种粮种菜用得着半导体科技吗？

在过去的一百年里，半导体科技改变了我们生活的方方面面。我们都很熟悉半导体技术带来的信息革命——谁不天天上网打个电话？但是，如果半导体技术也推动了农业革命，你可能会有点困惑:种粮食和蔬菜还需要高水平的半导体技术吗？让我们来看看。

“民以食为天”。几千年来，农业一直是人类社会的基础。人口的激增与农业技术的进步密不可分。无论是选种、栽培收获、水利建设、水土保持、抗灾，任何新技术都会首先考虑能否用于提高农业生产水平，半导体科技也不例外。

纵观历史，农民吃饭靠天气，因为农作物的生长发育靠“光、温、水、肥、气”，这些重要的环境因素很难控制。“一年三百六十日，风、刀、霜、剑互相严格逼。”天气真正好的时候能有几年？从上个世纪开始，工业技术的发展逐步解决了水利设施和化肥的问题，生物技术的发展提高了选种育苗的水平。但仍然不能完全解决靠天吃饭的问题，因为“万物生长在太阳上”。在房子里种庄稼多好啊！

随着科技的发展，在房子里种庄稼的梦想会逐渐变成现实。首先，塑料薄膜和塑料大棚技术的普及，显著降低了恶劣天气对作物生长的影响。但是，如果要在房子里种庄稼，就必须解决光源的问题。农作物的生长是光合作用的结果。没有光，一切都是徒劳。而且这个光源的光一定很强，这和养鸡场有很大的区别:现代养鸡场都是在房子里养鸡，光源只起到照明的作用，因为鸡长肉靠的是饲料，不是叶绿素。只要有合适的光源，房子里就可以种庄稼，“温、水、肥、气”的问题比露天的容易解决得多。

除了光源，一切都准备好了。我该怎么办？传统的电灯(白炽灯)肯定不行。他们靠电流加热电阻丝来发光，效率太低。灯具的效率还可以，不管是装修用的霓虹灯，还是工地照明用的高压氙灯，但是它们体积太大，成本不便宜，玻璃制品不适合维护。更重要的是，它们的发光波长受到填充气体的限制，因此无法根据作物光合作用的最佳范围进行调节。上世纪末开始流行的节能灯，可以通过更换荧光粉来调节波长，但仍然存在体积大、成本高的问题，而且种庄稼也有点太奢侈了。说了半天，一个都不会用。我该怎么办？不要灰心，不要灰心，白光二极管(LED)来了。

白光二极管是可以发出白光的发光二极管。二极管是一种典型的半导体器件。你可以认为它是由两种半导体材料紧密拼接而成:一种半导体材料(N型材料)电子多，另一种半导体材料(P型材料)空穴多空“空穴”是一个专业术语，指电子留下的“/[/kK”。在外加电压的作用下，pn结两侧的电子和空空穴会向相反的位置移动，相遇时会“复合”发光——这是专业的说法。你可以认为电子掉进坑里(这个坑是空洞)死了，生命之光在牺牲的那一刻爆发了。这些原因人们早就知道了，但一开始二极管只能发出红光，效率并不太高，主要是半导体材料的限制。直到90年代，随着半导体材料、物理和器件技术的发展，特别是以氮化镓为代表的宽带隙材料的研究进展，人们终于做出了白光二极管。现在的白光二极管不仅体积小、效率高、寿命长、价格便宜，而且光的波长也可以提前设计好——家里种庄稼的光源问题将得到解决，虽然大规模普及还有很多材料、工艺甚至市场的问题需要解决。

在屋内种植作物(姑且称之为植物工厂)，不仅可以消除恶劣天气的影响，还可以根据作物的种类选择合适波长的光源，更方便地安排光、温、水、肥、气等主要环境因素。比如用水量会减少很多，因为植物蒸发的水可以循环利用；农作物可以一年四季生长，而不是局限在春秋之间的半年；不仅一楼可以种水稻，二楼可以种小麦，还可以轻松解决轮作问题；光源的使用也得到更充分的利用。无论早、中、晚，阳光都直射在庄稼上。即使需要关灯，让植物休息一下，也可以轮流来。一楼的白天对应二楼的夜晚——好处还是很多的，数不清。当然，这些好处的综合利用离不开半导体技术。在这样的植物工厂里，各种作物生长因子的调度离不开计算机——这就是半导体技术的杰作。

植物的普及不仅改变了传统作物的种植方式，也改变了传统作物的选种育苗方式。选种是一个非常复杂的权衡。比如我们希望小麦小(这样在暴风雨中就不容易倒下)，小麦的穗要大(这样产量才能高)，但这两个属性可能会互相冲突。如果这种小麦要在植物工厂种植，那么我们在选择的时候，可以更倾向于大穗的属性。事实上，既然植物工厂彻底改变了农作物的生长环境，那么选种育苗的原则和程序也必须随之改变。

好了，现在我们回到开始的问题:种粮食和蔬菜需要高水平的半导体技术吗？答案很明显:是的，半导体科技正在推动农业革命的发展。