BBIN BBIN宝盈半导体定义 - 豆丁网

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　　半导体技术就是以半导体为材料制作成组件及集成电路的技术。在周期表里的元素依照导电性大致可以分成导体、半导体与绝缘体三大类。最常见的半导体是硅Si当然半导体也可以是两种元素形成的化合物例如砷化镓GaAs但化合物半导体大多应用在光电方面。绝大多数的电子组件都是以硅为基材做成的因此电子产业又称为半导体产业。半导体技术最大的应用是集成电路IC举凡计算机、手机、各种电器与信息产品中一定有IC存在它们被用来发挥各式各样的控制功能有如人体中的大脑与神经。如果把计算机打开除了一些线路外还会看到好几个线路板每个板子上都有一些大小与形状不同的黑色小方块周围是金属接脚这就是封装好的IC。如果把包覆的黑色封装除去可以看到里面有个灰色的小薄片这就是IC。果再放大来看这些IC里面布满了密密麻麻的小组件彼此由金属导线连接起来。除了少数是电容或电阻等被动组件外大都是晶体管这些晶体管由硅或其氧化物、氮化物与其它相关材料所组成。整颗IC的功能决定于这些晶体管的特性与彼此间连结的方式。半导体技术的演进除了改善性能如速度、能量的消耗与可靠性外另一重点就是降作成本。降低成本的方式除了改良制作方法包括制作流程与采用的设备外如果能在硅芯片的单位面积内产出更多的IC成本也会下降。所以半导体技术的一个非常重要的发展趋势就是把晶体管微小化。当然组件的微小化会伴随着性能的改变但很幸运的这种演进会使IC大部分的特性变好只有少数变差而这些就需要利用其它技术来弥补了。导体制程有点像是盖房子分成很多层由下而上逐层依蓝图布局迭积而成每一层各有不同的材料与功能。随着功能的复杂不只结构变得更繁复技术要求也越来越高。与建筑物最不一样的地方除了尺寸外就是建筑物是一栋一栋地盖半导体技术则是在同一片芯片或同一批生产过程中同时制作数百万个到数亿个组件而且要求一模一样。因此大量生产可说是半导体工业的最大特色IC数也就越多。尽管每片芯片的制作成本会因技术复杂度增加而上升但是每颗IC的成本却会下降。所以价格不但不会因性能变好或功能变强而上涨反而是越来越便宜。正因如此综观其它科技的发展从来没有哪一种产业能够像半导体这样持续维持三十多年的快速发展。半导体制程是一项复杂的制作流程先进的IC所需同的功能组合成小的单元称为单元制程如蚀刻、微影与薄膜制程几个单元制程组成具有特定功能的模块制程如隔绝制程模块、接触窗制程模块或平坦化制程模块等最后再组合这些模块制程成为某种特定IC的整合制程半导体纳米技术纳米技术有很多种基本上可以分成两类一类是由下而上的方式或称为自组装的方式另一类是由上而下所谓的微缩方式。前者以各种材料、化工等技术为主后者则以半导体技术为主。前我们都称IC技术是「微电子」技术那是因为晶体管的大小是在微米10-6米等级。但是半导体技术发展得非常快每隔两年就会进步一个世代尺寸会缩小成原来的一半这就是有名的摩尔定律Moore’sLaw。大约在15年前半导体开始进入次微米即小于微米的时代尔后更有深次微米比微米小很多的时代。到了2001年晶体管尺寸甚至已经小于0.1微米也就是小于100奈米。因此现在是奈米电子时代未来的IC大部分会由奈米技术做成。但是为了达到奈米的要求半导体制程的改变须从基本步骤做起。每进步一个世代制步骤的要求都会变得更严格、更复杂。制程技术的挑战曝光显影在所有的制程中最关键的莫过于微影技术。这个技术就像照相的曝光显影要把IC工程师设计好的蓝图忠实地制作在芯片上就需要利用曝光显影的技术。在现今的奈米制程上不只要求曝光显影出来的图形是几十奈米的大小还要上下层结构30公分直径的晶圆上对准的准确度在几奈米之内。这样的精准程度相当于在中国大陆的面积上每次都能精准地找到一颗玻璃弹珠。因此这个设备与制程在半导体工厂里是最复杂、也是最昂贵的。半导体技术进入纳米时代后除了水平方向尺寸的微缩造成对微影技术的严苛要求外在垂直方向的要求也同样地严格。一些薄膜的厚度都是奈米而且在整片上的误差小于5。这相当于在100个足球场的面积上要很均匀地铺上一层约1公厚的泥土而且误差要控制在0.05公分的范围内。