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晶圆和芯片的初步认识

作者:九芯电子时间:2022-09-07 14:25:2520次浏览

信息摘要:

最早发明电晶体的,是美国贝尔实验室的威廉.萧克利(William Shockley)、约翰.巴丁(John Bardeen)和华特.布拉顿(Walter Brattain),3 人还因此获得诺贝尔物理奖。萧克利在加州山景市附近创立了美国第一家半导体公司,后来旗下员工开枝散叶,相继在当地成立快捷半导体(Fairchild Semiconductor)、英特尔(Intel)、AMD 等知名的科技公司。由于硅是半导体的主要原料,当地便有了硅谷(Silicon Valley)的称号。...

大家都知道台积电世界第一名的晶圆代工厂,不过,你知道晶圆和芯片到底是什么,又有多重要吗?


认识晶圆和芯片之前,先认识半导体

地球上的各种物质和材料具有不同的导电性,导电效果好的称为“导体”,无法导电的称为“绝缘体”,介于导体和绝缘体之间的就是“半导体”。


在半导体中加入某些杂质,就能改变和控制半导体的导电性,并将它做成电子元件,例如在硅里加入微量的砷、磷或硼,就能制成电晶体,而电晶体是芯片最重要的元件之一。由于硅的物理性质稳定,是最常被使用的半导体材料,近年又研发出第 2 代半导体砷化镓、磷化铟,和第 3 代半导体氮化镓、碳化硅、硒化锌等。


晶圆是用沙子做成的,你相信吗?

自然界中的硅,通常是以二氧化硅或硅酸盐等型态,存在于沙子、土壤和岩石之中,而且硅是地壳中含量仅次于氧的元素,换句话说,自然界里到处都有晶圆的原料。但要取得可以使用的硅,必须用高温还原二氧化硅,把纯硅提炼出来。


硅不是金属,物理性质比较接近于碳,外观是深灰色晶体状,反光的时候带有蓝色,所以看起来象是金属。


晶圆和芯片到底是什么呢?

晶圆(Wafer)是以半导体制成的圆片,过去主要以硅为原料,故也常称为硅晶圆。经过一连串加工程序,就能在晶圆上刻出电路,再切割成许多相当于指甲大小的芯片(Chip),就象是一次做好一大块蛋糕或一大片披萨,再切片贩售。


芯片的正式名称是“积体电路”(Integrated Circuit),简称为 IC,是一种集合电晶体、二极体、电阻器、电容器等元件的小型化电路,主要用来处理数位讯号、逻辑运算和储存资料,简单来说,就象是电子产品的大脑。一片芯片可以容纳数亿个电晶体,可想而知,芯片制造是多么精密的技术。


没有芯片,世界会灭亡!

所有的电子产品都需要芯片,包括电脑及周边设备、通讯产品、消费性电子、汽车工业等。


由于人类对电子产品的依赖度越来越高,而且芯片生产的速度跟不上需求的增加,因此芯片近年来被各国视为“战略物资”。


硅谷的名字是这样来的!

最早发明电晶体的,是美国贝尔实验室的威廉.萧克利(William Shockley)、约翰.巴丁(John Bardeen)和华特.布拉顿(Walter Brattain),3 人还因此获得诺贝尔物理奖。萧克利在加州山景市附近创立了美国第一家半导体公司,后来旗下员工开枝散叶,相继在当地成立快捷半导体(Fairchild Semiconductor)、英特尔(Intel)、AMD 等知名的科技公司。由于硅是半导体的主要原料,当地便有了硅谷(Silicon Valley)的称号。


晶圆和芯片是如何制造的?

1.从沙子里提炼出纯硅


2.将硅制成硅晶棒(过程称为“长晶”)


3.将硅晶棒切片、研磨、抛光,做成晶圆


4.设计 IC 电路/利用光罩技术将电路复制到晶圆上


5.经过测试后进行切割、封装,成为芯片


6.芯片再经过测试,就可以组装到印刷电路板上,再安装至电子产品内


晶圆为什么有不同尺寸?N 奈米又代表什么?

晶圆的尺寸指的是它的直径大小,就跟蛋糕一样。早期的技术只能做出 2~4 寸的晶圆,随着技术进步,逐渐发展出 6 寸、8 寸、12 寸、18 寸,甚至 20 寸以上的晶圆。晶圆越大可以制造出越多芯片,让生产成本降低,但相对需要的技术层级也越高,才能维持一定的良率。


至于我们常听到的 N 奈米,指的是芯片内电晶体的闸极长度,也就是电晶体电流通道的长度,通道越短,耗电量越低,性能就越好。10 奈米以下称为先进制程,12 奈米以上则称为成熟制程,目前台积电已经领先全球研发出 7 奈米、5 奈米、3 奈米制程。




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九芯电子是国内知名的语音芯片方案提供商,专注于语音IC,语音模块,声音IC,录音芯片,语音识别芯片,语音识别模块,音乐芯片,MP3解码芯片研发与语音产品方案设计为基础,面向音频播放、识别方向的人工智能以及集成电路电子为中心的高新技术企业。


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