2014年物理百科知识大全

1960年7月，休斯研究所的一个从事红宝石微波量子放大器研制工作的年轻人梅曼，大体上按照肖洛和汤斯的设计构思，用一种装有被氙放电管抽运红宝石棒非常简单的装置，成功地制造并运转了第一台激光器——红宝石脉冲激光器(工作波长为0.6943μm).从此，小说家们所幻想的“死光”，在科学理论的指导和助产下，终于奇迹般地出现了.     此后，激光又得到进一步的发展和应用.1961～1965年，激光光谱用于大气污染分析，半导体激光器用于激光通信，CO2激光器用于激光熔炼，激光切割激光钻孔.1968～1969年，月球上设置激光反射器，地面与卫星联系.1982年，发明激光全息术.1980～1990年，激光外科手术、通信、光盘、激光武器等出现.     激光技术是现代物理学和现代科学技术相结合孕育出来的一门科学技术，它的发展历史不仅充分显示出物理科学理论对技术发明的预见性，而且它本身又作为现代科学技术家族中的一个优等生，也大大促进和推动着现代物理学和现代科学技术的发展.  三、从“量子力学的建立”到电子和信息技术     20世纪20年代无疑是理论物理学的黄金时代，在短短的几年之内，物理学家为了解决旧量子论的困难，在不同的地点，从不同的角度、以不同的形式，建立起一种描述微观世界的统一的基本理论——量子力学.它用严格的数学语言调和了波和粒子这两种对立的经典概念在描写同一微观客体时表现的矛盾.量子力学的建立为人类了解物质结构奠定了基础.     1926年，狄拉克在薛定谔的多体波函数启示下，开始研究全同粒子系统.他发现，如果描述全同粒子的多体波函数是对称的，这些粒子将服从玻色-爱因斯坦统计;如果这一波函数是反对称的，这些粒子将服从另一种统计，即费米、狄拉克统计.虽然费米在几个月前就提出了这种统计法，但狄拉克却更深刻地揭示了统计类型与波函数对称性质间的关系，并证明了在波函数反对称条件下，新的统计是量子力学的必然结果.这一统计法的提出，使人类得知固体中的电子服从泡利原理.     1928年普朗克在应用量子力学研究金属导电问题中，提出固体能带理论的基本思想能带论.根据能带论，在外电场作用下，半导体导电是靠满带中的“空穴”和导带中的电子这两种载流子进行的.“空穴”参与的导电过程称为P型导电，电子参与的导电过程称为N型导电.半导体的许多奇异特性正是由“空穴”和电子所共同决定的，能带论第一次科学地阐明了固体为什么可按导电能力的强弱，分为绝缘体、导体、半导体.     1931年英国物理学家威尔逊在能带理论的基础上，提出半导体的物理模型.他认为，由于半导体自身存在的晶体缺陷和杂质原子，使得半导体具有两种导电类型：一种是“杂质导电”，即由于半导体中的杂质电离能远比禁带宽度小，所以在较低温度下可以把电子从施主能级上激发到导带，或把满带上的电子激发到受主能级上，从而电导率升高;另一种是“本征导电”，即把满带中的电子直接激发到导带上，而使电导率升高.显然，按照这两种导电机理，半导体所有变化多端的性能和广泛的应用价值，都是由杂质导电机理决定的.因为杂质导电随样品而异，而本征导电则是固定不变的.威尔逊模型相当完好地说明了与体内性质有关的半导体的行为特征，它奠定了半导体学科的理论基础.

1939年肖特基、莫特和达维多夫，在弗兰克尔金属半导体接触的表面理论基础上，应用金属与半导体接触的“势垒”概念，建立了解释金属半导体接触整流作用的“扩散理论”.这样，能带论、导电机理模型和扩散理论这三个相互关联逐步发展起来的半导体理论模型，便大体上构成了确立晶体管这一技术发明目标的理论背景.   大致同时，随着无线电技术发展，在1930年后，短波和超短波通信发展起来，并出现了雷达技术.随着第二次世界大战的到来，对于这两方面的研究愈显得重要，真空管已经不能响应这两种技术中如此迅速变化的电信号，人们又重新回头研究半导体检波器和整流器.由于检波器的性能与半导体材料的纯度关系很大，人们为获得好的材料，对Ⅳ族元素Ge、Si的提纯、多晶制备，以及电学性质作了大量的研究工作.1935年后贝尔实验室的一批科学家转向研究Si材料，1940年，用真空熔炼方法拉制出多晶Si棒并且掌握了掺入Ⅲ、Ⅴ族杂质元素来制造P型和N型多晶Si的技术.还用生长过程中掺杂的方法制造出第一个Si的PN结，发现了Si中杂质元素的分凝现象，以及施主和受主杂质的补偿作用

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