什么是本征半導(dǎo)體?
發(fā)布時(shí)間:
2021-12-22
國(guó)際微電子發(fā)展的趨勢(shì)是:集成電路的特征尺寸將繼續(xù)縮小,集成電路(IC)將發(fā)展為系統(tǒng)芯片(SOC)。微電子技術(shù)和其他學(xué)科相結(jié)合將產(chǎn)生很多新的學(xué)科生長(zhǎng)點(diǎn),與其它產(chǎn)業(yè)結(jié)合成為重大經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。1999年中國(guó)集成電路的總消耗量折合人民幣為436億元,其中國(guó)產(chǎn)芯片的總量為83.8億元人民幣,占世界芯片產(chǎn)量的0.6%。雖然中國(guó)微電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有了很大進(jìn)步,但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還很落后,生產(chǎn)技術(shù)總體上還有2代左右的差距。國(guó)內(nèi)集成電路需求的自給率很低,特別是技術(shù)含量高的產(chǎn)品,基本上依靠進(jìn)口。 隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展,使整機(jī)、電路與元件、器件之間的明確界限被突跛,器件問(wèn)題、電路問(wèn)題和整機(jī)系統(tǒng)問(wèn)題已經(jīng)結(jié)合在一起,體現(xiàn)在一小塊硅片上,這就形成了固體物理、器件工藝與電子學(xué)三者交叉的新技術(shù)學(xué)科一微電子學(xué)。隨著集成電路技術(shù)的廣泛滲透和延拓,它將是一個(gè)更為廣泛的邊緣性學(xué)科。
一言以蔽之:微電子技術(shù)是信息社會(huì)的基石。實(shí)現(xiàn)信息化的網(wǎng)絡(luò)及其關(guān)鍵部件不管是各種計(jì)算機(jī)還是通訊電子裝備,它們的基礎(chǔ)都是集成電胳。
1946年2月年美國(guó)莫爾學(xué)院研制成功第一臺(tái)電子數(shù)值積分器和計(jì)算器的時(shí)代,那是一個(gè)由18000個(gè)電子管組成,占地150平方米,重30噸的龐然大物。
設(shè)想一下,這樣的計(jì)算機(jī)能夠進(jìn)入辦公室、車間和家庭嗎?以至于當(dāng)時(shí)有的科學(xué)家認(rèn)為全世界只要4臺(tái)這樣的計(jì)算機(jī)就夠了,可是現(xiàn)在全世界計(jì)算機(jī)包括微機(jī)在內(nèi)就有上億臺(tái)。這只有在1948年貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們發(fā)明了晶體管(微電子技術(shù)發(fā)展中第一個(gè)里程碑),特別是1958年硅平面工藝的發(fā)展和集成電路的發(fā)明(這可以認(rèn)為是第二個(gè)里程碑),之后才可能出現(xiàn)今天這樣的以集成電路技術(shù)為基礎(chǔ)的電子信息技術(shù)和產(chǎn)業(yè)。
正如最近美國(guó)工程技術(shù)界評(píng)出20世紀(jì)世界最偉大20項(xiàng)工程技術(shù)成就中第5項(xiàng)電子技術(shù)時(shí)談到,“從真空管到半導(dǎo)體、集成電路已成為當(dāng)代各行各業(yè)智能工作的基石。”這是由其本質(zhì)所決定的:社會(huì)信息化的程度取決于對(duì)信息的掌握、處理能力和應(yīng)用程度,而集成電路正是集信息處理、存儲(chǔ)、傳輸于一個(gè)小小的芯片中。當(dāng)前微電子技術(shù)發(fā)展已進(jìn)入系統(tǒng)集成芯片(SOC-System On Chip)的時(shí)代.可將整個(gè)系統(tǒng)或子系統(tǒng)集成在一個(gè)硅芯片上。進(jìn)一步發(fā)展,可以將各種物理的、化學(xué)的和生物的敏感器(執(zhí)行信息獲取功能)和執(zhí)行器與信息處理系統(tǒng)集成在一起,從而完成從信息獲取、處理、存儲(chǔ)、傳輸?shù)綀?zhí)行的系統(tǒng)功能,這是一個(gè)更廣義上的系統(tǒng)集成芯片??梢哉J(rèn)為這是微電子技術(shù)又一次革命性變革。它已如同細(xì)胞組成人體一樣,成為現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)、國(guó)防裝備和家庭耐用消費(fèi)品的細(xì)胞。
現(xiàn)在集成電路產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值年增長(zhǎng)率≥15%,在技術(shù)上,集成度以年增長(zhǎng)率46%的速率持續(xù)發(fā)展,世界上還沒(méi)有一個(gè)產(chǎn)業(yè)能以這樣的速度持續(xù)發(fā)展。
