2023年晶體管行業發展現狀調查 木質晶體管橫空出世

• 陳觀秋 2023年7月17日 來源：財聯社 半導體行業觀察 532 29
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得益于晶體管的出現，才有了如今電子產品的昌盛。因此，晶體管也被譽為20世紀最偉大發明，它的出現為集成電路、微處理器以及計算機內存的產生奠定了基礎。自晶體管誕生到如今，經過了幾十年的發展，晶體管也發生了翻天覆地的變化。

得益于晶體管的出現，才有了如今電子產品的昌盛。因此，晶體管也被譽為20世紀最偉大發明，它的出現為集成電路、微處理器以及計算機內存的產生奠定了基礎。自晶體管誕生到如今，經過了幾十年的發展，晶體管也發生了翻天覆地的變化。

晶體管是一種固體半導體器件(包括二極管、三極管、場效應管、晶閘管等，有時特指雙極型器件)，具有檢波、整流、放大、開關、穩壓、信號調制等多種功能。晶體管作為一種可變電流開關，能夠基于輸入電壓控制輸出電流。與普通機械開關(如Relay、switch)不同，晶體管利用電信號來控制自身的開合，所以開關速度可以非常快，實驗室中的切換速度可達100GHz以上。

因為晶體管的性能優越性，晶體管誕生之后，便被廣泛地應用于工農業生產、國防建設以及人們日常生活中。以雙極型晶體管為例，雙極型晶體管是一種電流控制器件，電子和空穴同時參與導電。同場效應晶體管相比，雙極型晶體管開關速度慢，輸入阻抗小，功耗大。雙極型晶體管體積小、重量輕、耗電少、壽命長、可靠性高，已廣泛用于廣播、電視、通信、雷達、計算機、自控裝置、電子儀器、家用電器等領域，起放大、振蕩、開關等作用。

據中研產業研究院《2023-2028年中國晶體管行業競爭格局分析及發展前景研究報告》分析：

在晶體管誕生之前，放大電信號主要是通過真空電子管，但由于真空管制作困難、體積大、耗能高且使用壽命短，使得業界開始期望電子管替代品的出現。1945年秋天，貝爾實驗室正式成立了以肖克利為首的半導體研究小組，成員有布拉頓、巴丁等人，開始對包括硅和鍺在內的幾種新材料進行研究。

1947年貝爾實驗室發表了第一個以鍺半導體做成的點接觸晶體管。但由于點接觸晶體管的性能尚不佳，肖克利在點接觸晶體管發明一個月后，提出了使用p-n 結面制作接面晶體管的方法，稱為雙極型晶體管。當時巴丁、布拉頓主要發明半導體三極管;肖克利則是發明p-n 二極管，他們因為半導體及晶體管效應的研究獲得1956年諾貝爾物理獎。

晶體管因為有以下的優點，因此可以在大多數應用中代替真空管：

1、沒有因加熱陰極而產生的能量耗損，應用真空管時產生的橙光是因為加熱造成，有點類似傳統的燈泡。

2、體積小，重量低，因此有助于電子設備的小型化。

3、工作電壓低，只要用電池就可以供應。

4、在供電后即可使用，不需加熱陰極需要的預熱期。

5、可透過半導體技術大量的生產。

6、放大倍數大。

得益于晶體管的出現，才有了如今電子產品的昌盛。電子器件的核心部件是晶體管，它可以控制電流的開關和大小，從而實現各種計算和信號處理功能。目前，晶體管的主要材料是硅，因為它具有良好的半導體特性，可以在微觀尺度上制造出高性能的晶體管。

然而，隨著電子技術的發展，硅晶體管也面臨著一些挑戰，比如制造成本、能耗、環境影響等。因此，科學家們一直在尋找新的替代材料，希望能打破晶體管的性能極限。

木質晶體管橫空出世

近期，瑞典皇家理工學院和林雪平大學的研究團隊在這方面取得了進展，首次成功地使用導電木頭制造出了晶體管。這種晶體管不僅可以控制電流，而且還具有可降解、可持續、低成本等優點。最新研究成果已經發表在了《美國國家科學院院刊》(PNAS)上。

瑞典林雪平大學有機電子實驗室的高級副教授Isak Engquist說，“我們提出了一個前所未有的原則。是的，木質晶體管是緩慢而笨重的，但它確實有效，并且具有巨大的發展潛力。”

研究人員稱，這種木制晶體管還有很大的改進空間，比如優化結構、提高導電性、縮小尺寸等。他們認為，盡管這種晶體管不會完全取代硅晶體管在高性能計算領域的地位，但可能在一些特定的應用場景中發揮作用。例如，在某些低功耗電的電子設備中，使用木制晶體管可以實現可降解、環保的目標。

此外，這種晶體管也可能適用于一些特殊的電子顯示技術，比如智能玻璃、智能標簽、電子紙等，它們可以在極薄、柔性的形式下實現簡單的計算功能，并且只需要很少的電力。

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