半导体制备技术篇1

摘要：设计了两种不同散热方式的半导体制冷器，实验表明制冷性能良好，为太阳能驱动半导体制冷装置的优化设计提供依据、奠定基础。半导体制冷模块热端采用汽车发动机散热系统标准部件、采取水冷却，能在有限的空间内将高热流密度热量散发出去，有利于提高制冷性能。半导体制冷模块在等功率状态下工作，制冷量为半导体器件最大制冷量的55%；若倾向于获得较大制冷系数，制冷量按最大制冷量的40%进行设计，制冷系数ε达1·65。

关键词：汽车；半导体；制冷

1.引言

由于半导体制冷空调器具有抗振、耐压、无制冷剂泄漏和使用直流电等一系列优点，在多种特殊场合已获得成功应用。这些场合主要要求设备结构简单、高可靠性、无污染、无噪音、长寿命、可精确调节，能源的利用率并不是主要参考因素。半导体制冷用于普通民用空调，存在一系列重要技术问题有待研究，其中制冷效率和能源动力是一个非常值得关注的问题。半导体制冷与太阳能配合，有很好的时间匹配性，而且清洁环保、可再生，太阳能作为制冷能源有很大的优势，本文所要研究的是以太阳能为能源动力的半导体制冷器热端散热问题。传统半导体制冷器有最大制冷系数状态和最大制冷量两种状态。一般这两种状态并不统一，除非特殊应用领域的倾向性设计，一般民用领域应兼顾两者，既应有较好的经济效益又应有较大的制冷量。

2.半导体制冷的基本原理及其过程

半导体制冷器的基本元件是热电偶，热电偶由导体材料制成。一种为电子型（N型）半导体材料，一种为空穴型（P型）半导体材料。两种材料交替排列并用金属片相连，P型半导体靠空穴移动导电，N型半导体靠电子移动导电。当直流电源接通后，电子和空穴在外电场的作用下发生移动。由于空穴和电子在半导体中的势能比它们在金属中的势能大，当它们流过节点的时候会引起能量传递。当载流子从较高势能变为较低势能时，向外界放出热量。相反则吸收外界热量。于是在两个接头处就会产生温差。若干个这样的热电偶对在电路上串联起来，在传热方面并联就构成一个常见的热电制冷组件（或称热电堆）。借助于热交换器等各种传热元件使热电制冷组件的热端不断散热，并保持一定的温度，把冷端放到工作环境中去吸热，从而达到了制冷的目的。

3、半导体制冷的优点和不足

半导体制冷是靠电子和空穴在运动中直接传递热量来实现的。与压缩机制冷系统相比，没有旋转部件，没有回转效应，没有滑动部件，无需制冷剂，可靠性高，无噪声，无污染，寿命长，安装容易。

半导体制冷器具有两种功能，不仅能制冷，也能加热，制冷效率一般不高，但致热效率很高，永远大于1。因此使用一个器件就可以代替分立的加热系统和制冷系统。半导体制冷器冷却速度和冷却温度可以通过改变工作电流和工作电压的大小任意调节，启动快，控制灵活，可实现高精度的温度控制。再加上温度检测和控制手段，很容易实现遥控、程控、计算机控制，便于组成自动控制系统。半导体制冷器热惯性非常小，制冷制热时间很快，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，制冷器就能达到最大温差。如今技术的发展使半导体制冷的优势显现出来。半导体式冷藏车在数十年前还只是一个梦想，现在已完全进入到了实用阶段。半导体制冷突出的优势，还在于可实现微小型制冷，功率可做到1w以下，且极轻极小（

4、汽车中半导体制冷的应用

4.1半导体制冷在汽车空调中的应用

电动汽车因其绿色环保、节约能源日益受到各国学术界的关注。纯电动汽车的电能非常宝贵，如果仍然采用燃油车压缩式的空调，能耗高，对车载电源系统提出了新的挑战。采用半导体制冷技术设计冷风系统，既满足了人在车内的舒适性，同时又节能、环保。半导体制冷空调器与压缩式制冷空调器相比，具有以下优点：（1）结构简单，没有机械传动机构，工作时无噪声、无磨损、无震动、寿命长、维修方便，可靠性高；（2）不使用制冷剂，故无泄漏、无污染；（3）直流供电，电流方向转换方便，可冷热两用；（4）重量、尺寸较小，便于安装；（5）热惯性小，负荷可调性强，调节和控制方便；（6）工作状态不受重力场的影响。