1990年日本以集成電路為基礎(chǔ)的電子工業(yè)產(chǎn)值超過(guò)號(hào)稱為第一產(chǎn)業(yè)的汽車工業(yè)而成為第-一大產(chǎn)業(yè)。2000年以集成電路為基礎(chǔ)的電子信息產(chǎn)業(yè)成為世界第一大產(chǎn)業(yè)。集成電路的原料是地球上除氧以外含量最豐富的元素-硅,這樣一塊黑褐色小片,肉眼看上去.沒(méi)有任何令人滿意的地方,但經(jīng)過(guò)人們的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和一系列創(chuàng)新的工藝技術(shù)加工制造,成為集成電路芯片.將人類的智慧與創(chuàng)造固化在硅芯片上,因而是知識(shí)創(chuàng)新的載體,價(jià)值千金。這是典型的“點(diǎn)石成金”。改變著社會(huì)的生產(chǎn)方式和人們的生活方式,不僅成為現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)和科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ),而且正在創(chuàng)造著代表信息時(shí)代的硅文化(siliconculture)。因此有科學(xué)家認(rèn)為人類繼石器、青銅器、鐵器時(shí)代之后正進(jìn)入硅石時(shí)代。
集成電路產(chǎn)業(yè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略作用首先表現(xiàn)在當(dāng)代食物鏈關(guān)系上,現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的數(shù)據(jù)表明,GDP每增長(zhǎng)100元,需要10元左右電子工業(yè)產(chǎn)值和1元-3元集成電路產(chǎn)值的支持。據(jù)美國(guó)半導(dǎo)體協(xié)會(huì)(SIA)預(yù)測(cè),到2012年,集成電路全行業(yè)銷售額將達(dá)到1萬(wàn)億美元,它將支恃6萬(wàn)億到8萬(wàn)億美元的電子裝備、30萬(wàn)億美元的電子信息服務(wù)業(yè)和約50萬(wàn)億美元GDP。
21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)是信息經(jīng)濟(jì),目前發(fā)達(dá)國(guó)家信息產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值已占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的40%-60%,國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值增長(zhǎng)部分的65%與集成電路有關(guān)。因此,抓住了集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展,就能促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展。
上世紀(jì)90年代以來(lái),美國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展,主要得益于IT產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,而它的基礎(chǔ)是微電子技術(shù)。
實(shí)際上,不僅計(jì)算機(jī)更新?lián)Q代,即使是家電的更新?lián)Q代都基于微電子技術(shù)的進(jìn)步。電子裝備,包拆機(jī)械裝置,其靈巧程度直接關(guān)系到它的高附加值和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,都依賴于集成電路芯片的“智慧”程度和使用程度。
在信息社會(huì)時(shí)代,產(chǎn)品以其信息含量的多少和處理信息能力的強(qiáng)弱,決定著其附加值的高低,從而決定它在國(guó)際市場(chǎng)分工中的地位。如果我們不發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè),將使我們的IT行業(yè)只能停留在裝配業(yè)水平上,掙的是“辛苦錢”,在國(guó)際分工中我們將只能處于低附加值的低端上。微電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)模和科學(xué)技術(shù)水平已成為衡量一個(gè)國(guó)際綜合實(shí)力的重要標(biāo)志。
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