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半导体从业人员的自我修养

半导体从业人员的自我修养

作者:
顺昱自动化
来源:
蓝宝石产业联盟
发布时间:
2020/04/14
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作为一名半导体行业的精英,在工作中我们是不是经常会碰到“芯片”、“集成电路”、“半导体”这几个术语,自己也经常混用,而且并未觉得混用有什么不妥。芯片”,又称微电路(microcircuit)、微芯片(microchip),是指内含集成电路的硅片,体积很小,常常是计算机或其他电子设备的一部分。

集成电路(英文Integrated Circuit,缩写为IC),顾名思义,就是把一定数量的常用电子元件,如电阻、电容、晶体管等,以及这些元件之间的连线,通过半导体工艺集成在一起的具有特定功能的电路。

 

半导体”,是指在常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。

 

太复杂了,

弯弯绕绕的,

一点也不符合我们半导体人直击目标的高效风格!

好吧,那我简单归纳一下,

总体而言,

半导体是一类材料的总称,

集成电路是用半导体材料制成的大型电路集合,

芯片是由不同或单一类型的集成电路形成的产品。

 

 

 

还是太难理解?

那我们举个例子,

好比半导体是各种做纸的纤维,

集成电路是一沓子纸,

而芯片就是书或者本子。

 

说清楚了这三者的联系,

我们才能继续聊聊今天的话题。

 

以往我们的概念中,半导体=集成电路,其实不然,半导体家族庞大,实力雄厚,成员众多,且都“神通广大。

除了集成电路这个大户(占80%以上),还包括光电子器件、分立器件和传感器,因此集成电路顶多算是≈半导体。

自从“半导体”家族出世以来,大家相安无事,各司其职,相互打配合却又彼此成就,缺一不可。可不像我们平时看的世家大族那么热爱“宅斗”“宫斗”,大家都是良性竞争,优势上岗。更何况“江山代有才人出”,谁能笑到最后还未可知呢。

 

说到“集成电路”,这位可是有“故事”的仔,占据家族大半壁江山,以“一人”之力撑起整个半导体行业!

 

一个微小到可能只有“指甲盖儿”那么大的东西,有此魔力,重点就在于“集成”。

 

对于集成,我们可以想象一下,城市的住宅楼房,几十到一百多的平方,涵盖了客厅、卧室、厨房、卫生间、阳台,具备了占地几百平米的农村房屋的各种功能;还有“集成灶”,将我们所熟知的吸油烟机、燃气灶、消毒柜、储藏柜等各种功能结合在了一起。

 

集成电路”的概念也是大致如此,就是将实现某种功能电路所需的各种元件都放在一块底片上,所形成的整体就被称作集成电路,目前以硅片为衬底的硅集成电路是主流。

 

当然,现如今的集成电路,其集成度远超我们的想象,一套房哪能比得上,说是摩天大楼都不为过:

 

地面上有商铺、办公、食堂、酒店式公寓,地下有几层是停车场,停车场下面还有地基——这是集成电路的布局,模拟电路和数字电路分开,处理小信号的敏感电路与翻转频繁的控制逻辑分开,电源单独放在一角。

 

每层楼的房间布局不一样,走廊也不一样,有回字形的、工字形的、几字形的——这是集成电路器件设计,低噪声电路中可以用折叠形状或“叉指”结构的晶体管来减小结面积和栅电阻。

 

各楼层直接有高速电梯可达,为了效率和功能隔离,还可能有多部电梯,每部电梯能到的楼层不同——这是集成电路的布线,电源线、地线单独走线,负载大的线也宽;时钟与信号分开;每层之间布线垂直避免干扰;CPU与存储之间的高速总线,相当于电梯,各层之间的通孔相当于电梯间……

集成电路还可以根据制作工艺分为半导体集成电路和膜集成电路,根据产品种类分为微处理器(约占18%),存储器(约占23%),逻辑器件(约占27%)和模拟器件(约占13%)四大类, 根据集成度高低、导电类型、用途不同而进行不同的分类。

这复杂的分类,如果我各个都拆开细说,估计光分类都可以嗨讲三天三夜了!

