半导体、芯片、集成电路、无尘车间具体释义及区别

前面写的题外话：

电子元件是电子元件和小型机器仪器的组成部分，通常由多个部件组成，可用于类似产品；通常是指电气、无线电、仪器等行业的部分部件，是电容器、晶体管、导线、发条等电子设备的总称。常见的有二极管等。电子元件的发展历史实际上是一个集中的电子发展历史。电子技术是19世纪末和20世纪初发展起来的一种新兴技术。20世纪发展最快、应用最广泛，已成为现代科技发展的重要象征。

电子元件包括：电阻、电容、电感、电位器、电子管、散热器、机电元件、连接器、半导体分离器件、电声器件、激光器件、电子显示器、光电器件、传感器、电源、开关、微电机、电子变压器、继电器、印刷电路板、集成电路、各种电路、压电、晶体、石英、陶瓷磁性材料、印刷电路基板、电子功能工艺专用材料、电子胶（带）产品、电子化学材料及部件等。电子元件在质量方面在世界上都有欧盟CE认证，美国UL德国认证VDE和TUV以及中国的CQC国内外认证等认证，以保证元器件的合格。

一、半导体标题

半导体具体是指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，半导体在集成电路、消费电子、通信系统、光伏发电、照明、大功率电源转换等领域都有应用，如二极管就是采用半导体制作的器件。

1.半导体的物理定义

固体、液体、气体、等离子体等各种形式的物质存在。我们通常称导电性差的材料，如煤、人工晶体、琥珀、陶瓷等，称为绝缘体。金、银、铜、铁、锡、铝等导电性好的金属被称为导体。介于导体和绝缘体之间的材料可以简单地称为半导体。与导体和绝缘体相比，半导体材料的发现是最新的。直到20世纪30年代，当材料净化技术得到改进时，半导体的存在才得到学术界的真正认可。半导体是指导体与绝缘体之间的材料。半导体是指从绝缘体到导体之间的导电性可控材料。从科学技术和经济发展的角度来看，半导体影响着人们的日常工作和生活，直到20世纪30年代才得到学术界的认可。

2.半导体分类及性能

①.元素半导体。元素半导体是指由单个元素组成的半导体，其中硅和硒的研究相对较早。它是一种具有半导体特性的固体材料，由相同的元素组成，容易受到微量杂质和外部条件的影响。目前，只有硅性能好，应用广泛，硒广泛应用于电子照明和光电领域。硅广泛应用于半导体工业，主要受二氧化硅的影响，可在设备生产中形成掩膜，提高半导体设备的稳定性，有利于自动化工业生产。

②.无机合成半导体。无机合成材料主要由单一元素组成。当然，由多种元素组成的半导体材料具有主要的半导体性质I族与V、VI、VII族；II族与IV、V、VI、VII族；III族与V、VI族；IV族与IV、VI族;V族与VI族；VI族与VI族的结合化合物，但受到元素的特性和制作方式的影响，不是所有的化合物都能够符合半导体材料的要求。这一半导体主要运用到高速器件中，InP晶体管的速度高于其他材料，主要用于光电集成电路和抗核辐射装置。导电性高的材料主要用于LED等方面。

③.有机合成半导体。有机化合物是指含有碳键的分子化合物。有机化合物垂直于碳键叠加形成导带。通过化学添加，它可以进入能带，从而产生电导率，从而形成有机化合物半导体。与以往的半导体相比，这一半导体具有成本低、溶解性好、材料加工方便等特点。导电性能可通过控制分子来控制，应用广泛，主要用于有机膜、有机照明等方面。

④.非晶体半导体。又称无定形半导体或玻璃半导体，属于半导电材料。与其他非晶体材料一样，非晶体半导体是短程有序和长程无序结构。它主要是通过改变原子的相对位置和原始周期性排列来形成非晶体硅。晶体和非晶体主要不同于原子排列是否有长程序。非晶体半导体的性能难以控制。随着技术的发明，非晶体半导体开始使用。该生产工艺简单，主要用于工程，在光吸收方面效果良好，主要用于太阳能电池和液晶显示屏。