在最近研究表明，与太阳能动力结合的半导体制冷空调积极推动新能源汽车的发展。如果改变半导体制冷装置的电流方向，可以作为取暖装置，能够用做汽车室内的暖空调，或者用于去除前挡风玻璃的霜冻，提高驾驶员的视觉效果。

4.2在车载冰箱中的应用

半导体冰箱起源于俄罗斯在航天飞行上对飞行器的冷热需求而做的发明，制冷制热均可。在普遍情况下半导体冰箱制冷其最多能够达到零下5℃，但是其制热温度却能够达到65℃。这个冷热均制的优势使得半导体冰箱能够为长途开车的人带来极大的便利。用于出门旅游及野餐，可以充分发挥其轻便的优点。

4.3汽车电子设备的散热

现代汽车随着电子技术及各类型车用电子装置的组装技术发展，成为了具有高度整合性的电子系统。目前汽车电子设备中所使用的功率元件，在经过一段长时间进行通电，导致设备内部或机壳的温度有可能会超过100℃，大大地增加车用电子设备的故障概率。因此采用半导体冷却系统可以使它们维持低温或恒温的工作条件。例如：对车内大规模集成电路、光敏器件、功率器件、高频晶体管等电子元器件的冷却或恒温。在现在汽车高精尖科技领域内，常对各种电子元器件的温度性能要求很高，半导体制冷其温控精度高的特点正可以满足其要求。（作者单位：江苏省精创电气股份有限公司）

参考文献

[1]徐胜德.半导体制冷与应用技术[M].上海：上海交通大学出版社.1992

半导体制备技术篇2

改革开放以来，经过大规模引进消化和90年代的重点建设，目前我国半导体产业已具备了一定的规模和基础，包括已稳定生产的7个芯片生产骨干厂、20多个封装企业，几十家具有规模的设计企业以及若干个关键材料及专用设备仪器制造厂组成的产业群体，大体集中于京津、沪苏浙、粤闽三地。

我国历年对半导体产业的总投入约260亿元人民币（含126亿元外资）。现有集成电路生产技术主要来源于国外技术转让，其中相当部分集成电路前道工序和封装厂是与美、日、韩公司合资设立。其中三资企业的销售额约占总销售额的88%（1998年）。民营的集成电路企业开始萌芽。

设计：集成电路的设计汇集电路、器件、物理、工艺、算法、系统等不同技术领域的背景，是最尖端的技术之一。我国目前以各种形态存在的集成电路设计公司、设计中心等约80个，工程师队伍还不足3000人。2000年，集成电路设计业销售额超过300万元的企业有20多家，其中超过1000万的约10家。超过1亿的4家（华大、矽科、大唐微电子和士兰公司）。总销售额10亿元左右。年平均设计300种左右（其中不到200种形成批量）。

现主要利用外商提供的EDA工具，运用门阵列、标准单元，全定制等多种方法进行设计。并开始采用基于机构级的高层次设计技术、VHDL，和可测性设计技术等先进设计方法。设计最高水平为0.25微米，700万元件，3层金属布线，主线设计线宽0.8-1.5微米，双层布线。[1]目前，我国在通信类集成电路设计有一定的突破。自行设计开发的熊猫2000系列CAD软件系统已开发成功并正在推广。这个系统的开发成功，使我国继美国、欧共体、日本之后，第四个成为能够开发大型的集成电路设计软件系统的国家。目前逻辑电路、数字电路100万门左右的产品已可以用此设计。

前工序制造：1990年代以来，国家通过投资实施“908”、“909”工程，形成了国家控股的骨干生产企业。其中，中日合资、中方控股的华虹NEC（8英寸硅片，0.35-0.25微米，月投片2万片），总投资10亿美元，以18个月的国际标准速度建成，99年9月试投片，现已达产。该工程使我国芯片制造进入世界主流技术水平，增强了国内外产业界对我国半导体产业能力的信心。

在前8家生产企业中，三资企业占6家，总投资7.15亿美元，外方4.69亿美元，占66%.目前芯片生产技术多为6英寸硅片、0.8-1.5微米特征尺寸。7个主干企业生产线的月投片量已超过17万片，其中6～8英寸圆片的产量占33％以上。

目前这些企业生产经营情况良好。2000年，七个骨干企业总销售额达到56亿元人民币，利润7.5亿元，利润率达到13%.同年全国电子信息产业总销售额5800亿元人民币，利润380亿，利润率6.5%.