现在,电视、电脑、充电器、汽车仪器仪表、手机,都需要集成电路这位“军师”的“指引”,凭借着这小小的身板,“集成电路”已然在各行各业中“混”得风生水起。

俗话说,一家独大不是美,百花齐放才是春。在半导体世界,靠“集成电路”单打独斗显然也不太现实,分立器件、光电子器件和传感器的出现填补了行业的空白。

如果说把“集成电路”比作多种组合拳的武功强强联合,那么“分立器件”显然是“一招制敌”的必杀技武功。虽然和“集成电路”的“财大气粗”不能相比,但是分立器件可一点也不弱,“文武兼备”似的可“集成”可“分立”,让它既成全了“集成电路”的全能,又能彰显自身的单一功能。说到底,集成电路最开始就是由元件一个个搭起来的,分立器件还是集成电路的始祖呢

我们所熟知的,单个的二极管、三极管、功率半导体器件都属于分立器件,尤其是最近大热的LDMOSIGBT等。(有机会,我们可以另开一篇专门讲讲IGBT这位神秘而又文武双全的“家伙”)。

虽然,它们和集成电路相比,缺点是显而易见的,“大”:一是体积大,二是电路规模大频率高时,分布参数影响很大。这些都导致分立器件在设计和调试方面都比较困难。

不过诸多限制,也架不住“优秀”二字。

 

由于集成电路本身的限制,分立器件在一些场合,比如超大功率、高压等,依然是不可或缺的存在。因此,我们在消费电子、计算机与外设、网络通信,设备及仪器仪表、汽车电子、显示屏以及电子照明等几大领域也都能看到分立器件的身影

半导体家族集成电路和分立器件的亮相,是否惊艳到了你,如果没有,那么也许

这一位——光电子器件,能够带给你惊喜。光电子器件,photoelectron devices,是利用电-光子转换效应制成的各种功能器件。


别看这小小身躯,不起眼的样子,在这个“无光不能”的世界,它往往能带给我们生活难以想象的便利。比如,我们所熟知的,比普通电缆宽带网速更快、网络稳定性更高的光纤宽带系统,就包含了大量半导体光电子器件的应用。可见网速的提高,光电子器件功不可没。

当然,光电子器件的能量不仅仅局限于此,它们既包罗了固体、气体、液体等各类激光器、探测器,又包罗了各种光与电的产生、转换、传输、检测和应用。在这其中,GaAs、InP、GaN等这类直接带隙的半导体材料,由于较高的发光效率,更是被直接“征用”做发光器件。

如果你以为光电子器件仅限于通讯领域的应用,那你可就too young too simple了。现在我们看的液晶电视,手机动辄四五千万像素的照相功能(据说小米10 都1亿像素了),红外探测、医学探测和透视,哪个能脱离光电子器件而存在呢。

半导体家族最后一位大将“传感器”来也。

说到传感器,官方的名词解释是将环境中的物理量转化为电学量的一种检测装置。不过这样的解释,还是太抽象了。顾名思义,半导体传感器,就是传达感觉的器件,类似于人眼、耳、鼻、舌、皮肤等多种感觉功能的器件。这是人们利用半导体材料易受外界条件影响的物理特性制成,器件种类繁多,功能也各异。

你能想象一个器件,

能够一接触感应到压力,就能将信息传递出去;

能随着温度上升或降低,就改变自身的特性;

或者与气体接触就能使电阻或功函数发生变化吗?

 

这些,都是传感器的自带属性哦!灵敏度如此之高,响应速度快,而且体积小、重量轻,可真是半导体家族不可小瞧的“轻量级”好手呢!

正是自带这些优势属性,便于集成化、智能化,传感器的应用也非常广泛,工业自动化、遥测、工业机器人、家用电器、环境污染监测、医疗保健、医药工程和生物工程,都是传感器的主战场。这次新冠肺炎疫情大爆发,热电堆红外传感器应用于体温检测;差压传感器及温度传感器大量应用在负压救护车或负压隔离病房;磁传感器及超声波传感器用于CT 机或透视机;压力传感器及流量传感器用于呼吸机;湿度及氧气传感器用于隔离房空气质量监测等,都在疫情防控和新冠肺炎的治疗过程中发挥了至关重要的作用。

集成电路、分立器件、光电子器件、传感器,堪称半导体家族的四大金刚,构成了庞大而复杂的半导体世界,继而衍生出宏大的高精尖科技蓝图。

当然,这里面少不了半导体科技精英们的竭诚努力。

那么问题来了,大家当初为什么投身半导体行业?

是因为高薪、安逸、压力小、头发浓密?

好吧,

半导体行业显然和这些钱多活少压力小的原因

都不沾边。

那能解释的原因就只剩下下面这几个字了。