⑤.本征半导体：无杂质、无晶格缺陷的半导体称为本征半导体。在极低的温度下，半导体的价格带是全带。受热刺激后，价格带中的一些电子产品将通过禁止带进入能量较高的空带。空带中有电子产品，成为导带。价格带中缺少电子产品后，形成带正电的空位，称为空位。空穴导电不是实际运动，而是等效性。当电子导电时，等功率的空穴会朝相反的方向移动。

它们在外电场的作用下产生定向运动，形成宏观电流，分别称为电子导电和空穴导电。这种由电子空穴对产生的混合导电称为本征导电。导带中的电子会落入空穴，电子空穴对消失，称为复合。复合时释放的能量变成电磁辐射(发光)或晶格的热振动能(发热)。在一定温度下，电子空穴对的产生和复合同时存在，达到动态平衡。此时，半导体具有一定的载流子密度，从而具有一定的电阻率。当温度升高时，会产生更多的电子空穴对，增加载流子密度，降低电阻率。无晶格缺陷的纯半导体电阻率大，实际应用少。

3.半导体的具体价值

锗、硅、硒、砷化镓、磷化镓、锑化镓等半导体材料得到了广泛的应用。其中，锗和硅材料的生产技术更加成熟和使用。半导体材料部件和集成电路是电子工业的重要基础产品，已广泛应用于电子技术的各个方面。半导体材料、设备和集成电路的生产和研究已成为电子工业的重要组成部分。

此外，从技术或经济发展的角度来看，半导体的重要性非常大。计算机、手机或数字录音机等大多数电子产品的核心单元与半导体密切相关。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，硅是各种半导体材料应用中最具影响力的一种。

4.半导体应用领域

①.光伏应用

半导体材料光生伏效应是太阳能电池运行的基本原理。目前，半导体材料的光伏应用已成为世界上增长最快、发展最好的清洁能源市场。太阳能电池的主要生产材料是半导体材料。判断太阳能电池质量的主要标准是光电转化率 。光电转化率越高，太阳能电池的工作效率就越高。根据半导体材料的不同 ，太阳能电池分为晶体硅太阳能电池、薄膜电池和III-V族化合物电池。

②.照明应用

LED半导体发光二极管 建立在半导体晶体管上LED技术半导体光源体积小，可实现平面包装，工作热量低，节能高效，产品寿命长，反应速度快，绿色环保无污染，也可开发成轻短产品 ，一旦出现 ，迅速普及，成为新一代优质照明光源，已广泛应用于我们的生活中。如交通指示灯、电子产品背光源、城市夜景美化光源、室内照明等领域 ，已得到应用。

③.大功率电源转换

交流电和直流电的相互转换对电器的使用非常重要。 是对电器的必要保护。这需要等待电源转换装置。碳化硅具有高电压强度、宽带宽度和高导热性SiC半导体设备非常适合在功率密度和开关频率高的情况下使用，电源更换设备就是其中之一。碳化硅元件在高温、高压和高频方面的另一种性能使其广泛应用于深井钻探、逆变器、电气混合动力汽车能量转换器、轻轨列车牵引动力转换等领域。SiC现阶段行业需要轻量化、高转换效率的半导体材料，SiC将会取代Si，成为应用最广泛的半导体材料。

5.半导体的特性

①.热敏特性

半导体的电阻率会随着温度的变化而显著变化。例如，每增加10度，纯锗的电阻率就会降低到原来的1/2。温度的细微变化可以反映在半导体电阻率的明显变化中。利用半导体的热敏特性，可以在温度测量和控制系统中制作温度传感元件-热敏电阻。值得注意的是，各种半导体设备由于热敏特性，在环境温度变化时影响其工作稳定性。

②.光敏特性

半导体的电阻率对光的变化非常敏感。当有光时，电阻率非常小；当没有光时，电阻率非常大。例如，常用的硫化镉光敏电阻，当没有光时，电阻高达几十兆欧姆，当光时。电阻突然下降到几十千欧姆，电阻值改变了数千倍。利用半导体的光敏特性，制造了光电二极管、光电三极管、硅光电池等多种光电设备。广泛应用于自动控制和无线电技术。