封装：由于中国是目前集成电路消费大国，同时国内劳动力、土地资源价格相对便宜，许多国外大型集成电路生产企业在中国建立了合资或独资集成电路封装厂。

国内现有封装企业规模都不大，而且所用芯片、框架、模塑料等也主要靠进口，因此大量的集成电路封装产品也只是简单加工，技术上与国际封装水平相差较远。主要以DIP为主，SOP、SOT、BGA、PPGA等封装方式国内基本属于空白。

集成电路封装业在整个产业链中技术含量最低，投入也相对较少（与芯片制造之比一般为10：1）。我国目前集成电路年封装量，仅占世界当年产量的1.8%～2.5%，封装的集成电路仅占年进口或消耗量的13%～14.4%，即中国所用85%以上的集成电路都是成品进口。

2000年，我国集成电路封装业的销售收入超过130亿元，其中销售收入超过1亿元的14家，全年封装电路近45亿块，其中年封装量超过5亿块的5家。

材料、设备、仪器：围绕6英寸芯片生产线使用的主要材料（硅单晶、塑封料、金丝、化学试剂、特种气体等）、部分设备（单晶炉、外延炉、扩散炉、CVD、蒸发台、匀胶显影设备、注塑机等）、仪器（40MHz以下的数字测试设备、模拟测试设备及数模混合测试设备）、部分仪器（40MHz以下的数字测试设备、模拟测试设备及数模混合测试设备）国内已能提供。

芯片制造设备，我国只具备部分浅层次设计制造能力，如电子45所已有能力制造0.5微米光刻机等。

半导体分立器件：2000年，全年分立器件的销售额60亿，产量341亿只。

供需情况和近期发展形势

20世纪90年代，我国集成电路产业呈加速发展趋势，年均增长率在30%以上。2000年，我国集成电路产量达到58.8亿块，总产值约200亿人民币（其中设计业10亿，芯片制造56亿，封装130亿）。如果加上半导体分立器件，总产值达到260亿元。预计2001年，集成电路产量可达70亿块。

2000年，全球半导体销售额达到1950亿美元，我国半导体生产从价值量上看，占世界半导体生产的1.6%（含封装、设计产值），从加工数量看占全世界份额不足1%（美国占32%，日本占23%）。

从需求方面看，据信息产业部有关人员介绍，2000年，国内集成电路总销售量240亿块，1200亿人民币。业内普遍估计，今后10年，半导体的国内需求仍将以20%的速率递增，估计2005年，我国集成电路国内市场的需求约为300亿块、800亿元人民币；2010年，达到700亿块、2100亿元人民币。

从近几年统计数字分析看，国内生产芯片（包括外商独资企业的生产和在国内封装的进口芯片）占国内需求量的20%～25%，但国内生产部分的80%为出口，按此计算，我国集成电路产业的自给率仅4%～5%.但是，有两个因素影响了对芯片生产自给率的准确估计。首先是我国集成电路的产品销售有很大一部分通过外贸渠道出口转内销，据信息产业部估计，出口转内销约占出口量的一半。如此推算，国内半导体生产满足国内市场的实际比重在12%～15%.实际上，国内生产的芯片质量已过关，主要是缺乏市场信任度，而销售渠道又往往掌握在三资企业外方手中。

但芯片走私的因素，可能又使自给率12%～15%的估计过分夸大。台湾合晶科技公司蔡南雄指出：官方统计，1997年中国大陆进口集成电路和分立器件约50亿美元，但当年集成电路进口实际用汇达95.5亿美元。[2]近几年大力打击走私，这一因素的作用可能有所减弱。但无论如何，我国现有半导体产业远远落后于国内需求的迅速增长则是不争的事实。

由于核心部件自给能力低，我国的电子信息产业成了高级组装业。著名的联想集团，计算机国内市场占有率是老大，利润率仅3%.我国电子信息制造业连年高速增长，真正发财的却是外国芯片厂商。

由此，进入1990年代以来，我国集成电路进口迅速增长。1994～1997年，集成电路进口金额年均递增22.6%；97年进口金额为36.48亿美元，96.06亿块。[3]1999年，我国集成电路进口75.34亿美元，出口（含进料、来料加工）18.89亿美元。

2000年6月，国家《软件产业和集成电路产业的发展的若干政策》（国发18号文件）。在国家发展规划和产业政策的鼓舞下，各地政府纷纷出台微电子产业规划，其中上海和北京为中心的两个半导体产业集中区，优惠力度较大，投资形势也最令人鼓舞。目前累计已开工建设待投产的项目，投资总额达50亿美元，超过我国累计投资额的1.5倍，未来2-3年这几条线都将投入量产。

