半导体技术发展史

中文摘要:

自从有人类以来，已经过了上百万年的岁月。社会的进步可以用当时人类使用的器物来代表，从远古的石器时代、到铜器，再进步到铁器时代。现今，以硅为原料的电子元件产值，则超过了以钢为原料的产值，人类的历史因而正式进入了一个新的时代，也就是硅的时代。硅所代表的正是半导体元件，包括记忆元件、微处理机、逻辑元件、光电元件与侦测器等等在内，举凡电视、电话、电脑、电冰箱、汽车，这些半导体元件无时无刻都在为我们服务。

关键字：半导体起源，半超导材料，硅材料，半导体器件，临界参量，半超导技术，半超导技术应用，半导体发展趋势。

Abstract

Since there are human beings, have over millions of years. The progress of the society can be used when humans use objects to represent, bronze from the ancient stone age, the iron age, progress to. Nowadays, electronic components production using silicon as raw material, more than to steel as the raw material production, human history and thus entered a new era, also is the era of silicon. Silicon is representative of the semiconductor components, including memory element, microprocessor, logic components, optoelectronic devices and sensors and so forth, such as television, telephone, computer, refrigerator, car, the semiconductor elements in every hour and moment for our service

Keyword

Semiconductor origin, semi superconducting materials, silicon materials, element semiconductor devices, critical parameters, semi superconducting technology, semi superconducting technology, semiconductor development trend

一、半导体的起源 (4)

（一）硫化银的发明 (4)

（二）电晶体的发明 (4)

（三）积体电路 (5)

二、半导体材料及其结构 (6)

三、半导体技术应用 (7)

（一）半导体照明技术的迅猛发展 (7)

（二）消费类光电子 (8)

（三）汽车光电子市场 (8)

（四）新一代光纤通信技术。 (8)

（五）移动通信技术正在不断朝有利于化合物半导体产品的方向发展。 (8)

四、半导体和集成电路的现状及发展趋势 (9)

(一)半导体材料的发展，现状和趋势 (9)

（二）集成电路的发展趋势 (10)

五、半导体技术发展前景展望 (10)

（一）芯片加工的突破--提高芯片集成度 (10)

（二）降低功耗 (10)

附录A (11)

参考文献 (14)

一、半导体的起源

在二十世纪的近代科学，特别是量子力学发展知道金属材料拥有良好的导电与导热特性，而陶瓷材料则否，性质出来之前，人们对于四周物体的认识仍然属于较为巨观的瞭解，那时已经介于这两者的就是半导体材料

（一）硫化银的发明

英国科学家法拉第(MIChael Faraday，1791~1867)，在电磁学方面拥有许多贡献，但较不为人所知的，则是他在1833年发现的其中一种半导体材料：硫化银，因为它的电阻随着温度上升而降低，当时只觉得这件事有些奇特，并没有激起太大的火花；然而，今天我们已经知道，随着温度的提升，晶格震动越厉害，使得电阻增加，但对半导体而言，温度上升使自由载子的浓度增加，反而有助于导电，这也是半导体一个非常重要的物理性质。

[1]

1874年，德国的布劳恩(Ferdinand Braun，1850~1918)，注意到硫化物的电导率与所加电压的方向有关，这就是半导体的整流作用。但直到1906年，美国电机发明家匹卡(G. W. PICkard，1877~1956)，才发明了第一个固态电子元件：无线电波侦测器(cat’s whisker)，它使用金属与硅或硫化铅相接触所产生的整流功能，来侦测无线电波。在整流理论方面，德国的萧特基(Walter Schottky，1886~1976)在1939年，于「德国物理学报」发表了一篇有关整流理论的重要论文，做了许多推论，他认为金属与半导体间有能障(potential barrier)的存在，其主要贡献就在于精确计算出这个能障的形状与宽度。至于现在为大家所接受的整流理论，则是1942年，由索末菲(Arnold Sommerfeld， 1868~1951)的学生贝特(Hans Bethe，1906~ )所发展出来，他提出的就是热电子发射理论(thermionic emission)，这些具有较高能量的电子，可越过能障到达另一边，其理论也与实验结果较为符合。在半导体领域中，与整流理论同等重要的，就是能带理论。布洛赫(FelixBLOCh，1905~1983)在这方面做出了重要的贡献，其定理是将电子波函数加上了週期性的项，首开能带理论的先河。另一方面，德国人佩尔斯(Rudolf Peierls，) 于1929年，则指出一个几乎完全填满的能带，其电特性可以用一些带正电的电荷来解释，这就是电洞概念的滥觞；他后来提出的微扰理论，解释了能隙(Energy gap)存在。

（二）电晶体的发明

早在1930与1940年代，使用半导体制作固态放大器的想法就持续不绝；第一个有实验结果的放大器是1938年，由波欧(Robert Pohl， 1884~1976)与赫希(Rudolf Hilsch)所做的，使用的是溴化钾晶体与钨丝做成的闸极，尽管其操作频率只有一赫兹，并无实际用途，却证明了类似真空管的固态三端子元件的实用性。[1]

二次大战后，美国的贝尔实验室(Bell Lab)，决定要进行一个半导体方面的计画，目标自然是想做出固态放大器，它们在1945年7月，成立了固态物理的研究部门，经理正是萧克莱(William Shockley， 1910~1989)与摩根(Stanley Morgan)。由于使用场效应

(field effect)来改变电导的许多实验都失败了，巴丁(John Bardeen，1908~1991)推定是因为半导体具有表面态(surface state)的关系，为了避开表面态的问题，1947年11月17日，巴丁与布莱登(Walter Brattain 1902~1987)在硅表面滴上水滴，用涂了蜡的钨丝与硅接触，再加上一伏特的电压，发现流经接点的电流增加了！但若想得到足够的功率放大，相邻两接触点的距离要接近到千分之二英吋以下。12月16日，布莱登用一块三角形塑胶，在塑胶角上贴上金箔，然后用刀片切开一条细缝，形成了两个距离很近的电极，其中，加正电压的称为射极

(emitter)，负电压的称为集极 (collector)，塑胶下方接触的锗晶体就是基极 (base)，构成第一个点接触电晶体 (point contact transistor)，1947年12月23日，他们更进一步使用点接触电晶体制作出一个语音放大器，该日因而成为电晶体正式发明的重大日子。

另一方面，就在点接触电晶体发明整整一个月后，萧克莱想到使用p-n接面来制作接面电晶体 (junction transistor) 的方法，在萧克莱的构想中，使用半导体两边的n型层来取代点接触电晶体的金属针，藉由调节中间p型层的电压，就能调控电子或电洞的流动，这是一种进步很多的电晶体，也称为双极型电晶体

(bipolar transistor)，但以当时的技术，还无法实际制作出来。

电晶体的确是由于科学发明而创造出来的一个新元件，但是工业界在1950年代为了生产电晶体，却碰到许多困难。1951年，西方电器公司（Western ElectrIC）开始生产商用的锗接点电晶体，1952年4月，西方电器、雷神(Raytheon)、美国无线电(RCA与奇异(GE)等公司，则生产出商用的双极型电晶体。但直到1954年5月，第一颗以硅做成的电晶体才由美国德州仪器公司(Texas Instruments)开发成功；约在同时，利用气体扩散来把杂质掺入半导体的技术也由贝尔实验室与奇异公司研发出来；在1957年底，各界已制造出六百种以上不同形式的电晶体，使用于包括无线电、收音机、电子计算机甚至助听器等等电子产品。

早期制造出来的电晶体均属于高台式的结构。1958年，快捷半导体公司 (Fairchild SemIConductor)发展出平面工艺技术(planar technology)，藉着氧化、黄光微影、蚀刻、金属蒸镀等技巧，可以很容易地在硅晶片的同一面制作半导体元件。1960年，磊晶(epitaxy)技术也由贝尔实验室发展出来了。至此，半导体工业获得了可以批次(batch)生产的能力，终于站稳脚步，开始快速成长。

（三）积体电路

积体电路就是把许多分立元件制作在同一个半导体晶片上所形成的电路，早在1952年，英国的杜默 (Geoffrey W. A. Dummer) 就提出积体电路的构想。1958年9月12日，德州仪器公司(Texas Instruments)的基尔比 (Jack Kilby， 1923~2005)，细心地切了一

块锗作为电阻，再用一块pn接面做为电容，制造出一个震荡器的电路，并在1964年获得专利，首度证明了可以在同一块半导体晶片上能包含不同的元件。1964年，快捷半导体(Fairchild SemIConductor)的诺宜斯(Robert Noyce，1927~1990)，则使用平面工艺方法，即藉着蒸镀金属、微影、蚀刻等方式，解决了积体电路中，不同元件间导线连结的问题。

[1]

二、半导体材料及其结构

当今，以半导体材料为芯片的各种产品已广泛进入人们的生活生产中，电视机，电子计算机，电子表等等，半导体材料为什么会拥有如此巨大的应用，我们需要从半导体材料的概念和特性开始了解。