③.掺杂特性

在纯半导体中，掺入极微量杂质元素会极大地改变其电阻率。例如，在纯硅中混合。100万-硼的电阻率将从214万开始Ω·cm一降到0.4Ω·cm。也就是说，硅的导电性增加了50多万倍。人们人工准确地控制半导体的导电性，并将某些特定的杂质元素混合成不同类型的半导体设备。毫不夸张地说，几乎所有的半导体设备都是由含有特定杂质的半导体材料制成的。

二、集成电路

英语为集成电路Integrated Circuit，缩写为IC；顾名思义，它是一种具有特定功能的电路，通过半导体工艺集成一定数量的常用电子元件，如电阻、电容、晶体管等，以及这些元件之间的连接。

1.具体说明集成电路

集成电路（integrated circuit）它是一种微型电子设备或部件。采用一定的工艺，将电路中所需的晶体管、电阻、电容、电感元件和布线连接在一小块或几小块半导体晶片或介质基板上，然后包装在管壳内，成为所需电路功能的微结构；所有元件都形成了整体，使电子元件向小型化、低功耗、智能化、高可靠性迈出了一大步。它在电路中使用字母IC集成电路的发明者是杰克·基尔比(以锗为基础（Ge）集成电路)和罗伯特·诺伊思(基于硅（Si）集成电路)。

今天的半导体行业大多使用基于硅的集成电路。它是从20世纪50年代末到60年代发展起来的一种新型半导体设备。它是通过氧化、光刻、扩散、延伸、蒸汽铝等半导体制造工艺，将半导体、电阻、电容器等部件及其连接线集成在一小块硅片上，然后焊接包装在管壳内的电子设备。其包装外壳包括圆形外壳、扁平或双列直插。集成电路技术包括芯片制造技术和设计技术，主要体现在加工设备、加工技术、包装测试、批量生产和设计创新的能力上。

2.集成电路相关分类

①.按功能结构分

集成电路，又称为IC，按其功能、结构的不同，可以分为模拟集成电路、数字集成电路和数/模混合集成电路三大类。模拟集成电路又称线性电路,用来产生、放大和处理各种模拟信号（指幅度随时间变化的信号。例如半导体收音机的音频信号、录放机的磁带信号等），其输入信号和输出信号成比例关系。而数字集成电路用来产生、放大和处理各种数字信号（指在时间上和幅度上离散取值的信号。例如5G手机、数码相机、电脑CPU、数字电视的逻辑控制和重放的音频信号和视频信号）。

②.按制作工艺分

集成电路按制作工艺可分为半导体集成电路和膜集成电路。膜集成电路又分类厚膜集成电路和薄膜集成电路。

③.按集成度高低分

集成电路按集成度高低的不同可分为：SSIC 小规模集成电路、MSIC 中规模集成电路、LSIC 大规模集成电路、VLSIC 超大规模集成电路、ULSIC特大规模集成电路、GSIC 巨大规模集成电路也被称作极大规模集成电路或超特大规模集成电路。

④.按导电类型不同分

集成电路按导电类型可分为双极型集成电路和单极型集成电路，他们都是数字集成电路。双极型集成电路的制作工艺复杂，功耗较大，代表集成电路有TTL、ECL、HTL、LST-TL、STTL等类型。单极型集成电路的制作工艺简单，功耗也较低，易于制成大规模集成电路，代表集成电路有CMOS、NMOS、PMOS等类型。

⑤.按用途分

集成电路按用途可分为电视机用集成电路、音响用集成电路、影碟机用集成电路、录像机用集成电路、电脑（微机）用集成电路、电子琴用集成电路、通信用集成电路、照相机用集成电路、遥控集成电路、语言集成电路、报警器用集成电路及各种专用集成电路。

⑥.按应用领域分

集成电路按应用领域可分为标准通用集成电路和专用集成电路。

⑦.按外形分

集成电路按外形可分为圆形（金属外壳晶体管封装型，一般适合用于大功率）、扁平型（稳定性好，体积小）和双列直插型。

3.集成电路发展历程

最先进的集成电路是微处理器或多核处理器的"核心(cores)",可以控制电脑到手机到数字微波炉的一切。存储器和ASIC是其他集成电路家族的例子，对于现代信息社会非常重要。虽然设计开发一个复杂集成电路的成本非常高，但是当分散到通常以百万计的产品上，每个IC的成本最小化。IC的性能很高，因为小尺寸带来短路径，使得低功率逻辑电路可以在快速开关速度应用。

