半导体产业介绍.ppt

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2004,7,30
半导体产业介绍
现代半导体器件物理与工艺
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或许您不知道，半导体电子零件在您的生活中已存在 了三十多年；在您的周遭，只要是电器用品，或多或少都有 半导体电子零件的影子。这个小精灵的出现大大地改变了人 类的生活；让您有更舒适方便的生活环境；如功能强大的个 人电脑，体积小得可以带着走，出国在外也可以和总公司连 线；四通八达的电信网路，可以和世界任何地方联络；汽车 的电脑控制系统让您安全又方便地操控汽车驾驶之先进功能；学生可以透过光碟电子书学习新知…。
这个无所不在的小东西是一种叫作“硅”的物质所制作成的。这种物质在地球上相当丰富，海沙即含有相当高成份的“硅”。半导体的制作过程是一项科技高度整合的作业，结合了化学、物理、电子、电机、机械、自动化、软体工程、电脑辅助设计(CAE/CAD)等，几乎所 有顶尖的技术都被用来制造半导体。从下方这个简单的流程方块图，我们大致可以瞭解半导 体的制程。
半导体产业实际上是一个更大实体的子系统－高技术产业。制造微芯片生产电子硬件，它伴随着软件集成并控制芯片功能。高技术产业包含正半导体应用中可见的全部硬件和软件（如图所示）。
放大电子信号的三极真空管是有Lee De Forest于1906年发明的。它发展了早期有约翰·弗莱明和托玛斯·爱迪生在真空管方面的工作。成为现代收音机、电视机和整个电子学领域的主要电子器件，知道20世纪50年代。
一种相对新的材料，称为硅的单晶体，在20世纪出曾被用于将无线电通信信号从交流转换为直流。包含这种材料的“半导体”一词最初在德国采用。然而，真正要发展成为半导体技术势力需要全世界物理化学家和物理学家的参与研究。在半导体特性能被完全解释之前，为了理解电子行为的量子理论，这项研究斯必需的。这些基础工作延续了几十年直到第二次世界大战。
第二次世界大战后，贝尔实验室的科学家们一致努力研究固态硅和锗半导体晶体。领导这项研究的科学家感到需要替换掉真空管，并且可以从固态半导体材料代替真空中受益。1947年12月16日诞生了固态晶体管，发明者是威廉·肖克利，约翰·巴丁和沃尔特·布拉顿。晶体管的名字取自“跨导”和“变阻器”两词，提供了与真空管同样的电功能，但具有固态的显著优点：尺寸小、无真空、可靠、重量轻、最小的发热以及低功耗。这一发现发动了以固体材料和技术为基础的现代半导体产业。
半导体产业在20世纪50年代开始迅速增长为以硅为基础的商品化晶体管技术。早期的许多先驱者开始在北加利福尼亚州，现在以硅谷著称的地区。1957年，在帕罗阿托市的仙童半导体公司制造出第一个商用平面晶体管。它有一层铝互连材料，这种材料北淀积在硅片的最顶层以连接晶体管的不同部分(见图)。从硅上热氧化生长的一层自然氧化层被用于隔离铝导线。这些层的使用在半导体领域是一重要发展，也是称其为平面技术的原因。
在半导体产业向前迈进的重要一步是将多个电子元件集成在一个硅衬底上。被称为集成电路或简称IC，它是由仙童半导体公司的罗伯特·诺伊斯和德州仪器公司的杰克·基比尔于1959年分别独自发明的。在一块集成电路的硅表面上可以制造许多不同的半导体器件，例如晶体管、二极管、电阻和电容，他们被连成一个有确定芯片功能的电路。
Robert Noyce(Intel)
Clair Kilby (TI)
从20世纪60年代到现在，这是组织半导体产业发展的有用方法（见表）。