半导体材料（semiconductormaterial）是导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。半导体材料是一类具有半导体性能、可用来制作半导体器件和集成电的电子材料，其电导率在10（U-3）～10（U-9）欧姆/厘米范围内。在某些情况下，半导体具有导电的性质。首先，一般的半导体材料的电导率随温度的升高迅速增大，各种热敏电阻的开发就是利用了这个特性；其次，杂质掺入对半导体的性质起着决定性的作用，他们可使半导体的特性多样化，使得PN结形成，进而制作各种二极管和三极管；再次，半导体的电学性质回因光照引起变化，光敏电阻随之诞生；一些半导体具有较强的温差效应，可以利用它制作半导体制冷剂等；化合物半导体还具有超高速，低功耗，多功能，抗辐射等特性，在智能化，光纤通信等领域具有广泛运用；半导体基片可以实现原器件集中制作在一个芯片上，于是产生了各种规模的集成电路，正是由于半导体材料的各种各样的特性使得半导体材料拥有多种多样的用途，在科技发展和人们的生活中起到十分重要的作用[2,3]

图1：主要的元素和化合物半导体【4】

金刚石结构是一种由相同原子构成的复式晶格，它是由两个面心立方晶格沿立方对称晶胞的体对角线错开1/4长度套构而成。常见的半导体中Ge，Si，α-Sn（灰锡）都属于这种晶格。[1,2,5]

类金刚石结构：GaAs，InSb，GaP等化合物晶体的晶格是由两种不同原子组成的面心立方晶格套构而成的，称为类金刚石结构或闪锌矿结构，显然闪锌矿不再具有反演中心。[1,2,5]

半导体技术和半导体器件的发展依赖干半导体材料。正像半导体器件是整机的基础一样,半导体材料是半导体器件的基础。因此深人地了解正确地估价科学地应用半导体材料,对于半导体技术的发展至关重要。硅材料仍为半导体器件的主要材料,硅在半导体材料中所占比例超过90 %。目前硅材料向大直径(已有10 ~ 12 英寸的大圆片)和高均匀方向发展以满足VLSI 的要求,也向无缺陷高完整性方向发展以满足大功率等分立器件的需要。目前我国硅材料的产量不到全球的1%,圆片直径尚未突破5英寸技术,与我国国力极不相称。GaAs材料主要用于微波毫米波器件及其电路、光电器件和超高速电路等领域。国外能制备出直径达10mm 的GaAs单晶。日本的GaAS单晶的产量达18 吨,美国的达10.4 吨(均为1989年的GaAs材料的发展方向是大直径、高纯度的高完整。我国从事Ga As材料的研制单位近十家,可拉制出3一4英寸单晶,但产量很少,品质不高。[4]

三、半导体技术应用

（一）半导体照明技术的迅猛发展。

基于半导体发光二极管 (LED) 的半导体光源具有体积小、发热量低、耗电量小、寿命长、反应速度快、环保、耐冲击不易破、废弃物可回收，没有污染，可平面封装、易开发成轻薄短小产品等优点，具有重大的经济技术价值和市场前景。特别是基于 LED 的半导体照明产品具有高效节能、绿色环保优点，在全球能源资源相当有限和保护环境可持续发展的双重背景下，将在世界范围内引发一场划时代的照明革命，成为继白炽灯，荧光灯之后的新一代电光源，进入到千家万户。目前LED已广泛用于大屏幕显示、交通信号灯、手机背光源等，开始应用于城市夜景美化亮化、景观灯、地灯、手电筒、指示牌等，随着单个LED亮度和发光效率的提高，即将进入普通室内照明、台灯、笔记本电脑背光源、LCD 显示器背光源等，因而具有广阔的应用前景和巨大的商机。 2001年，白光二极管的使用量有2亿个，2002年有6亿个的使用量，2003年急速扩大到12亿个，从2004年开始，还会有更为可观的市场规模突破。[6,7]

（二）消费类光电子

消费类光电子，光存贮、数字电视以及全球家用电子产品装备无线控制和数据连接的比例越来越高，音视频装置日益无线化。再加上笔记本电脑的普及，这类产品的市场为化合物半导体产品的应用带来了庞大的新市[7]

（三）汽车光电子市场

汽车光电子市场，目前汽车防撞雷达己在很多高档车上得到了实用，将来肯定会越来越普及。由于汽车防撞雷达一般工作在毫米波段，所以肯定离不开砷化镓甚至磷化铟，它的中频部分才会用到锗硅，由于全球汽车工业十分庞大，所以这是一个早晚必定会发生的巨大市场。[7]

（四）新一代光纤通信技术。

新一代的40Gbps光通信设备不久肯定会开始装备，4OGbps的光通信设备会代替25Gbps设备投入大量使用。而这些设备中将大量使用磷化铟、砷化镓、锗硅等化合物半导体集成电路。

（五）移动通信技术正在不断朝有利于化合物半导体产品的方向发展。

移动通信技术正在不断朝有利于化合物半导体产品的方向发展。目前二代半 (25G) 技术成为移动通信技术的主流，同时正在逐渐向第三代 (3G) 过渡。由于二代半技术对功放的效率和散热有更高的要求，所以这对砷化镓器件有利。3G 技术要求更高的工作频率，更宽的带宽和高线性，这也是对砷化镓和锗硅技术有利的。目前第四代(4G)的概念己明确提出来了。4G技术对手机有更高要求。它要求手机在楼内可接入无线局域网(WLAN)，即可工作到2.4GHz和5.8GHz，在室外可在二代、二代半、三代等任意制式下工作。因此这是一种多功能、多频段、多模式的移动终端。从系统小巧来说，当然会希望实现单芯片集成(SOC)，但单一的硅技术无法在那么多功能和模式上都达到性能最优。要把各种优化性能的功能集成在一起，只能用系统级封装 (SIP)，即在同一封装中用硅、锗硅、砷化镓等不同工艺来优化实现不同功能，这就为砷化镓的不断发挥优势带来了新的发展前景。[7,10]

四、半导体和集成电路的现状及发展趋势

(一)半导体材料的发展，现状和趋势

1.第一代的半导体材料：以硅（包括锗）材料为主元素半导体

2.第二代半导体材料：以砷化镓（GaAs）为代表的第二代化合物半导体材料

3.第三代半导体材料：氮化物（包括SiC、ZnO等宽禁带半导体）第三代半导体器件由于它们的独特的优点，在国防建设和国民经济上有很重要的应用，前景无限。

4.下一代半导体材料：2010年10月4日，诺贝尔物理学奖揭晓，获奖者是英国曼彻斯特大学物理和天文学院的Andre Geim和Konstantin Novoselov，获奖理由为“二维空间材料石墨烯（graphene）方面的开创性实验”。单层石墨烯强度大，耐高温，电阻小，有希望成为代替硅锗材料的下一代半导体材料。[5-9]

半导体加工已深深进入纳米时代，不仅正转向65nm，而且已在着手开发45、32nm技术。使用碳纳米管材料的新器件和使用纳米加工技术的光元件正在开发之中。AV设备、PC 和通信/网络正在融合，诸多数字设备进入了可以相互连接的时代。移动电话的多功能化及和PC融合，可望出现手持设备。这为半导体开拓了新的应用。一句话，半导体业已进入成熟期，经营困难，发展趋缓都是必然的。综观世界电子工业的发展，大致是15年一大变。

1970~85年是计算机时代，以IBM为代表从大型机、小型机到PC，获利丰厚，发展迅速，但近年发展趋缓

1985~2000年是半导体时代，以Intel、三星、东芝等为代表，活力四射，盈余耀眼，期间半导体产业增长近20倍，达到2000亿美元，到2000年以前的50年间，世界半导体业的年平均增长速度为13%，而2000年以后已降到个位数，公司利润下降；2000~2015年将是电子材料的时代，电子材料成为各种数字化器材的核心，目前公司经营利润都在10%~20%之间，前景看好。

集成电路产业的发展是市场牵引和技术推动的结果。集成电路根本的生命力在于它可以大批量、低成本和高可靠地生产。这就决定了集成电路产业的建设必须首先考虑整机和系统应用的发展，即市场的需求。

目前，芯片制造技术上采用更大尺寸的硅晶片(300 mm)；采用铜线互连技术替代铝线技术；进一步缩小芯片内部特征尺寸(采用90 nm甚至65 nm的制造技术)。

今日半导体产业的驱动力有：一方面是LED液晶电视、LED照明和iPad平板电脑等便携产品的加速发展和上市;另一方面是新兴市场对数字电子产品的殷切需求;再是工业先

进国家对“环保/节电”、“安全”、“健康”等的热心追求。这些都是今后世界半导体业的前进引擎。

（二）集成电路的发展趋势

集成电路已进人超深亚微米时代，体硅CMOS的批量生产已采用90 nm工艺、300 mm 晶圆；65nm工艺也即将量产化；集成电路的发展仍以继续追求高频、高速、高集成度、多功能、低功耗为目标。[10]

