磁场下电阻急剧下降，比普通磁性金属和合金高出约10倍。GMR一般由自由层/导电层/钉扎层/反铁磁层组成，其中自由层可由Ni-Fe、Ni-Fe/Co、Co-Fe等强磁材料制成，两端排列Co-Cr-Pt等永磁薄膜，导电层为几纳米的铜膜，钉扎层为几纳米的软磁Co合金，磁化固定层为5 ~ 40纳米的Ni-O和Co-Fe。具有GMR效应的读头使磁盘的记录密度一下子提高了近20倍，因此巨磁电阻效应的研究对磁存储的发展具有重要意义。
CD和CD播放机在视听领域的兴起得益于光存储技术的巨大发展。光盘存储器通过调制激光束以光点的形式记录信息。与磁存储技术相比，光盘存储技术存储容量大，存储寿命长；非接触式读写和擦除，光学头不会磨损或划伤盘面，因此光盘系统可靠，可自由更换；反复读写后载噪比(CNR)不降低。在光盘存储技术从CD(Compact Disk(CD)DVD(Digital Versatile Disk(DVD ))发展到未来的高密度DVD(HD-DVD)和超高密度DVD(SHD-DVD)的过程中，存储介质材料是关键，一次写入的光盘材料是烧蚀(Tc合金薄膜、Se-Tc非晶薄膜等。)和相变型(Te-Ge-Sb非晶薄膜、AgInTeSb系列薄膜、掺杂ZnO薄膜、推挽式偶氮染料、酞菁染料)是可擦写光盘的主要材料(GdCo、TeFe非晶薄膜、BiMnSiAl薄膜、稀土掺杂石榴石系列YIG、Co-Pt多层薄膜)。光盘的存储密度取决于激光管的波长。当InGaAlP红色激光管(波长650nm)用于DVD碟片时，直径为12cm的每张碟片存储容量为4.7千兆字节(GB)，而ZnSe(波长515nm)可达12GB。未来将使用GaN激光管(波长410nm GB)。为了读取和写入CD中的信息，必须使用高功率半导体激光器，并且所使用的激光二极管由诸如GaAs和GaN的化合物半导体制成。
除了在光盘存储中的应用，激光在光通信中的作用也是众所周知的。随着低阈值、低功耗、长寿命、快速响应的半导体激光器的出现，光纤通信已经成为现实。光通信是指电信号通过半导体激光器变成光信号，再通过光纤进行长距离传输，最后从光信号变成电信号，供人们接收。光纤传输的光信号由激光器发射，常用半导体激光器，使用的材料有GaAs、GaAlAs、GaInAsP、InGaAlP、GaSb等。在接收端使用的光电探测器也是由半导体材料制成的。没有光纤，光通信只能是“纸上谈兵”。低损耗光纤是光纤通信的关键材料。目前，光纤传感材料主要有低损耗的应时玻璃、氟化物玻璃、基于Ga2S3的硫化物玻璃、塑料光纤等。1kg应时基光纤可替代数吨铜铝电缆。光纤通信的出现是信息传输的一次革命，它具有信息容量大、重量轻、占用空间小、抗电磁干扰、串扰少、保密性强等优点。光纤通信的快速发展对现代信息高速公路的建设和开通起到了至关重要的作用。
除了有线通信，信息也是无线传输的。无线通信最引人注目的发展是移动电话。手机用户越多，使用频率越高。现在，他们正在过渡到千兆周期。电话的微波发射和接收也是由半导体晶体管实现的，其中一些正被GaAs晶体管所取代。手机中广泛使用的高频声表面波(SAW)和体声表面波(BAW)器件中的压电材料是压电晶体如a-SiO2、LiTaO3、Li2B4O7、KNbO3、La3Ga5SiO14和ZnO/ Al2O3和SiO2/ZnO/DLC/Si等高声学薄膜材料，所用的微波介质陶瓷材料集中在BaO-TiO2系、BaO-ln2o 3-TiO 2(LN = La、PR、nd、SM、EU、GD)b =镁、锌、钴、镍、锰；B = Nb，Ta)和铅基复合钙钛矿体系。