这些年来，IC 持续向更小的外型尺寸发展，使得每个芯片可以封装更多的电路。这样增加了每单位面积容量，可以降低成本和增加功能－见摩尔定律，集成电路中的晶体管数量，每两年增加一倍。总之，随着外形尺寸缩小，几乎所有的指标改善了－单位成本和开关功率消耗下降，速度提高。但是，集成纳米级别设备的IC不是没有问题，主要是泄漏电流（leakage current）。因此，对于最终用户的速度和功率消耗增加非常明显，制造商面临使用更好几何学的尖锐挑战。这个过程和在未来几年所期望的进步，在半导体国际技术路线图（ITRS）中有很好的描述。

越来越多的电路以集成芯片的方式出现在设计师手里，使电子电路的开发趋向于小型化、高速化。越来越多的应用已经由复杂的模拟电路转化为简单的数字逻辑集成电路。

4.集成电路的大普及

仅仅在其开发后半个世纪，集成电路变得无处不在，电脑，手机和其他数字电器成为现代社会结构不可缺少的一部分。这是因为，现代计算，交流，制造和交通系统，包括互联网，全都依赖于集成电路的存在。甚至很多学者认为有集成电路带来的数字革命是人类历史中最重要的事件。

三、半导体和IC以及集成电路的相互关系

1.芯片，又称微电路（microcircuit）、微芯片（microchip）、集成电路（integrated circuit， IC），是指内含集成电路的硅片，体积很小，常常是计算机或其他电子设备的一部分。芯片（chip）就是半导体元件产品的统称，是 集成电路（IC， integrated circuit）的载体，由晶圆分割而成。硅片是一块很小的硅，内含集成电路，它是计算机或者其他电子设备的一部分。

2.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。如二极管就是采用半导体制作的器件。半导体是指一种导电性可受控制，范围可从绝缘体至导体之间的材料。可以简单的把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。

3.集成电路（integrated circuit）是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母“IC”表示。

4.芯片就是芯片，一般是指你肉眼能够看到的长满了很多小脚的或者脚看不到，但是很明显的方形的那块东西。但是，芯片也包括各种各样的芯片，比如基带的、电压转换的等等。处理器更强调功能，指的就是那块执行处理的单元，可以说是MCU、CPU等。集成电路范围要广多了，把一些电阻电容二极管集成到一起就算是集成电路了，可能是一块模拟信号转换的芯片，也可能是一块逻辑控制的芯片，但是总得来说，这个概念更加偏向于底层的东西。集成电路是指组成电路的有源器件、无源元件及其互连一起制作在半导体衬底上或绝缘基片上，形成结构上紧密联系的、内部相关的事例电子电路。它可分为半导体集成电路、膜集成电路、混合集成电路三个主要分支。

5.芯片是集成电路一种简称，其实芯片一词的真正含义是指集成电路封装内部的一点点大的半导体芯片，也就是管芯。严格讲芯片和集成电路不能互换。 集成电路就是通过半导体技术，薄膜技术和厚膜技术制造的，凡是把一定功能的电路小型化后做在一定封装的电路形式下的，都可以叫做集成电路。半导体是一种介于良好导体和非良好导体（或说绝缘体）之间的物质。

6.IC 指集成电路，做在半导体上是因为半导体是最适合实现晶体管的材料，而晶体管正是现在绝大多数电路的核心器件。IC 的中文叫「集成电路」，在电子学中是把电路（包括半导体装置、组件）小型化、并制造在半导体晶圆表面上。所以半导体只是制作 IC 的原料。也就是说常说的半导体产业链，正确一点来说应该叫 IC 产业链，包括「IC设计」、「IC制造」、「IC封装」。因为在 IC 设计和封装的环节，都不会碰到半导体啊！重点是那颗IC！

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