·天津摩托罗拉：外商独资企业，总投资18亿美元，在建。2001年5月试投产，计划11月量产。

·上海中芯：1/3国内资金，2/3台资（第三国注册）。投资14亿美元。2001年11月将在上海试投产。

·上海宏立：预计2002年一季度投入试运行，16亿美元。

·北京讯创：6寸线，投资2亿美元。

·友旺：在杭州投资一条6寸线，10亿人民币左右，已打桩。

目前我国半导体产业和国际水平的差距

总体上说，我国微电子技术力量薄弱，创新能力差，半导体产业规模小，市场占有率低，处于国际产业体系的中下端。

从芯片制造技术看，和国际先进水平的差距至少是2代。[4]尽管华虹现已能生产0.25微米SDRAM，接近国际先进水平（技术的主导权目前基本上还在外方手中），国内主流产品仍以0.8-1.5微米中低端低价值产品为主。其中80%～90%为专用集成电路，其余为中小规模通用电路。占IC市场总份额66%的CPU和存储器芯片，我国无力自给。

我国微电子科技水平与国外的差距，至少是10年。[5]现有科技力量分散，科技与产业界联系不紧密。产业内各重要环节（基础行业、设计、制造工艺、封装），尚未掌握足以跨国公司对等合作的关键技术专利。

半导体基础（支撑）行业落后：目前硅材料已有能力自给，各项原料在不同程度上可以满足国内要求（材料半数国产化，关键材料仍需进口）。

但如上所述，几乎所有尖端设备，我们自己都不能设计制造，基本依赖进口。业内认为我国半导体基础行业和国际水平差距约20年。

一般地说，西方对我引进设备放松的程度和时机，取决于我国自身的技术进展，所以我国半导体设备技术的进步，成为争取引进先进设备的筹码（尽管代价高昂）。如没有这方面的工作，设备引进受到限制，连参与设备工艺的国际联合研制的资格也没有（韩台可以参与）。

已引进的先进生产线，经营控制权不在我手中，妨碍电路设计和工艺自主研发现有较先进的集成电路生产线（包括华虹NEC、首钢NEC），其技术、市场和管理尚未掌握在中国人手中。其原因是“自己人”管理，亏损面太大。现有骨干企业不是合资就是将生产线承包给外人，技术和经营的重大决策权多在外方代表手中。经营模式还没有跳出“两头在外”模式。

这也说明，我国现有国有企业经济管理机制，尽管有了很大进步，但还没有真正适应高科技产业对管理的苛刻要求，高级技术人才和营销人才更是缺乏。

“某厂…最赔钱的×号厂房，包出去了。这也怪了。台湾人也没有带多少资金技术，还是原来的设备和技术，就赢利。

“我问承包人，人还是我们的人，厂房技术还是我们的，为什么你们一来就行了？他说”体制改变了“。我问体制改了什么，是工资高了？也不是。他们几个人就是搞市场。咱们中国市场之大，是虚的。让人家占领的。

“10多年前我在美国参观，他们的工厂成品率是90%多，我们研究室4K最高时成品率50%多，当时这个成绩，全国轰动。我参观时问，你们有什么诀窍做到90%多？美国人说没有什么诀窍，就是经常换主管，新主管要超过上一任，又提高一步。主管到了线里，就是general，…说炒就炒。咱们国家行吗？我们这些领导都是孙子…半导体的生产求非常严格的纪律。没有这个东西绝对不行。你想100多道工艺，每一道差1%，成品率就是零。所以这个体制，说了半天没有说出来，一是市场，一是管理。”[6]但无论如何，我们半导体产业的“管理”和“市场”这两大门坎，是必须跨过去的。深化国企改革、发挥非国有经济的竞争优势，在半导体领域同样适用。

由于没有技术和经营控制权，导致我们的半导体产业遇到两方面困难。首先，国内单位自行设计的专用电路上线生产，必须取得生产厂家的外方同意，有的被迫转向海外代工，又多一道海关的麻烦；关系国家机密的芯片更无法在现有先进生产线加工（或者是外方以“军品”为名拒绝加工，或者是我方不放心）。

其次，妨碍了产学研结合、自主设计和研发工艺设备。例如中国科学院微电子中心已达到0.25微米工艺的中试水平，但因先进工厂的经营权不在自己手中，无法将自有工艺研究成果应用于大线试生产。

