芯片的本质是什么？(2)为什么是半导体材料

为什么是半导体材料？

我们知道，芯片用的是半导体材料，可为什么是半导体呢？一句话概括，因为只有半导体才能“用电控制电”。

在半导体之前，人类只能用机械控制电。比如，电报的工作原理，是通过滴滴滴哒哒哒的机械开关，控制电流的导通和断开，从而将信息传递出去。后来人们还发明了继电器装置，甚至还发明了继电器组成的计算机，大幅度提高了对电的控制效率。但不管是电报还是继电器，都只能用机械开关控制电的阻断，因为连接器件的是电线，是导体，要让电线断开，必须要有物理的隔离，这无疑是效率极低的。

你可能看过开合桥，当有轮船需要经过时，这座桥的中间会打开，当船通过之后，桥再合上。当船打开的时候，要过桥的汽车，不管有多着急，都得在一旁憋屈个半天，等桥合上了才能通过。无疑，这个效率得把人急死。

你想，如果要是有个魔法棒，当轮船来了，大桥一下子消失，等轮船过了，大桥又可以立马变回来。这是不是就比机械开合要快多了？

好在20世纪初，量子力学的发展让人类发现了这个魔法棒，它就是半导体这一关键性材料，人们只是通过施加电压的变化，就能让它在导体和绝缘体之间随意切换。

• 芯片里的晶体管的结构很像是两个挨得很近的“地铁站”建在半导体里 面，“地铁站”里有很多电子，两座地铁站上面有一个控制“按钮”，叫作栅极。当我们给栅极加一个电压，就会在两座地铁站之间形成一个通道，电子就可以通过，电压消失，通道也跟着消失。

通过半导体的这个魔法材料，人类实现了用电这个高级物理形式来控制电这个高级的能量形式，处理信息的能力大大提升。

所以，芯片首先必须是半导体材料，这个本质也是芯片开启信息时代的根本原因。