半导体产业（一）

从本期开始，小编将为大家带来半导体产业的系列介绍，为大家介绍半导体材料制备、产品封装、测试生产技术等的详细流程，揭开半导体行业的面纱。

随着产业从小规模实验室生产到巨型自动化工厂转变，产业驱动和经济改变了。大量的特种材料和设备业已经开发出来以支撑芯片制造。全球半导体是一个3000亿美元的产业，并且它已回馈1.2万亿美元到全球电子系统产业。进一步讲，纳米技术和世界范围消费市场的爆发正在以伸展的方式塑造半导体产业的未来。晶圆制造已经产生年销售约600亿美元的设备产业（代表性的销售每个晶圆的15%-20%）。

一、三极管的诞生

1906年，Lee Deforest发现了真空三极管，从此，电子工业时代开始了！

真空三极使得收音机、电视机和其他消费类电子产品得以存在。但是，真空管有一系列的缺点，如体积大、易碎、耗能多、老化快等，所以固体的真空管呼之欲出。

终于，1947年12月23日，世界上第一个晶体管在美国贝尔实验室诞生。发明三极管的三位科学家：John Bardeen、Walter Brattin和William Shockley获得了1956年的诺贝尔物理奖。

可以这么说，晶体管正式打开了我们现在集成电路生产之门，其意义是非常巨大的！

二、集成电路时代的到来

由于之前的分立器件电路在功能和制造上越来越力不从心，所以它的统治地位在1959年走到了尽头。

也正是在这一年，供职于德州仪器公司的青年工程师Jack Kilby首次在一块锗半导体材料上制成了一个完整的电路。他的发明由几个晶体管、二极管、电容器和利用锗芯片天然电阻的电阻器组成。这以发明便是集成电路，这也是世界上首次成功地在一块半导体基材上做出了完整地电路。

三、工艺和产品

从1947年开始，半导体产业就已经呈现出在新工艺和工艺提高上的持续发展。工艺的提高导致了具有更高集成度和可靠性的集成电路的产生，从而推动了电子工业的革命。

工艺的改进分为两大类：

工艺和结构。工艺的改进是指以更小的尺寸来制造器件和电路，并使之具有更高密度、更多数量和更高的可靠性。结构的改进是指新器件设计上的发明使电路的性能更好，实现更佳的能耗控制和更高的可靠性。

集成电路中器件的尺寸和数量是集成电路发展的两个共同标志。器件的尺寸是以设计中的最小尺寸来表示的，称为特征图形尺寸，通常用微米和纳米来表示。1um约为人头发直径的1/100。1nm是1um的1/1000。半导体器件一个更为专业的标志是珊条宽度。目前，产业界正推向5nm的珊条宽度。

四、摩尔定律

Intel公司的创始人之一Gordon Moore于1956年预言在芯片的晶体管数量会每年翻一番，这个预言被称为摩尔定律。此后，他更新该定律为每两年翻一番。业界观察家们已经使用这个定律来预测未来芯片的密度。根据多年来的实践证明，它是非常准确的一个预言，一定程度上，它推动了技术的进步。

有人猜测，芯片密度可能超过摩尔定律的预测，这其实也是有依据的，毕竟原子尺寸就那么大，而且到了量子尺寸的时候，原子之间的相互作用并不遵从牛顿的理论，也不遵从爱因斯坦的相对论。

在一个芯片中元器件的密度确实遵循摩尔定律持续增加。半导体行业已经适应摩尔定律作为未来芯片的密度和性能提高的推动者。这些目标被加入到半导体国际技术路线图最新的版本中。

集成度水平表示电路的密度。集成度水平的范围分为：小规模集成电路（SSI）、中规模集成电路（MSI）、大规模集成电路（LSI）、超大规模集成电路（VLSI）、甚大规模集成电路（ULSI）、极大集成电路（ULSI）。除集成规模外，存储器电路还由其存储比特的数量来衡量（一个1MB的存储器可存储100万比特），逻辑电路的规模经常用门的数量来评价。

五、特征图形尺寸减少

从小规模集成电路发展到今天的百万芯片，其中单各元件特征图形尺寸的减少起了重要的推动作用。这得益于被称为光刻的图形化工艺和多层连线技术的极大提高。通俗的举一个例子就是：

住宅区的密度取决于房屋的大小、占地面积和街道宽度。如果要居住更多的人口，可以增加住宅区的面积（增加芯片区域），另一种可能则是减小单个房屋的尺寸并使它们占地减小。我们也可以用减小街道大小的方法来增加密度，然而，到一定程度时街道就不能再被减小了，或是就不够汽车通行的宽度了，而要保持房屋的可居住性，房屋也不能无限制地减小，此时一个办法就是用公寓楼来取代单个房屋。所有地这些办法都应用在了半导体技术中。

特征尺寸地减小和电路密度地增大带来了很多益处。再电路性能方面是电路速度的提高，传输距离的缩短，以及单个器件所占空间的减小使得信息通过芯片时所用的时间缩短，这种更快的性能使那些曾经等待计算机来完成一个简单工作的人获益匪浅。电路密度的提高还使芯片或电路耗电量更小。

六、芯片和晶圆尺寸的增大

集成电路是在称为晶圆的薄硅片上制造而成的。在圆形的晶圆上制造方形或长方形的芯片导致在晶圆的边缘处剩余一些不可使用的区域，当芯片的尺寸增大时这些不可使用的区域也随之增大。

为了弥补这种损失，半导体业界采用了更大尺寸的晶圆。随着芯片的尺寸增大，1960年时的1英寸直径的晶圆已经被200nm和300nm（8英寸和12英寸）的晶圆所取代。因为圆面积随着其半径平方的增大而增大，生产效率也增加了。因此，从6英寸到12英寸，晶圆直径翻倍，制造芯片可使用的面积增大4倍。

本期小编就带大家讲到这里，关于半导体行业的具体介绍，请听下回分解！