1、器件的特征尺寸继续缩小

2、集成电路与其它学科结合诞生新的技术和产业增长点

3、材料、新结构、新器件不断涌现不断提高性价比是集成电路产品迅速发展的动力。

五、半导体技术发展前景展望

（一）芯片加工的突破--提高芯片集成度

半导体技术的发展中有着这样一条定律：所有的半导体部件尺寸在18-24个月之内将缩小1个数量级。这就是著名的摩尔定律。要想完成如此快速的更新换代，无疑对芯片的加工技术提出了高要求。比如著名的Intel公司，已经可以用22nm的技术生产cpu，大大的提高了单位面积上半导体晶体管的数量，也就是对等的提高了运算能力，降低了功耗。而该公司也有望在2014年将制造工艺提高到16nm，在2016年左右提高到11nm。这必然推动pc业甚至整个社会的发展。我们拭目以待。[11,12]

（二）降低功耗

芯片中晶体管的最重要特性是它们的开关特性。开关特性的好坏取决于它们能否在“开”的状态下让电流尽可能大地流过，而在“关”的状态下则完全切断电流。事实上，目前晶体管的开关特性还无法达到这个理论上的开关特性。为了尽量提高晶体管的工作效率，降低晶体管的能耗，人们正在研究提高晶体管开关特性的新技术，如有助于大幅提高晶体管电流切断的SOI（绝缘体上覆硅）技术和有助于晶体管在“开”的状态下大幅提高电流速度的“硅拉伸”技术。[11,12]

附录A

2000年至今在半导体业中发生的重要事例：(统计到2012.07.30)

A1、2000年

A1.1全球半导体销售额首次跃过2000亿美元,增长率达37%

A1.2主流工艺技术达0.13微米,开始由铜引线替代铝引线

A1.31999年由SiemensAG半导体部剥离成立InfineonTechnologiesAG

A1.4 1999年NEC与日立的存储器部合并于2000年取名尔必达Elpida

A1.5台积电开建第一座12英寸晶园厂

A1.6英特尔以303亿美元居第一，全球模拟IC销售额达303亿美元，增长37％，DRAM 以265亿美元增长28.4％及NAND闪存以113亿美元,增长148％

A2、2001年

A2.1、互联网泡沫破裂，硅谷是一片哀鸿遍野,半导体处于下降周期

A2.2、1999年现代半导体合并LGSemiconductor,于2001年取名Hynix

A2.3、TI的12英寸晶园厂开始投产

A3、2002年

A3.1、英特尔第一条12英寸生,产线DIC于俄勒冈州量产,采用0.09微米技术

A3.2、日本SELETE成立，由NEC等11家公司合资，它与三家日本掩模公司(大日本印刷,凸版印刷和HOYA及三家电子束曝光设备厂(日立高科技，日本电子和东芝机械)共同开发70nm工艺及设备，计划2004年达到实用水平

A4、2003年

A4.1、日立半导体与三菱半导体合并取名瑞萨半导体Renesas

A4.2、尔必达兼并三菱存储器部

A4.3、Spansion飞索半导体由AMD与富士通的闪存部门合并是全球最大NOR闪存制造商英特尔决定放弃157nm光刻机开发，而采用193nm的氟化氩激光器，浸液式技术,预计可达45nm。预计4.浸液式光刻机的样机于2004年推出

A5、2004年

A5.1、2004Q4全球12英寸硅片占总产能的11.1％,2005Q4占17.6％及2006Q3占26.1％。表明12英寸硅片开始进入主流地位，但未能超过8英寸硅片。

A5.2、Freescale成立,从Motorola的半导体部剥离出来

A6、2005年

A6.1、全球半导体材料市场为140亿美元，2004年上升22.2%为130亿美元

A6.2、1999年从HP剥离的Agilent依26.6亿美元将芯片制造部出售给两家私募基金公司

A6.3、中芯国际以2.6亿美元股权交换天津Motorola的MOS-17

A6.4、日本Toppan兼并DuPont的掩模制造部

A7、2006年

A7.1、 NXP成立，从Philips半导体剥离出来

A7.2、奇梦达Qimonda诞生,由Infineon的存储器部剥离

A7.3、AMD化54亿美元兼并全球第二大显示芯片制造商ATI

A7.4.、安华高Avago全球最大的非上市独立半导体公司，由2005年Agilent以26.6亿美元出售给两家私募基金公司后改名

A7.5、三星,IBM和特许半导体为高通生产第一片90nm的处理器芯片

A8、2007年

A8.1、2007年英特尔开发高k金属栅HKMG工艺，将摩尔定律又延伸十年

A8.2、三星发伟50nm的16GbNAND闪存，同时60nm的DRAM量产

A9、2008年

A9.1、2008年Q4开始的全球金融危机，一直持续到2010Q2

A9.2、AMD分折成fabless及代工Globalfoundries

A9.3、 Q4全球金融危机

A9.4、三菱改名Panasonic

A9.5、Rohm罗姆兼并日本Oki的半导体

A9.6、恒忆Numonyx成立，由英特尔的闪存和STMicroelectronics闪存部合并

A10、2009年

A10.1、2009年德国存储器厂奇梦达破产

A10.2、ATIC用39亿美元兼并新加坡特许，后将其并入Globalfoundries中

A10.3、SEMI报道全球各种硅片尺寸生产线在册共有1075条，其中新建45条，一半是LED生产线,关闭16条

A10.4、Panasonic兼并三详Sanyo

A11、2010年

A11.1、 Q2始脱离金融危机半导体业上升

A11.2、据SICAS报告于2010Q1时全球12英寸硅片产能为2479.6万，折合月产能为206.6万片，再换算成8英寸相当于月产464.9万片，占全球总产能每月890万片的52.2％，由此表示12英寸硅片己成主流地位。

A11.3、德仪用18.3亿元兼并中国成芯半导体

A11.4、美光用12.7亿美元兼并NOR大厂恒忆Numoyx

A11.5、美光公司于2005年9月宣布在西安高新区投资2.5亿美元，建立半导体封装测试生产基地。2007年3月项目建成投产，实现年出口额10亿美元。2010年2月，美光公司与西安高新区签约，决定再投资3亿美元建设新产品测试基地。该项目建成后，将形成50亿美元的加工出口能力。

A11.6、英特尔用77亿美元兼并Mcfee

A11.7、瑞萨半导体与NEC半导体合并叫新瑞萨半导体

A11.8、测试仪大厂日本爱德迈Advantest以7.35亿美元兼并Verigy

A12、2011年

A12.1、311日本大地震及泰国洪灾

A12.2、2011年英特尔又开发出3D晶体管工艺

A12.3、德仪用65亿美元兼并国家半导体

A12.4、应用材料用49亿美元兼并离子注入机厂瓦里安Varian

A12.5、Qualcomm用31亿美元兼并Atheros通讯公司

A12.6、Broadcom博通用37亿美元兼并NetLogic

A12.7、半导体设备大厂LamResearch用33亿美元兼并Novellus

A12.8、Fabless厂Xilinx推出世界上最高容量的FPGAVirtex-72000T包含68亿个晶体管，200万个Logic门,采用28nm技术及2.5D封装，由TSMC代工量产

A12.9、谷歌用125亿美元收购摩托洛拉移动

A12.10、苹果的CEO乔布斯去世

A13、2012年

A13.1、英特尔用14亿美元兼并英飞凌的手机芯片部

A13.2、VLSI公布2011年全球半导体设备制造商前十大排名,ASML首次居首，终结了应用材料公司自1991年起连续20年称霸地位

A13.3、日本尔必达提出进入破产程序,美光在竞标中用25亿美元完成兼并

A13.4、折解英特尔的标记为3.3GHzCorei5-3550的IvyBridge处理器芯片，其裸晶面积尺寸为170mm2，小于目前SandyBridgei72600K处理器的208mm2。

A13.5、台湾联发科宣布将用38亿美元兼并晨星，成为全球第四大fabless

A13.6、微软推出surface平板电脑

A13.7、Google推出平板电脑

A13.8、瑞萨电子（RenesasElectronicsCorp.），拟把国内19家半导体厂房当中的10家关闭或出售，将生产重心转移到微控制器。

A13.9、英特尔注资41亿美元于ASML换取15％股份开启芯片制造厂与设备厂合作的新启点

参考文献

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[12]黄旋，黄德欢.微电子技术发展的瓶颈和出路[J].科学，2002（06）

致谢

在论文完成之际，我要特别感谢我的指导老师，在徐老师的热情关怀和悉心指导下。在我撰写论文的过程中，徐老师倾注了大量的心血和汗水，无论是在论文的选题、构思和资料的收集方面，还是在论文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了徐老师悉心细致的教诲和无私的帮助，特别是他广博的学识、深厚的学术素养、严谨的治学精神和一丝不苟的工作作风使我终生受益，在此表示真诚地感谢和深深的谢意。在论文的写作过程中，也得到了许多同学的宝贵建议，同时还到许多在工作过程中许多同事的支持和帮助，在此一并致以诚挚的谢意。感谢所有关心、支持、帮助过我的良师益友。

