半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)無疑是國(guó)內(nèi)未來10年，急需突破技術(shù)封鎖的行業(yè)。在全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，國(guó)內(nèi)的半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展較晚，在各個(gè)行業(yè)逐漸突破技術(shù)封鎖的過程中，半導(dǎo)體企業(yè)也是逐漸擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)規(guī)模，在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中“水潤(rùn)滑空壓機(jī)”的“無油壓縮空氣”是有起到發(fā)展的重要作用。

　　半導(dǎo)體工業(yè)常用的氣體，比如二氧化碳、氬氣、氮?dú)獾龋疂?rùn)滑空壓機(jī)可以壓縮多種特殊氣體，有需要可以電話咨詢我們“上海格蘭克林集團(tuán)”。

　　什么是半導(dǎo)體?

　　先說說什么半導(dǎo)體。從材料的角度上看：半導(dǎo)體是指在常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料。像日常生活中的銅線，鋁線是導(dǎo)體，而橡膠之類是絕緣體。從導(dǎo)電性來看：半導(dǎo)體是指一種導(dǎo)電性可控，范圍從絕緣體到導(dǎo)體之間。

　　半導(dǎo)體的四個(gè)特性：

　　半導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)最早可以追溯到1833年，英國(guó)科學(xué)家電子學(xué)之父法拉第最先發(fā)現(xiàn)硫化銀的電阻隨著溫度的變化情況不同于一般金屬，這是半導(dǎo)體現(xiàn)象的首次發(fā)現(xiàn)。

　　法拉第

　　但是對(duì)于半導(dǎo)體的特性的總結(jié)要到了1947年12月才由貝爾實(shí)驗(yàn)室完成。

　　溫度上升，電阻下降：半導(dǎo)體的電阻是隨著溫度的上升而降低，但是，一般情況下，金屬的電阻隨溫度升高而增加的。

　　光生伏特效應(yīng)：半導(dǎo)體和電解質(zhì)接觸形成的結(jié)，在光照下會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電壓。

　　光電導(dǎo)效應(yīng)：半導(dǎo)體在光照的情況下，會(huì)增加導(dǎo)電性。

　　整流效應(yīng)：半導(dǎo)體的導(dǎo)電性具有方向性，和所加的電場(chǎng)的方向有關(guān)。在半導(dǎo)體的兩端加一個(gè)正向電壓，它是導(dǎo)通的;如果把電壓極性反過來，它就不導(dǎo)電。

　　最初的王者并不是硅

　　在半導(dǎo)體芯片的早期，硅并不是主角，鍺才是。第一個(gè)晶體管是鍺基晶體管，而且第一個(gè)集成電路芯片是鍺芯片。

　　鍺

　　第一個(gè)晶體管是由巴丁和布拉頓發(fā)明的，他們發(fā)明的是雙極晶體管(BJT)，第一個(gè)P/N結(jié)二極管是由肖克利發(fā)明的，而且，肖克利設(shè)計(jì)的這種結(jié)型立即成了BJT的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，并服役至今。他們?nèi)齻€(gè)也在1956年獲得了當(dāng)年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

　　肖克利，巴頓，布拉頓

　　晶體管可以簡(jiǎn)單地理解為一種微型的開關(guān)，根據(jù)半導(dǎo)體的特性，在半導(dǎo)體中摻入磷元素可以形成N型半導(dǎo)體，摻入硼元素可以形成P型半導(dǎo)體。而N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體進(jìn)行組合，就形成了電子芯片當(dāng)中的重要結(jié)構(gòu)--PN結(jié);這樣就可以完成特定的邏輯運(yùn)算(比如與門、或門、非門等等)

　　不過鍺，有些很不好解決的問題，諸如，半導(dǎo)體的界面缺陷很多，熱穩(wěn)定性不好，氧化物不夠致密。而且，鍺是一種稀有元素，在地殼中的含量?jī)H為一百萬(wàn)分之七，鍺礦分布還非常分散。正是由于鍺非常稀少，分布不集中，導(dǎo)致鍺的原材料成本居高不下;物以稀為貴，原料成本高，鍺晶體管也便宜不到哪兒去，所以鍺晶體管很難大規(guī)模生產(chǎn)。

　　所以，研究者，將研究的目光往上跳了一級(jí)，看中了硅元素。可以這樣說鍺所有的先天不足都是硅的先天優(yōu)勢(shì)。

　　硅是僅次于氧第二豐富的元素，但是你基本上無法在自然界找到硅單質(zhì)，其最常見的化合物是二氧化硅和硅酸鹽。而其中二氧化硅又是沙子的主要成分之一。此外，長(zhǎng)石、花崗石、石英等化合物都是基于硅-氧化合物。

　　硅的熱穩(wěn)定性不錯(cuò)，有著致密、高介電常數(shù)的氧化物，可以輕易制備出界面缺陷極少的硅-氧化硅界面。

　　氧化硅不溶于水(氧化鍺溶于水)，也不溶于大多數(shù)的酸，這簡(jiǎn)直是和印刷電路板的腐蝕印刷技術(shù)一拍即合。結(jié)合的產(chǎn)物，就是延續(xù)至今的集成電路平面工藝。