随着智能仪器对高精度热敏电阻的需求日益增加，以及手持电话、PDA、笔记本电脑等便携式信息通讯设备的迅速普及，对温度传感器和热敏电阻的需求也越来越大。负温度系数(NTC)热敏电阻是由钴、锰、镍、铜、铁、铝等金属氧化物混合烧结而成，其电阻随温度升高呈指数下降，电阻温度系数一般以百分数表示。正温度系数(PTC)热敏电阻器一般由含有少量稀土元素的钛酸钡材料制成，并在高温下烧结而成。当这种材料的温度上升到居里温度时，其电阻会突然呈指数增长，电阻-温度变化率通常在20%-40%之间。前者广泛应用于镍镉、镍氢和锂电池的快速充电，液晶显示器(LCD)图像对比度的调节，温度补偿晶体振荡器广泛应用于手机和移动通信系统中补偿温度以保证器件性能的稳定。此外，它还存在于计算机中的微型马达、照相机镜头聚焦马达、打印机的打印头、软盘的伺服控制器和袖珍播放器的驱动器中。后者可用于过流保护、加热器、彩电和显示器的消磁、袖珍压缩机电机的启动延时、防止笔记本电脑的恒效晶体管(FET)热击穿。
为了保证信息的顺畅运行，还有很多物资在默默的做着贡献。例如，用于制造绿色电池的材料包括用于镍氢电池正负极的MH合金和Ni(OH)2，用于锂离子电池正负极的LiCoO2、LiMn2O4和MCMB碳材料等。用于移动电话、个人电脑和数码相机、MD播放器/录像机、DVD设备和游戏机等数字音频/视频设备中的钽电容器的材料；现代永磁材料Fe14Nd2B在制造永磁电极、磁轴承、耳机、微波器件等方面非常重要。高介电损耗和低介电损耗的印刷电路板(PCB)和超薄新型覆铜板(CCL)；环氧模塑料、氧化铝和氮化铝陶瓷是半导体和集成电路芯片的封装材料；集成电路的关键结构和工艺辅助材料(高纯试剂、特殊气体、塑封材料、引线框架材料等。)是无穷无尽的。这些在浩瀚的物质世界中熠熠生辉的新材料，正在数字生活中扮演着不可或缺的角色。
随着科技的发展，大规模集成电路将迎来深亚微米(0.1mm)硅微电子技术时代。小于0.1mm的线属于纳米范畴，其线宽接近电子的德布罗意数，电子在器件内部的输运和散射也会呈现量子化特征。因此，从器件的工作原理和工艺技术上，器件的设计将面临一系列棘手的问题，导致所谓的“硅微电子技术”由于光子的速度比电子快得多，光的频率比无线电高得多，信息的载体从电子向光子转变，以提高传输速度和载体密度，是必然趋势。目前已开发出多种激光晶体和光电材料，如Nd:YAG，Nd:YLF，Ho:YAG，Er:YAG，Ho:Cr:Tm:YLF，Ti:Al2O3，YVO4，Nd:YVO4，Ti:Al2O3，KDP等。Nb)O3、Fe:KnBO3、BaTiO3、LAP等。所有这些材料都将有助于以光通信、光存储和光电显示为主的光电子技术产业。随着信息材料从电子材料、微电子材料、光电子材料发展到光子材料，将会出现单电子存储器、纳米芯片、量子计算机、全光数字计算机、超导计算机、化学计算机、生物计算机、神经计算机，这些都将极大地影响人类的数字生活。
进入本世纪以来，以数字通信、数字交换和数字处理为主要内容的数字生活正在向我们招手，一步步向我们走来。早上，MP3音箱播放着悦耳的早间歌曲，催促我们准时起床。上班路上，打开笔记本电脑，做新一天的工作安排；上班后，召开网络会议，通过互联网进行远程教学和实时办公；下班前，我们远程启动家里的空调和湿度调节器，保证家里的室温适宜；上班路上，打开手机，悠闲地看精彩的影视节目；进屋前，我们收到网上订购的商品；回到家后，我与有线电视互动，观看和下载我喜欢的电影和歌曲，制作多媒体，还访问社区互联网浏览新闻和了解天气...看起来很棒吗？似乎遥不可及。事实上，它正在发生，并将在我们身边发生。随着新一代家用电脑和互联网的出现，这样美好的数字生活将成为现实。在享受数字生活的同时，请不要忘记为此立下汗马功劳的英雄——新材料的缤纷世界！