最后，向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的各位专家表示衷心地感谢！

半导体发展简史

篇名半導體產業作者李鎮宇。市立三民高中。二年六班張傑浩。市立三民高中。二年六班張碩文。市立三民高中。二年六班

壹●前言自從有人類以來，已經過了上百萬年的歲月。社會的進步可以用當時人類使用的器物來代表，從遠古的石器時代、到銅器，再進步到鐵器時代。現今，以矽為原料的電子元件產值，則超過了以鋼為原料的產值，人類的歷史因而正式進入了一個新的時代，也就是矽的時代。矽所代表的正是半導體元件，包括記憶元件、微處理機、邏輯元件、光電元件與偵測器等等在內，舉凡電視、電話、電腦、電冰箱、汽車，這些半導體元件無時無刻都在為我們服務。矽是地殼中最常見的元素，許多石頭的主要成分都是二氧化矽，然而，經過數百道製程做出的積體電路，其價值可達上萬美金；把石頭變成矽晶片的過程是一項點石成金的成就，也是近代科學的奇蹟！在日本，有人把半導體比喻為工業社會的稻米，是近代社會一日不可或缺的。在國防上，惟有紮實的電子工業基礎，才有強大的國防能力，1991年的波斯灣戰爭中，美國已經把新一代電子武器發揮得淋漓盡致。從1970年代以來，美國與日本間發生多次貿易摩擦，但最後在許多項目美國都妥協了，但是為了半導體，雙方均不肯輕易讓步，最後兩國政府慎重其事地簽訂了協議，足證對此事的重視程度，這是因為半導體工業發展的成敗，關係著國家的命脈，不可不慎。在台灣，半導體工業是新竹科學園區的主要支柱，半導體公司也是最賺錢的企業，台灣如果要成為明日的科技矽島，半導體工業是我們必經的途徑。貳●正文半導體的定義與製造流程所謂的半導體，是指在某些情況下，能夠導通電流，而在某些條件下，又具有絕緣體效用的物質；而至於所謂的IC，則是指在一半導體基板上，利用氧化、蝕刻、擴散等方法，將眾多電子電路組成各式二極體、電晶體等電子元件，作在一微小面積上，以完成某一特定邏輯功能（例如：AND、OR、NAND等），進而達成預先設定好的電路功能。隨著技術的進步，在一單一晶片聚集佰萬顆以上電晶體的IC，已非難事。一般而言，一顆IC的完成，通常先後需經過電路設計、光罩製作、晶片製造、晶片封裝和測試檢查等步驟。 IC的上市，挾其輕、薄、短、小、省電、多功能、低成本等特長，席捲大半的半導體市場，成為半導體的主流產品。若按其製程技術來區分，可大略分為Bipolar 和MOS ( Metal Oxide Silicon )二大類。其中Bipolar製程技術發展較早，但集積度

全球和中国半导体产业发展历史和大事记

全球和中国半导体产业发展历史和大事记 1947年，美国贝尔实验室发明了半导体点接触式晶体管，从而开创了人类的硅文明时代。 1956年，我国提出“向科学进军”，根据国外发展电子器件的进程，提出了中国也要研究半导体科学，把半导体技术列为国家四大紧急措施之一。中国科学院应用物理所首先举办了半导体器件短期培训班。请回国的半导体专家黄昆、吴锡九、黄敞、林兰英、王守武、成众志等讲授半导体理论、晶体管制造技术和半导体线路。在五所大学――北京大学、复旦大学、吉林大学、厦门大学和南京大学联合在北京大学开办了半导体物理专业，共同培养第一批半导体人才。培养出了第一批著名的教授：北京大学的黄昆、复旦大学的谢希德、吉林大学的高鼎三。1957年毕业的第一批研究生中有中国科学院院士王阳元（北京大学微电子所所长）、工程院院士许居衍（华晶集团中央研究院院长）和电子工业部总工程师俞忠钰（北方华虹设计公司董事长）。 1957年，北京电子管厂通过还原氧化锗，拉出了锗单晶。中国科学院应用物理研究所和二机部十局第十一所开发锗晶体管。当年，中国相继研制出锗点接触二极管和三极管（即晶体管）。 1958年，美国德州仪器公司和仙童公司各自研制发明了半导体集成电路（IC）之后，发展极为迅猛，从SSI（小规模集成电路）起步，经过MSI（中规模集成电路），发展到LSI（大规模集成电路），然后发展到现在的VLSI（超大规模集成电路）及最近的ULSI（特大规模集成电路），甚至发展到将来的GSI （甚大规模集成电路），届时单片集成电路集成度将超过10亿个元件。 1959年，天津拉制出硅（Si）单晶。 1960年，中科院在北京建立半导体研究所，同年在河北建立工业性专业化研究所――第十三所（河北半导体研究所）。 1962年，天津拉制出砷化镓单晶（GaAs），为研究制备其他化合物半导体打下了基础。 1962年，我国研究制成硅外延工艺，并开始研究采用照相制版，光刻工艺。 1963年，河北省半导体研究所制成硅平面型晶体管。 1964年，河北省半导体研究所研制出硅外延平面型晶体管。 1965年12月，河北半导体研究所召开鉴定会，鉴定了第一批半导体管，并在国内首先鉴定了DTL型（二极管――晶体管逻辑）数字逻辑电路。1966年底，在工厂范围内上海元件五厂鉴定了TTL电路产品。这些小规模双极型数字集成电路主要以与非门为主，还有与非驱动器、与门、或非门、或门、以及与或非电路等。标志着中国已经制成了自己的小规模集成电路。 1968年，组建国营东光电工厂（878厂）、上海无线电十九厂，至1970年建成投产，形成中国IC产业中的“两霸”。 1968年，上海无线电十四厂首家制成PMOS（P型金属－氧化物半导体）电路（MOSIC）。拉开了我国发展MOS电路的序幕，并在七十年代初，永川半导体研究所（现电子第24所）、上无十四厂和北京878厂相继研制成功NMOS电路。之后，又研制成CMOS电路。七十年代初，IC价高利厚，需求巨大，引起了全国建设IC生产企业的热潮，共有四十多家集成电路工厂建成，四机部所属厂有749厂（永红器材厂）、871（天光集成电路厂）、878（东光电工厂）、4433厂（风光电工厂）和4435厂

GaN基半导体材料发展历史和现状

GaN基半导体材料发展历史和现状 20世纪90年代中期，日本日亚化学公司的Nakamura等人经过不懈努力突破了制造蓝光LED的关键技术。GaN基蓝色LED的出现，大大扩展了LED的应用领域，从此掀开了第三代半导体材料GaN基半导体照明的革命。 GaN材料具有许多Si基半导体材料所不具备的优异性能，具有禁带宽度大、高电子漂移饱和速度、导热性能好、化学稳定性高等优点,比较适合用于雷达、导弹、通信、潜艇、航空航天及石油、化工、钻探、核电站等领域的电子设备,对于抗辐射、耐高温、高频、微波、大功率器件,尤其是利用其大的禁带宽度制作的蓝色、绿色、紫外发光器件和光探测器件,具有极大地发展空间和广阔的应用市场GaN半导体材料。衬底材料的选择 [1]结构特性好，外延材料与衬底的晶体结构相同或相近、晶格常数失配度小、结晶性能好、缺陷密度小； [2]界面特性好，有利于外延材料成核且黏附性强； [3]化学稳定性好，在外延生长的温度和气氛中不容易分解和腐蚀； [4]热学性能好，包括导热性好和热失配度小； [5]导电性好，能制成上下结构； [6]光学性能好，制作的器件所发出的光被衬底吸收小； [7]机械性能好，器件容易加工，包括减薄、抛光和切割等； [8]价格低廉； [9]大尺寸，一般要求直径不小于2英吋。 GaN器件目前存在的问题 GaN材料折射率（2.5），高于蓝宝石衬底（1.7）以及外部封装树脂（1.5） Snell定律è临界角23度有源区产生的光子在GaN 上下界面发生多次全反射，严重降低器件的光提取效率。大量不能出射的光转化为热能，提高节温，加剧晶格振动，影响内部量子效率，降低寿命。提高外量子效率的方法在p 型GaN材料或铟锡氧化物（ITO）层表面制作二维结构来提高器件的光提取效率；在蓝宝石衬底的底面制作类似透镜阵列的结构来提高底面的光提取效率；在蓝宝石衬底制作二维结构，然后生长GaN材料制作成器件。patterned sapphire substrates 研究表明，第三种方法同时具有提高内量子效率和提取效率的效果。相对于普通蓝宝石衬底，在PSS衬底上生长氮化镓外延层可以减少外延缺陷，外延层晶体质量明显提高。另外，当光从外延层进入图形衬底时，会形成反射，从而改善GaN基发光二极管出光率。