　　硅晶柱

　　硅的上位歷程

　　創(chuàng)業(yè)失敗：據(jù)說，肖克利這是看到了當(dāng)時(shí)還沒有人成功制作出硅晶體管，有著巨大的市場(chǎng)機(jī)會(huì);所以在1956年，他才離開貝爾實(shí)驗(yàn)室，去加州創(chuàng)辦自己的公司。可惜的是，肖克利并不是一個(gè)好的企業(yè)家，企業(yè)管理的水平和他的學(xué)術(shù)水平相比就是一個(gè)傻子。所以肖克利本人沒有完成硅替代鍺的宏愿，他的后半生的舞臺(tái)是斯坦福大學(xué)的講臺(tái)。在成立一年之后，他所招募的八個(gè)有才華的年輕人集體叛變了他，而硅替代鍺的宏愿，也將由“八叛徒”完成。

　　硅晶體管的興起

　　在“八叛徒”創(chuàng)建仙童半導(dǎo)體公司之前，當(dāng)時(shí)，鍺晶體管是晶體管市場(chǎng)的絕對(duì)主流，1957年美國(guó)制造了近3000萬(wàn)個(gè)晶體管，硅晶體管僅有100萬(wàn)個(gè)，鍺晶體管有近2900萬(wàn)個(gè)。德州儀器憑借20%的市場(chǎng)份額，成為晶體管市場(chǎng)的巨頭。

　　八叛徒和仙童半導(dǎo)體公司

　　市場(chǎng)上最大的客戶美國(guó)政府和軍方，他們想將芯片大量運(yùn)用在火箭和導(dǎo)彈上，增大寶貴的發(fā)射負(fù)荷，提高控制終端的可靠性。但晶體管也將面臨高溫、劇烈振動(dòng)導(dǎo)致的惡劣工作環(huán)境。

　　在溫度方面，鍺首先敗下陣來：鍺晶體管能耐受的溫度只有80℃，而軍方的要求是在200℃也能穩(wěn)定運(yùn)行。能扛住這個(gè)溫度的，也只有硅晶體管了。

　　傳統(tǒng)的硅晶體管

　　仙童發(fā)明了硅晶體管的制作工藝，使得硅晶體管的制造變得和印刷書籍一樣簡(jiǎn)單，高效，而且在價(jià)格方面比鍺晶體管便宜很多。仙童的硅晶體管的制作流程大致如下：

　　首先，手工畫出布局圖，圖有時(shí)大到能占一面墻，然后把圖拍攝下來，縮小成一張小小的透光片，透光片往往有兩道三張，每張代表一層電路;

　　其次，在切片打磨光滑的硅片上涂上一層感光材料，用紫外線/激光將透光片上的電路圖案投射到硅片上;

　　第三，透光片上黑暗部分的區(qū)域和線條會(huì)在硅片上留下未曝光的圖案，用酸液清洗這些沒有曝光的圖案，然后加入半導(dǎo)體雜質(zhì)(擴(kuò)散技術(shù))，或者鍍上金屬導(dǎo)體;

　　第四，對(duì)每張透光片重復(fù)上面三個(gè)步驟，可以在硅晶圓上得到大批晶體管，由女工在顯微鏡下切割后連接上導(dǎo)線，然后封裝、測(cè)試、出售。

　　隨著硅晶體管的大量上市，八叛徒創(chuàng)建的仙童公司躋身成為可以和德州儀器這樣的巨頭公司并肩。

　　重要的推手—英特爾

　　真正總結(jié)鍺的統(tǒng)治地位，還是隨后集成電路的發(fā)明。當(dāng)時(shí)有兩條技術(shù)路線，一個(gè)是德州儀器的鍺晶片的集成電路，一個(gè)是仙童公司的硅晶片的集成電路。一開始兩家對(duì)于集成電路的專利的歸屬權(quán)鬧得很兇，不過之后，專利局都承認(rèn)兩家對(duì)于集成電路專利的擁有權(quán)。

　　但是，由于仙童的工藝更加先進(jìn)，成為了集成電路的標(biāo)準(zhǔn)，并持續(xù)的使用至今。后來，集成電路的發(fā)明者---諾伊斯和摩爾定律的提出者—摩爾離開了仙童半導(dǎo)體公司順便說一句他們都是“八叛徒”的成員。他們和格魯夫一起創(chuàng)建了現(xiàn)在世界上最大的半導(dǎo)體芯片公司—Intel。

　　在隨后的發(fā)展中，英特爾公司力推硅芯片。先后擊敗德州儀器、摩托羅拉、IBM等巨頭，成為半導(dǎo)體存儲(chǔ)和CPU領(lǐng)域王者。

　　隨著英特爾成為行業(yè)霸主，硅也徹底終結(jié)鍺，曾經(jīng)圣塔克拉拉谷，也被改稱為“硅谷”。從此在大眾的認(rèn)識(shí)中：硅芯片就等于半導(dǎo)體芯片。

　　雖然，鍺退出芯片領(lǐng)域，但它仍然是一種重要的半導(dǎo)體材料，在其他的領(lǐng)域仍舊有著不可取代的地位。

　　總結(jié)：

　　硅可以取代鍺在芯片上的統(tǒng)治地位，成為當(dāng)下半導(dǎo)體芯片制備的主要材料。不但是硅在物理、化學(xué)性質(zhì)以及在儲(chǔ)量上的優(yōu)勢(shì);還在于人們對(duì)于技術(shù)創(chuàng)新的不斷追求。