半導體產業（一）

從本期開始，小編將為大家帶來半導體產業的系列介紹，為大家介紹半導體材料製備、產品封裝、測試生產技術等的詳細流程，揭開半導體行業的面紗。

隨著產業從小規模實驗室生產到巨型自動化工廠轉變，產業驅動和經濟改變了。

大量的特種材料和設備業已經開發出來以支撐晶片製造。

全球半導體是一個3000億美元的產業，並且它已回饋1.2萬億美元到全球電子系統產業。

進一步講，納米技術和世界範圍消費市場的爆發正在以伸展的方式塑造半導體產業的未來。

晶圓製造已經產生年銷售約600億美元的設備產業（代表性的銷售每個晶圓的15%-20%）。

一、三極體的誕生

1906年，Lee Deforest發現了真空三極體，從此，電子工業時代開始了！

真空三極使得收音機、電視機和其他消費類電子產品得以存在。

但是，真空管有一系列的缺點，如體積大、易碎、耗能多、老化快等，所以固體的真空管呼之欲出。

終於，1947年12月23日，世界上第一個電晶體在美國貝爾實驗室誕生。

發明三極體的三位科學家：John Bardeen、Walter Brattin和William Shockley獲得了1956年的諾貝爾物理獎。

可以這麼說，電晶體正式打開了我們現在集成電路生產之門，其意義是非常巨大的！

二、集成電路時代的到來

由於之前的分立器件電路在功能和製造上越來越力不從心，所以它的統治地位在1959年走到了盡頭。

也正是在這一年，供職於德州儀器公司的青年工程師Jack Kilby首次在一塊鍺半導體材料上製成了一個完整的電路。

他的發明由幾個電晶體、二極體、電容器和利用鍺晶片天然電阻的電阻器組成。

這以發明便是集成電路，這也是世界上首次成功地在一塊半導體基材上做出了完整地電路。

三、工藝和產品

從1947年開始，半導體產業就已經呈現出在新工藝和工藝提高上的持續發展。

工藝的提高導致了具有更高集成度和可靠性的集成電路的產生，從而推動了電子工業的革命。

工藝的改進分為兩大類：

工藝和結構。

工藝的改進是指以更小的尺寸來製造器件和電路，並使之具有更高密度、更多數量和更高的可靠性。

結構的改進是指新器件設計上的發明使電路的性能更好，實現更佳的能耗控制和更高的可靠性。

集成電路中器件的尺寸和數量是集成電路發展的兩個共同標誌。

器件的尺寸是以設計中的最小尺寸來表示的，稱為特徵圖形尺寸，通常用微米和納米來表示。

1um約為人頭髮直徑的1/100。

1nm是1um的1/1000。

半導體器件一個更為專業的標誌是珊條寬度。

目前，產業界正推向5nm的珊條寬度。

四、摩爾定律

Intel公司的創始人之一Gordon Moore於1956年預言在晶片的電晶體數量會每年翻一番，這個預言被稱為摩爾定律。

此後，他更新該定律為每兩年翻一番。

業界觀察家們已經使用這個定律來預測未來晶片的密度。

根據多年來的實踐證明，它是非常準確的一個預言，一定程度上，它推動了技術的進步。

有人猜測，晶片密度可能超過摩爾定律的預測，這其實也是有依據的，畢竟原子尺寸就那麼大，而且到了量子尺寸的時候，原子之間的相互作用並不遵從牛頓的理論，也不遵從愛因斯坦的相對論。

在一個晶片中元器件的密度確實遵循摩爾定律持續增加。

半導體行業已經適應摩爾定律作為未來晶片的密度和性能提高的推動者。

這些目標被加入到半導體國際技術路線圖最新的版本中。

集成度水平表示電路的密度。

集成度水平的範圍分為：小規模集成電路（SSI）、中規模集成電路（MSI）、大規模集成電路（LSI）、超大規模集成電路（VLSI）、甚大規模集成電路（ULSI）、極大集成電路（ULSI）。

除集成規模外，存儲器電路還由其存儲比特的數量來衡量（一個1MB的存儲器可存儲100萬比特），邏輯電路的規模經常用門的數量來評價。

五、特徵圖形尺寸減少

從小規模集成電路發展到今天的百萬晶片，其中單各元件特徵圖形尺寸的減少起了重要的推動作用。

這得益於被稱為光刻的圖形化工藝和多層連線技術的極大提高。

通俗的舉一個例子就是：

住宅區的密度取決於房屋的大小、占地面積和街道寬度。

如果要居住更多的人口，可以增加住宅區的面積（增加晶片區域），另一種可能則是減小單個房屋的尺寸並使它們占地減小。

我們也可以用減小街道大小的方法來增加密度，然而，到一定程度時街道就不能再被減小了，或是就不夠汽車通行的寬度了，而要保持房屋的可居住性，房屋也不能無限制地減小，此時一個辦法就是用公寓樓來取代單個房屋。

所有地這些辦法都應用在了半導體技術中。

特徵尺寸地減小和電路密度地增大帶來了很多益處。

再電路性能方面是電路速度的提高，傳輸距離的縮短，以及單個器件所占空間的減小使得信息通過晶片時所用的時間縮短，這種更快的性能使那些曾經等待計算機來完成一個簡單工作的人獲益匪淺。

電路密度的提高還使晶片或電路耗電量更小。

六、晶片和晶圓尺寸的增大

集成電路是在稱為晶圓的薄矽片上製造而成的。

在圓形的晶圓上製造方形或長方形的晶片導致在晶圓的邊緣處剩餘一些不可使用的區域，當晶片的尺寸增大時這些不可使用的區域也隨之增大。

為了彌補這種損失，半導體業界採用了更大尺寸的晶圓。

隨著晶片的尺寸增大，1960年時的1英寸直徑的晶圓已經被200nm和300nm（8英寸和12英寸）的晶圓所取代。

因為圓面積隨著其半徑平方的增大而增大，生產效率也增加了。

因此，從6英寸到12英寸，晶圓直徑翻倍，製造晶片可使用的面積增大4倍。

本期小編就帶大家講到這裡，關於半導體行業的具體介紹，請聽下回分解！