半导体材料的历史现状及研究进展(精)

半导体材料的研究进展摘要:随着全球科技的快速发展,当今世界已经进入了信息时代,作为信息领域的命脉,光电子技术和微电子技术无疑成为了科技发展的焦点。半导体材料凭借着自身的性能特点也在迅速地扩大着它的使用领域。本文重点对半导体材料的发展历程、性能、种类和主要的半导体材料进行了讨论,并对半导体硅材料应用概况及其发展趋势作了概述。关键词:半导体材料、性能、种类、应用概况、发展趋势一、半导体材料的发展历程半导体材料从发现到发展,从使用到创新,拥有这一段长久的历史。宰二十世纪初,就曾出现过点接触矿石检波器。1930年,氧化亚铜整流器制造成功并得到广泛应用,是半导体材料开始受到重视。1947年锗点接触三极管制成,成为半导体的研究成果的重大突破。50年代末,薄膜生长激素的开发和集成电路的发明,是的微电子技术得到进一步发展。60年代,砷化镓材料制成半导体激光器,固溶体半导体此阿里奥在红外线方面的研究发展,半导体材料的应用得到扩展。1969年超晶格概念的提出和超晶格量子阱的研制成功,是的半导体器件的设计与制造从杂志工程发展到能带工程,将半导体材料的研究和应用推向了一个新的领域。90年代以来随着移动通信技术的飞速发展,砷化镓和磷化烟等半导体材料成为焦点,用于制作高速高频大功率激发光电子器件等;近些年,新型半导体材料的研究得到突破,以氮化镓为代表的先进半导体材料开始体现出超强优越性,被称为IT产业的新发动机。新型半导体材料的研究和突破,常常导致新的技术革命和新兴产业的发展.以氮化镓为代表的第三代半导体材料,是继第一代半导体材料(以硅基半导体为代表和第二代半导体材料(以砷化镓和磷化铟为代表之后,在近10年发展起来的新型宽带半导体材料.作为第一代半导体材料,硅基半导体材料及其集成电路的发展导致了微型计算机的出现和整个计算机产业的飞跃,并广泛应用于信息处理、自动控制等领域,对人类社会的发展起了极大的促进作用.硅基半导体材料虽然在微电子领域得到广泛应用,但硅材料本身间接能带结构的特点限制了其在光电子领域的应用.随着以光

半导体的发展历程

半导体的发展历程半导体（semiconductor），指常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料。材料的导电性是由“传导带”（conduction band）中含有的电子数量决定。当电子从“价带”（valence band）获得能量而跳跃至“导电带”时，电子就可以在带间任意移动而导电。一般半导体材料的能隙约为1至3电子伏特，通过电子传导或空穴传导的方式传输电流。基本简介半导体（semiconductor），指常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料。半导体在收音机、电视机以及测温上有着广泛的应用。无线-潜力大由于智能型手机消费者需求的增加，无线市场目前是半导体应用中，成长扩大速度最快的一个领域。随着智能型手机需求的增加，而朝向无线基地台的普及及网路基本设备的扩展发展。Databeans在该报告中指出，通讯应用的各部门均分成无线市场与有线市场两大类。分类为「无线」的产品包含行动电话(功能型手机，智能型手机)、无线基本设备(行动电话基地台等)、短距离无线(802.11、蓝牙，ZigBee，NFC)、及其他无线(无线电芯片等)部门。将无线市场视为单一部门来看，则该市场规模在半导体领域上，是仅次于计算机市场的第二大市场。2012年预计全球市场的销售额将比前一年增加6%，达到约755亿美金。这是约占半导体全球市场的25%市占率的水准。更进一步来看，无线市场是半导体消费整体市场中成长率最高的部门，预计接下来的五年间，成长率将大于整体市场的成长率。主要特点半导体五大特性∶掺杂性，热敏性，光敏性，负电阻率温度特性，整流特性。 ★在形成晶体结构的半导体中，人为地掺入特定的杂质元素，导电性能具有可控性。 ★在光照和热辐射条件下，其导电性有明显的变化。晶格：晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵，称为晶格。共价键结构：相邻的两个原子的一对最外层电子（即价电子）不但各自围绕自身所属的原子核运动，而且出现在相邻原子所属的轨道上，成为共用电子，构成共价键。电子-模型图自由电子的形成：在常温下，少数的价电子由于热运动获得足够的能量，挣脱共价键的束缚变成为自由电子。空穴：价电子挣脱共价键的束缚变成为自由电子而留下一个空位置称空穴。电子电流：在外加电场的作用下，自由电子产生定向移动，形成电子电流。空穴电流：价电子按一定的方向依次填补空穴（即空穴也产生定向移动），形成空穴电流。本征半导体的电流：电子电流+空穴电流。自由电子和空穴所带电荷极性不同，它们运动方向相反。载流子：运载电荷的粒子称为载流子。导体电的特点：导体导电只有一种载流子，即自由电子导电。本征半导体电的特点：本征半导体有两种载流子，即自由电子和空穴均参与导电。本征激发：半导体在热激发下产生自由电子和空穴的现象称为本征激发。复合：自由电子在运动的过程中如果与空穴相遇就会填补空穴，使两者同时消失，这种现象称为复合。动态平衡：在一定的温度下，本征激发所产生的自由电子与空穴对，与复合的自由电子与空穴对数目相等，达到动态平衡。载流子的浓度与温度的关系：温度一定，本征半导体中载流子的浓度是一定的，并且自由电子与空穴的浓度相等。当温度升高时，热运动加剧，挣脱共价键束缚的自由电子增多，空穴

从半导体材料的发展看科学发展的普遍规律

从半导体材料的发展看科学发展的普遍规律应数11 史益帆 2110908011 在人类文明的进程中，半导体材料的发现和应用无疑是其中值得大书特书的部分。很难想象没有半导体材料的世界会是怎样不同的模样。没有电子计算机，没有便捷的通信和网络，人类文明的发展的速度也会因此放慢许多。无需置疑，半导体材料在现在和将来很长一段时间里都将是科学研究的重要命题。作为这样一种重要的材料，其发展过程同其他许多重大发现一样充满了曲折，但人类的伟大往往在于坚持，也正是这样的曲折见证了科学的精神和智慧的光芒。我将从这段科学的发展谈起，通过半导体材料的发展探索科学发展的普适规律。 “半导体”这个词最早出现在1782年，Alexander Volta在他给伦敦皇家学会会刊的一篇文章中提到“半导体”这个概念。Volta 当时做了一个实验，目的是检验一个充电的静电计在与不同物质接触时的放电情况。通过这种方法，Volta能够区别金属、绝缘体和半导体。早期对于半导体的理解当然是肤浅的，科学家只是停留在表观上，以半导体指代那些导电性介于导体和绝缘体之间的物质。当时也有很多物理学家认为没有必要在半导体上浪费时间，因为当时作为半导体主要研究材料的是Ag2S，由其获得可重复性的实验结论较难，还有人怀疑半导体是否真正存在，有人甚至宣称：研究半

导体意味着科学的自杀。我常常很敬佩那些迎难而上的科学家，尤其是那些在不被多数理解时却依然愿意在自己的科研领域默默耕耘的人。不得不承认，伟大的发现和创意往往在最初不被人看好，半导体并不是唯一遭此命运的一类物质。我们今天熟知的光纤在一开始同样不被人看好，致力于光纤研究的高锟当时还被人称作“疯子”。确实，要想让光纤达到普及，对技术和成本的要求都很高，但其最终的成功却是让世人惊艳的，高锟也最终因此获得了诺贝尔物理学奖。其实，这条规律也不只是在物理学、在科学上适用，在生活的方方面面我们都可以看到，越是走在时代前列的人就越是孤独。因此有人说，要想成为伟大的科学家，最重要的也许不是你的学识智力，而是你的精神，那种耐得住寂寞，安于自己本心而不为外物所干扰的定力。古往今来的事实皆表明，人云亦云只会始终平庸，有勇气独辟蹊径方能成就大业。对半导体有更深一步的认识是在20世纪30年代后期，伴随它的是更先进的检测方法使得对纯度、化学计量比和晶格的精确控制成为可能。这正如光学显微镜、电子显微镜的发明都对各个学科的发展都产生了深远影响一样。中国古人说：工欲善其事，必先利其器。为了使科学中的量化成为可能，精密的测量是不可缺少的。尤