蚀刻另外一项重要的单元制程是蚀刻这有点像是柏油路面的刨土机或钻孔机把不要的薄层部分去除或挖一个深洞。只是在半导体制程中通常是用化学反应加上高能的电浆而不是用机械的方式。在未来的奈米蚀刻技术中有一项深度对宽度的比值需求是相当100公尺的深井挖完之后再用三种不同的材料填满深井可是每一层材料的厚度只有10层原子或分样的性能因此质量管控非常重要。通常量产工厂对于生产条件的管制包括原料、设备条件、制程条件与环境条件等要求都非常严格不容任意变更为的就是保持质量的稳定度。材料问题电子组件进入奈米等级后在材料方面也开始遭遇到一些瓶颈因为原来使用的材料性能已不能满足要求。最简单的一个例子是所谓的闸极介电层材料这层材料的基本要求是要能绝缘不让电流通过。现在使用的是由硅基材氧化而成的二氧化硅在一般状况下这是一个非常好的绝缘材但因组件的微缩使得这层材料需要越做越薄。在奈米尺度时如果继续使用这个材料这层薄膜只能有约层分子的厚度。但是在这种厚度下任何绝缘材料都会因为量子穿隧效应而导通电流造成组件漏电以致失去应有的功能因此只能改用其它新材料。但二氧化硅已经沿用了三十多年几乎是集各种优点于一身这也是使硅能够在所有的半导体中脱颖而出的关键要找到比它功能更好的材料与更合适的制作方式实在难如登天。而且材料是组件或IC的基础一旦改变所有相关的设备与后续的流程都要跟着改变真的是牵一发而动全身所以半导体产业还在坚持不到最后一刻绝对不去改变它。这也是为什么CPU会越来越烫消耗的电力越来越多的原因。因为现在的CPU中晶体管数量甚多运作又快速而每一个晶体管都会「漏电」所造成。这种情形对桌上型计算机可能影响不大但在可携式的产品如笔记型计算机或手机就会出现待机或可用时间无法很长的缺点。也因为这样近年来许多学者相继提出各种新颖的结构或材料例如利用自组装技术制作奈米碳管晶体管想利用奈米管的优异特性改善其功能或把组件做得更小。但整个产业要做这么大的更动在实务上是不可行的顶多只能在特殊的应用上如特殊感测组件找到新的出路。进步快速的主因尽管有种种挑战半导体技术还是不断地往前进步。分析其主要原因总括来说有下列几项。先天上硅这个元素和相关的化合物性质非常好包括物理、化学及电方面的特性。利用硅及相领域每个次领域也都非常庞大譬如IC设计、光罩制作、半导体制造、封装与测试等。其它配合产业还包括半导体设备、半导体原料等可说是一个火车头工业。因为投入者众竞争也剧烈进展迅速造成良性循环。一个普遍现象是各大学电机、电子方面的课程越来越多分组越细并且陆续从工学院中独立成电机电子与信息方面的学院。其它产业也纷纷寻求在半导体产业中的应用这在全世界已经变成一种普遍的趋势。总而言之半导体技术已经从微米进步到奈米尺度微电子已经被奈米电子所取代。半导体的奈米技术可以代表以下几层意义它是唯一由上而下采用微缩方式的奈米技术虽然没有革命性或戏剧性的突破但整个过程可以说就是 一个不断进步的历程这种动力预期还会持续一、二十年。 此外组件会变得更小IC 整合度更大功能更强价格也更便宜。未来的应用范围会更多市场需求也会持续增加。像高速个人计算机、个人数字助理、手机、数字相机等等都是近几年来因为 IC 术的发展有了快速的IC 与高密度的内存后产生的新应用。由于技术挑战越来越大 投入新技术开发所需的资源规模也会越来越大因此预期会有更大的就业市场与研发 人才的需求。 半导体器件有许多封装型式从DIP、SOP、QFP、PGA、BGA到CSP 再到SIP技术指标一代比一代先进这些都是前人根据当时的组装技术和市场需求而 研制的。总体说来它大概有三次重大的革新第一次是在上世纪80年代从引脚插入式 封装到表面贴片封装极大地提高了印刷电路板上的组装密度第二次是在上世纪90年 代球型矩正封装的出现它不但满足了市场高引脚的需求而且大大地改善了半导体器 件的性能晶片级封装系统封装、芯片级封装是现在第三次革新的产物其目的就是将 封装减到最小。每一种封装都有其独特的地方即其优点和不足之处而所用的封装材 料封装设备封装技术根据其需要而有所不同。驱动半导体封装形式不断发展的动力 是其价格和性能。

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