半导体的发展与历史-13页word资料

半导体的历史 2.1 The life before semiconductor 在没有半导体的存在之前,我们的生活会是如何的呢? 这些非常微小的集成电路芯片虽然在我们日常生活中不易被我们发现,不过他们很明确的隐藏在我们的生活周遭: 几乎所有我们使用的电子相关产品,计算机相关组件里都有这些半导体的存在。所以如果我们生活中缺少了这些小东西，可以说是非常的不方便，经济发展也一定受到影响。在1950年代贝尔实验室研究发展出最原始的半导体之前当时的电子设备如同：收音机或是一些影像相关的电子仪器都是使用一种叫做真空管的零件在控制系统中的电子.这些使用真空管的电子仪器成为了日后在地二次世界大战中扮演了极重要的角色的雷达、微波以及导航系统的基石，也完全改变了历史的发展。.真空管也被使用在早期的计算机之中，而且就算到了最近半导体高度发展的社会之中，真空管还使有备使用在电视还high power radio frequency transmitters之中。 2.2 Innovation begins 在第二次世界大战刚结束不久的1947年三位贝尔实验室的科学家的研究使得世界上第一个bipolar transistors 问世, 带领了人类迈向电子仪器还有产品的新纪元。这三位科学家分别是: Jack S.Kilby, William Shockley and Robert

Noyce. Jack S.Kilby 生于1923年于美国Kansas洲,他的父亲是一位amateur radio operator 也因为他父亲的工作性质使得年轻的jack 对于电子相关的领域产生了浓厚的兴趣. 之后随着他的兴趣发展，他就读于University of Illinois并且在1947年毕业,之后在1958年进入了德州仪器工作。当他在德州仪器就义的期间他解决了一个叫做“tyranny of numbers”的问题，他利用一小块germanium 并在接上示波器, 按了一个开关,结果示波器上面显示了连续的sin的波, 这证明了他的集成电路是确实在运作的，也同时表示他解决了这个问题。他的第一项专利是“Solid Circuit made of Germanium”。顺代一题众所皆知的可携带式的电子计算器还有thermal printer都是他60几项的专利之一。. 在1970到1980年代中叶 Jack 在Texas A&M University的电机工程系教书,。不久之后他就离开了德州仪器. 他在2000年的时候荣获了科学界最高的荣耀---诺贝尔对于他所发明的集成电路。五年之后这位伟大的科学家因为癌正而逝世于2005 年。 William Shockley 生于1910年的伦敦，他虽然在英国出生可是他的父母都是美国人，之后他大部分的童年都在美国California渡过; 他在1936年在麻省理工学院获得了他的博士学位。在他获得了博士学位之后他就近入了贝尔实验

半导体材料的发展历史

半导体材料的发展历史 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】

半导体材料的发展历史 1833年，英国法拉第最先发现硫化银的电阻随着温度的变化情况不同于一般金属，一般情况下，金属的电阻随温度升高而增加，但巴拉迪发现硫化银材料的电阻是随着温度的上升而降低。这是半导体现象的首次发现。不久， 1839年法国的贝克莱尔发现半导体和电解质接触形成的结，在光照下会产生一个电压，这就是后来人们熟知的光生伏特效应，这是被发现的半导体的第二个特征。在1874年，德国的布劳恩观察到某些硫化物的电导与所加电场的方向有关，即它的导电有方向性，在它两端加一个正向电压，它是导通的；如果把电压极性反过来，它就不导电，这就是半导体的整流效应，也是半导体所特有的第三种特性。同年，舒斯特又发现了铜与氧化铜的整流效应。 1873年，英国的史密斯发现硒晶体材料在光照下电导增加的光电导效应，这是半导体又一个特有的性质。半导体的这四个效应，虽在1880年以前就先后被发现了，但半导体这个名词大概到1911年才被考尼白格和维斯首次使用。而总结出半导体的这四个特性一直到1947年12月才由贝尔实验室完成。前言自从有人类以来，已经过了上百万年的岁月。社会的进步可以用当时人类使用的器物来代表，从远古的石器时代、到铜器，再进步到铁器时代。现今，以硅为原料的电子元件产值，则超过了以钢为原料的产值，人类的历史因而正式进入了一个新的时代，也就是硅的时代。硅所代表的正是半导体元件，包括记忆元件、微处理机、逻辑元件、光电元件与侦测器等等在内，举凡电视、电话、电脑、电冰箱、汽车，这些半导体元件无时无刻都在为我们服务。硅是地壳中最常见的元素，许多石头的主要成分都是二氧化硅，然而，经过数百道制程做出的积体电路，其价值可达上万美金；把石头变成硅晶片的过程是一项点石成金的成就，也是近代科学的奇迹！在日本，有人把半导体比喻为工业社会的稻米，是近代社会一日不可或缺的。在国防上，惟有扎实的电子工业基础，才有强大的国防能力，1991年的波斯湾战争中，美国已经把新一代电子武器发挥得淋漓尽致。从1970年代以来，美国与日本间发生多次贸易摩擦，但最后在许多项目美国都妥协了，但是为了半导体，双方均不肯轻易让步，最后两国政府慎重其事地签订了协议，足证对此事的重视程度，这是因为半导体工业发展的成败，关系着国家的命脉，不可不慎。在台湾，半导体工业是新竹科学园区的主要支柱，半导体公司也是最赚钱的企业，台湾如果要成为明日的科技硅岛，半导体工业是我们必经的途径。半导体的起源在二十世纪的近代科学，特别是量子力学发展知道金属材料拥有良好的导电与导热特性，而陶瓷材料则否，性质出来之前，人们对于四周物体的认识仍然属于较为巨观的了解，那时已经介于这两者之间的，就是半导体材料。英国科学家法拉第(Michael Faraday，1791~1867)，在电磁学方面拥有许多贡献，但较不为人所知的，则是他在1833年发现的其中一种半导体材料：硫化银，因为它的电阻随着温度上升而降低，当时只觉得这件事有些奇特，并没有激起太大的火花；然而，今天我们已经知道，对于导体来说，随着温度的提升，晶格震动越厉害，使得电阻增加；但对半导体而言，温度上升使自由载子的浓度增加，反而有助于导电，这也是半导体一个非常重要的物理性质。 1874年，德国的布劳恩(Ferdinand Braun，1850~1918)，注意到硫化物的电导率与所加电压的方向有关，这就是半导体的整流作用。但直到1906年，美国电机发明家匹卡，1877~1956)，才发明了第一个固态电子元件：无线电波侦测器(cat’s whisker)，它使用金属与硅或硫化铅相接触所产生的整流功能，来侦测无线电波。在整流理论方面，德国的萧特基(Walter Schottky，1886~1976)在1939年，于「德国物理学报」发表了一篇有关整流理论的重要论文，做了许多推论，他认为金属与半导体间有能障(potential barrier)的存在，其主要贡献就在于精确计算出这个能障的形状与宽度。至于现在为大家所接受的整流理论，则是1942年由索末菲(Arnold Sommerfeld，1868~1951)的学生贝特(Hans Bethe，1906~ )所发展出来，他提出的就是热电子发射理论(thermionic emission)，这些具有较高能量的电子，

半导体材料发展史

1833年，英国巴拉迪最先发现硫化银的电阻随着温度的变化情况不同于一般金属，一般情况下，金属的电阻随温度升高而增加，但巴拉迪发现硫化银材料的电阻是随着温度的上升而降低。这是半导体现象的首次发现。不久， 1839年法国的贝克莱尔发现半导体和电解质接触形成的结，在光照下会产生一个电压，这就是后来人们熟知的光生伏特效应，这是被发现的半导体的第二个特征。在1874年，德国的布劳恩观察到某些硫化物的电导与所加电场的方向有关，即它的导电有方向性，在它两端加一个正向电压，它是导通的；如果把电压极性反过来，它就不导电，这就是半导体的整流效应，也是半导体所特有的第三种特性。同年，舒斯特又发现了铜与氧化铜的整流效应。 1873年，英国的史密斯发现硒晶体材料在光照下电导增加的光电导效应，这是半导体又一个特有的性质。半导体的这四个效应，(jianxia霍尔效应的余绩──四个伴生效应的发现)虽在1880年以前就先后被发现了，但半导体这个名词大概到1911年才被考尼白格和维斯首次使用。而总结出半导体的这四个特性一直到1947年12月才由贝尔实验室完成。前言自从有人类以来，已经过了上百万年的岁月。社会的进步可以用当时人类使用的器物来代表，从远古的石器时代、到铜器，再进步到铁器时代。现今，以硅为原料的电子元件产值，则超过了以钢为原料的产值，人类的历史因而正式进入了一个新的时代，也就是硅的时代。硅所代表的正是半导体元件，包括记忆元件、微处理机、逻辑元件、光电元件与侦测器等等在内，举凡电视、电话、电脑、电冰箱、汽车，这些半导体元件无时无刻都在为我们服务。硅是地壳中最常见的元素，许多石头的主要成分都是二氧化硅，然而，经过数百道制程做出的积体电路，其价值可达上万美金；把石头变成硅晶片的过程是一项点石成金的成就，也是近代科学的奇蹟！在日本，有人把半导体比喻为工业社会的稻米，是近代社会一日不可或缺的。在国防上，惟有扎实的电子工业基础，才有强大的国防能力，1991年的波斯湾战争中，美国已经把新一代电子武器发挥得淋漓尽致。从1970年代以来，美国与日本间发生多次贸易摩擦，但最后在许多项目美国都妥协了，但是为了半导体，双方均不肯轻易让步，最后两国政府慎重其事地签订了协议，足证对此事的重视程度，这是因为半导体工业发展的成败，关系着国家的命脉，不可不慎。在台湾，半导体工业是新竹科学园区的主要支柱，半导体公司也是最赚钱的企业，台湾如果要成为明日的科技硅岛，半导体工业是我们必经的途径。

院士讲材料——半导体材料的发展现状与趋势汇总

主持人：观众朋友，欢迎您来到CETV学术报告厅，最近美国的一家公司生产出一千兆的芯片，它是超微技术发展史上的一个分水岭，个人电脑业的发展，也将步入一个新的历史阶段，对整个信息业来说，它的意义不亚于飞行速度突破音速的极限，当然整个技术上的突破，也要依赖于以硅材料为基础的大规模集成电路的进一步微型化，50年代以来，随着半导体材料的发现与晶体管的发明，以硅为主的半导体材料，成为整个信息社会的支柱，成为微电子、光电子等高技术产业的核心与基础，这个情况，将会持续到下个世纪的中叶，当然，面对更大信息量的需求，硅电子技术也有它的极限，将会出现新的、替补性的半导体材料。关于半导体材料的发展现状与发展趋势，请您收看中国科学院王占国院士的学术报告。王占国：材料已经成为人类历史发展的里程碑，从本世纪的中期开始，硅材料的发现和硅晶体管的发明以及五十年代初期的以硅为基的集成电路的发展，导致了电子工业大革命。今天，因特网、计算机的到户，这与微电子技术的发展是密不可分的，也就是说以硅为基础的微电子技术的发展，彻底地改变了世界的政治、经济的格局，也改变着整个世界军事对抗的形式，同时也深刻影响着人们的生活方式。今天如果没有了计算机，没有了网络，没有了通信，世界会是什么样子，那是可想而知的。从20世纪70年代的初期，石英光纤材料和光学纤维的研制成功，以及GaAs 等Ⅲ-Ⅴ族化合物的材料的研制成功与半导体激光器的发明，使光纤通信成为可能，目前光纤已四通八达。我们知道，每一束光纤，可以传输成千上万甚至上百万路电话，这与激光器的发明以及石英光纤材料、光纤技术的发展是密不可分的。 70年代超晶格概念的提出，新的生长设备，像分子束外延和金属有机化合物化学汽相淀积等技术的发展，以及超晶格、量子阱材料的研制成功，使半导体材料和器件的设计思想发生了彻底的改变。就硅基材料的器件和电路而言，它是靠P型与N型掺杂和PN结技术来制备二极管、晶体管和集成电路的。然而基于超晶格、量子阱材料的器件和电路的性质，则不依赖于杂质行为，而是由能带工程设计决定的。也就是说，材料和器件的光学与电学性质，可以通过能带的设计来实现。设计思想从杂质工程发展到能带工程，以及建立在超晶格、量子阱等半导体微结构材料基础上的新型量子器件，极有可能引发新的技术革命。从微电子技术短短50年的发展历史来看，半导体材料的发展对高速计算、大容量信息通信、存储、处理、电子对抗、武器装备的微型化与智能化和国民经济的发展以及国家的安全等都具有非常重要的意义。现在，我来讲一讲几种重要的半导体材料的发展现状与趋势。我们首先来介绍硅单晶材料。硅单晶材料是现代半导体器件、集成电路和微电子工业的基础。目前微电子的器件和电路，其中有90％到95％都是用硅材料来制作的。根据预测，到2000年底，它的规模将达到60多亿平方英寸，整个硅单晶材料的产量将达到1万吨以上。目前，8英寸的硅片，已大规模地应用于集成电路的生产。到2000年底，或者稍晚一点，这个预计可能会与现在的情况稍微有点不同，有可能完成由8英寸到12英寸的过渡。预计到2007年前后，18英寸的硅片将投入生产。我们知道，直径18英寸相当于45厘米，一个长1米的晶锭就有几百公斤重。那么随着硅单晶材料的进一步发展，是不是存在着一些问题亟待解决呢？我们知道硅单晶材料是从石英的坩埚里面拉出来的，它用石墨作为加热器。所以，来自石英里的二氧化硅中氧以及加热器的碳的污染，使硅材料里面包含着大量的过饱和氧和碳杂质。过饱和氧的污染，随着硅单晶直径的增大，长度的加长，它的分布也变得不均匀；这就是说材料的均匀性就会遇到问题。杂质和缺陷分布的不均匀，会使硅材料在进一步提高电路集成度应用的时候遇到困难。特别是过饱和的氧，在器件和电路的制作过程中，它要发生沉淀，沉淀时的体积要增大，会导致缺陷产生，这将直接影响器件和电路的性能。因此，为了克服这个困难，满足超大规模集成电路的集成度的进一步提高，人们不得不采用硅外延片，就是说在硅的衬底上外延生长的硅薄膜。这样，可以有效地避免氧和碳等杂质的污染，同时也会提高材料的纯度以及掺杂的均匀性。利用外延方法，还可以获得界面非常陡、过渡区非常窄的结，这样对功率器件的研制和集成电路集成度进一步提高都是非常有好处的。这种材料现在的研究现状是6英寸的硅外延片已用于工业的生产，8英寸的硅外延片，也正在从实验室走向工业生产；更大直径的外延设备也正在研制过程中。除此之外，还有一些大功率器件，一些抗辐照的器件和电路等，也需要高纯区熔硅单晶。区熔硅单晶与直拉硅单晶拉制条件是不一样的，它在生长时，不与石英容器接触，材料的纯度可以很高；利用这种材料，采用中子掺杂

半导体材料的历史现状及研究进展(精)

中国半导体产业发展历史大事记

中国半导体产业发展历史大事记 1947年，美国贝尔实验室发明了半导体点接触式晶体管，从而开创了人类的硅文明时代。1956年，我国提出“向科学进军”，根据国外发展电子器件的进程，提出了中国也要研究半导体科学，把半导体技术列为国家四大紧急措施之一。中国科学院应用物理所首先举办了半导体器件短期培训班。请回国的半导体专家黄昆、吴锡九、黄敞、林兰英、王守武、成众志等讲授半导体理论、晶体管制造技术和半导体线路。在五所大学――北京大学、复旦大学、吉林大学、厦门大学和南京大学联合在北京大学开办了半导体物理专业，共同培养第一批半导体人才。培养出了第一批著名的教授：北京大学的黄昆、复旦大学的谢希德、吉林大学的高鼎三。 1957年毕业的第一批研究生中有中国科学院院士王阳元（北京大学微电子所所长）、工程院院士许居衍（华晶集团中央研究院院长）和电子工业部总工程师俞忠钰（北方华虹设计公司董事长）。 1957年，北京电子管厂通过还原氧化锗，拉出了锗单晶。中国科学院应用物理研究所和二机部十局第十一所开发锗晶体管。当年，中国相继研制出锗点接触二极管和三极管（即晶体管）。 1958年，美国德州仪器公司和仙童公司各自研制发明了半导体集成电路（IC）之后，发展极为迅猛，从SSI（小规模集成电路）起步，经过MSI（中规模集成电路），发展到LSI（大规模集成电路），然后发展到现在的VLSI（超大规模集成电路）及最近的ULSI（特大规模集成电路），甚至发展到将来的GSI（甚大规模集成电路），届时单片集成电路集成度将超过10亿个元件。 1959年，天津拉制出硅（Si）单晶。 1960年，中科院在北京建立半导体研究所，同年在河北建立工业性专业化研究所――第十三所（河北半导体研究所）。 1962年，天津拉制出砷化镓单晶（GaAs），为研究制备其他化合物半导体打下了基础。1962年，我国研究制成硅外延工艺，并开始研究采用照相制版，光刻工艺。 1963年，河北省半导体研究所制成硅平面型晶体管。 1964年，河北省半导体研究所研制出硅外延平面型晶体管。 1965年12月，河北半导体研究所召开鉴定会，鉴定了第一批半导体管，并在国内首先鉴定了DTL型（二极管――晶体管逻辑）数字逻辑电路。1966年底，在工厂范围内上海元件五厂鉴定了TTL电路产品。这些小规模双极型数字集成电路主要以与非门为主，还有与非驱动器、与门、或非门、或门、以及与或非电路等。标志着中国已经制成了自己的小规模集成电路。 1968年，组建国营东光电工厂（878厂）、上海无线电十九厂，至1970年建成投产，形成中国IC产业中的“两霸”。 1968年，上海无线电十四厂首家制成PMOS（P型金属－氧化物半导体）电路（MOSIC）。拉开了我国发展MOS电路的序幕，并在七十年代初，永川半导体研究所（现电子第24所）、上无十四厂和北京878厂相继研制成功NMOS电路。之后，又研制成CMOS电路。七十年代初，IC价高利厚，需求巨大，引起了全国建设IC生产企业的热潮，共有四十多家集成电路工厂建成，四机部所属厂有749厂（永红器材厂）、871（天光集成电路厂）、878（东光电工厂）、4433厂（风光电工厂）和4435厂（韶光电工厂）等。各省市所建厂主要有：上海元件五厂、上无七厂、上无十四厂、上无十九厂、苏州半导体厂、常州半导体厂、北京半导体器件二厂、三厂、五厂、六厂、天津半导体（一）厂、航天部西安691厂等等。

半导体技术发展史

中文摘要: 自从有人类以来，已经过了上百万年的岁月。社会的进步可以用当时人类使用的器物来代表，从远古的石器时代、到铜器，再进步到铁器时代。现今，以硅为原料的电子元件产值，则超过了以钢为原料的产值，人类的历史因而正式进入了一个新的时代，也就是硅的时代。硅所代表的正是半导体元件，包括记忆元件、微处理机、逻辑元件、光电元件与侦测器等等在内，举凡电视、电话、电脑、电冰箱、汽车，这些半导体元件无时无刻都在为我们服务。关键字：半导体起源，半超导材料，硅材料，半导体器件，临界参量，半超导技术，半超导技术应用，半导体发展趋势。

Abstract Since there are human beings, have over millions of years. The progress of the society can be used when humans use objects to represent, bronze from the ancient stone age, the iron age, progress to. Nowadays, electronic components production using silicon as raw material, more than to steel as the raw material production, human history and thus entered a new era, also is the era of silicon. Silicon is representative of the semiconductor components, including memory element, microprocessor, logic components, optoelectronic devices and sensors and so forth, such as television, telephone, computer, refrigerator, car, the semiconductor elements in every hour and moment for our service Keyword Semiconductor origin, semi superconducting materials, silicon materials, element semiconductor devices, critical parameters, semi superconducting technology, semi superconducting technology, semiconductor development trend

半导体材料的发展简史

半导体材料的发展简史半导体的发现实际上可以追溯到很久以前，1833年，英国巴拉迪最先发现硫化银的电阻随着温度的变化情况不同于一般金属，一般情况下，金属的电阻随温度升高而增加，但巴拉迪发现硫化银材料的电阻是随着温度的上升而降低。这是半导体现象的首次发现。不久，1839年法国的贝克莱尔发现半导体和电解质接触形成的结，在光照下会产生一个电压，这就是后来人们熟知的光生伏特效应，这是被发现的半导体的第二个特征。1873年，英国的史密斯发现硒晶体材料在光照下电导增加的光电导效应，这是半导体又一个特有的性质。半导体的这四个效应，(jianxia霍尔效应的余绩──四个伴生效应的发现)虽在1880年以前就先后被发现了，但半导体这个名词大概到1911年才被考尼白格和维斯首次使用。而总结出半导体的这四个特性一直到1947年12月才由贝尔实验室完成。在1874年，德国的布劳恩观察到某些硫化物的电导与所加电场的方向有关，即它的导电有方向性，在它两端加一个正向电压，它是导通的；如果把电压极性反过来，它就不导电，这就是半导体的整流效应，也是半导体所特有的第三种特性。同年，舒斯特又发现了铜与氧化铜的整流效应。半导体材料是半导体工业的基础，它的发展对半导体工业的发展具有极大的影响。如果按化学成分及内部结构，半导体材料大致可以分为以下几类：一是元素半导体材料，包括锗(Ge)、硅(Si)、硒(Se)、硼(B)等。20世纪50年代，锗在半导体工业中占主导地位，但锗半导体器件的耐高温和抗辐射性能较差，到20世纪60年代后期逐渐被硅材料取代。用硅制造的半导体器件，耐高温和抗辐射性能较好，特别适宜制作大功率器件。因此，硅已成为应用最多的一种半导体材料，目前的集成电路大多数是用硅材料制造的。二是化合物半导体，它是由两种或两种以上的元素化合而成的半导体材料。它的种类很多，重要的有砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、锑化铟(InSb)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、硫化镉(CdS)等。其中砷化镓是除硅之外研究最深入、应用最广泛的半导体材料。由于砷化镓是一种直接带隙的半导体材料，并且具有禁带宽度宽、电子迁移率高的优点，因而砷化镓材料不仅可直接研制光电子器件，如发光二极管、可见光激光器、近红外激光器、量子阱大功率激光器、红外探测器和高效太阳能电池等，而且在微电子方面，以半绝缘砷化镓(Si-GaAs)为基体，用直接离子注入自对准平面工艺研制的砷化镓高速数字电路、微波单片电路、光电集成电路、低噪声及大功率场效应晶体管，具有速度快、频率高、低功耗和抗辐射等特点。碳化硅由于其抗辐射能力强、耐高温和化学稳定性好，在航天技术领域有着广泛的应用。氮化镓材料是近十年才成为研究热点，它是一种宽禁带半导体材料（Eg＝3.4eV），具有纤锌矿结构的氮化镓属于直接跃迁型

半导体发展简史

半导体发展简史.txt如果背叛是一种勇气，那么接受背叛则需要更大的勇气。爱情是块砖，婚姻是座山。砖不在多，有一块就灵；山不在高，守一生就行。本文由看看搜搜学学贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。半導體產業篇名半導體產業作者李鎮宇。市立三民高中。二年六班張傑浩。市立三民高中。二年六班張碩文。市立三民高中。二年六班 1/7 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version https://www.360docs.net/doc/6f12461182.html, 半導體產業壹●前言自從有人類以來，已經過了上百萬年的歲月。社會的進步可以用當時人類使用的器物來代表，從遠古的石器時代、到銅器，再進步到鐵器時代。現今，以矽為原料的電子元件產值，則超過了以鋼為原料的產值，人類的歷史因而正式進入了一個新的時代，也就是矽的時代。矽所代表的正是半導體元件，包括記憶元件、微處理機、邏輯元件、光電元件與偵測器等等在內，舉凡電視、電話、電腦、電冰箱、汽車，這些半導體元件無時無刻都在為我們服務。矽是地殼中最常見的元素，許多石頭的主要成分都是二氧化矽，然而，經過數百道製程做出的積體電路，其價值可達上萬美金；把石頭變成矽晶片的過程是一項點石成金的成就，也是近代科學的奇蹟！在日本，有人把半導體比喻為工業社會的稻米，是近代社會一日不可或缺的。在國防上，惟有紮實的電子工業基礎，才有強大的國防能力，1991 年的波斯灣戰爭中，美國已經把新一代電子武器發揮得淋漓盡致。從 1970 年代以來，美國與日本間發生多次貿易摩擦，但最後在許多項目美國都妥協了，但是為了半導體，雙方均不肯輕易讓步，最後兩國政府慎重其事地簽訂了協議，足證對此事的重視程度，這是因為半導體工業發展的成敗，關係著國家的命脈，不可不慎。在台灣，半導體工業是新竹科學園區的主要支柱，半導體公司也是最賺錢的企業，台灣如果要成為明日的科技矽島，半導體工業是我們必經的途徑。貳●正文半導體的定義與製造流程所謂的半導體，是指在某些情況下，能夠導通電流，而在某些條件下，又具有絕緣體效用的物質；而至於所謂的 IC，則是指在一半導體基板上，利用氧化、蝕刻、擴散等方法，將眾多電子電路組成各式二極體、電晶體等電子元件，作在一微小面積上，以完成某一特定邏輯功能（例如：AND、OR、NAND 等），進而達成預先設定好的電路功能。隨著技術的進步，在一單一晶片聚集佰萬顆以上電晶體的IC，已非難事。一般而言，一顆 IC 的完成，通常先後需經過電路設計、光罩製作、晶片製造、晶片封裝和測試檢查等步驟。 IC 的上市，挾其輕、薄、短、小、省電、多功能、低成本等特長，席捲大半的半導體市場，成為半導體的主流產品。若按其製程技術來區分，可大略分為 Bipolar 和 MOS ( Metal Oxide Silicon )二大類。其中 Bipolar 製程技術發展較早，但集積度 2/7 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version https://www.360docs.net/doc/6f12461182.html, 半導體產業較低且較耗電，除少數特定用途需較快工作速度和耐較高電壓的場合外；MOS 製程的產品已攻佔了絕大多數的應用市場。二、半導體的起源與電晶體的發明在二十世紀的近代科學，特別是量子力學發展知道金屬材料擁有良好的導電與導熱特性，而陶瓷材料則否，性質出來之前，人們對於四周物體的認識仍然屬於較為巨觀的瞭解，那時已經介於這兩者之間的，就是半導體材料。英國科學家法拉第(Michael Faraday， 1791~1867)，在電磁學方面擁有許多貢獻，但較不為人所知的，則是他在 1833 年發現的其中一種半導體材料：