工艺技术是集成电路制造的关键技术。如果我方没有自主设计工艺的技术能力，即使买了先进生产线也无法控制。目前合资企业中，中方职工可以掌握在线的若干产品的工艺技术，但无法自主开展工艺技术研究。5年后我方将接管华虹NEC，也面临自己的工艺技术能否顶上去的问题。工艺科研领域目前所处的困境如不能及时摆脱，则仅有的研究力量也会逐渐萎缩，如果不重视工艺技术能力的成长，我们就无法掌握芯片自主设计生产能力。

设计行业处于幼稚阶段由于专业电路市场广阔，目前国内各种类型的设计公司逐渐增加。但企业普遍规模偏小、技术水平较低，缺乏自主开发能力。

由于缺乏技术的积累，我国还远没有形成具有自主知识产权的IP库，与国外超大规模IC的模块化设计和S0C技术差距甚远。设计软件基本用外国软件，即使设计出来，也往往因加工企业IP库的不兼容而遭拒绝。

集成电路的设计与加工技术是相互依存的。因为我国微细加工工艺水平落后，人才缺乏，目前不具备设计先进电路的水平，更没有具备设计CPU及大容量存储器的水平。也有的客户眼睛向外，不愿意在国内加工，但到国外加工还要受欺负。尽管我们花了100%的制版费，板图也拿不回来。

超大规模集成电路的设计，难度最大的是系统设计和系统集成的能力，最需要的人才是系统设计的领头人，这是我国最缺的人力资源。国内现有人才多数是设计后道的能力，做系统的能力差。国内现有环境，培养这样的人才比较难。

国内的设计制造行业，就单个企业来说很难开发需要高技术含量的超前性、引导性产品。多数民营中小企业只能跟在别人后面走仿制道路（所谓反向设计）。反向设计只能适应万门以下电路的设计开发。故目前还无法与国外先进设计公司竞争。

缺乏市场信任度由于总体技术水平低，市场多年被外国产品占领，自己的供给能力还没有赢得国内市场的信任，以致出现外商一手向国内IC厂定货，再转手卖给国内用户的现象。这是当前外（台）商大举在国内投资集成电路生产线的客观背景。

国内设计、制造的产品往往受到比国外产品更严格的挑剔，要打开市场需要更多的时间和精力，这就难免被国外同行抢先。半导体市场瞬息万变，竞争十分残酷，而我国对自己的半导体产业，似取过分自由放任态度，几乎完全暴露在国际竞争中。有必要对有关政策上给以重新评估。

我国电子整机厂多为组装厂，自己设计开发芯片的极少，由于多头引进，整机品种繁多，规格不一，批量较小，成本高。另外，象汽车电子、新一代“信息家电”等产品市场很大，但需要高水平且配套的芯片产品，而我国单个电路设计企业无力完成，设计和生产能力还尚待磨合。如欲进军这方面的市场，需要高层有明确的市场战略和行业级的协调。我国微电子行业目前因技术能力所限，可适应市场领域还比较狭窄，又面临着国际市场的巨大压力。要争得技术和资本的积累期和机会，必须有政府的组织作用。

还没有形成完整的产业体系从整体看，我国半导体产业还没有形成有机联系的生态群，或刚刚处于萌芽状态，产业内各环节上下游间互补性薄弱。目前少数先进生产能力，置于跨国公司的全球制造～营销体系内，外（台）商做OEM接单，来大陆工厂生产，国内芯片厂商被动打工。国家体制内的科研力量和现有生产体系的结合渠道不顺畅，国内科技型中小型民营（设计）企业和大型制造企业的互补关系正在建立中。

“集成电路设计与生产都需要有很强的队伍，能够根据国内整机的需要设计出产品，按照我们的工艺规则来生产。他的设计拿过来我们能做，做好了能够测试，测试以后能够用到整机单位去应用。这条路要把它走通。另外还有一批人能够打开市场。其他的暂时可以慢一点。”[7]所以，目前我国微电子领域与国际水平的差距，并非单项技术的差距，而是包括各环节在内的系统性的差距。单从技术和资金要素来看，“908”“909”工程的实践，可以说是试图以类似韩国的大规模投资来实现生产技术的“跨越”。但实践证明，单项发展，不足以带动一个科技-产业系统的整体进步。不仅要克服资金、人才、市场的瓶颈，也要克服体制、政策的瓶颈，非此不能吸引人才，不能调动各方面的积极性。

我国半导体产业发展的现有条件

经过20年的发展和积累，特别是近年来我国电子信息产业的高速发展，半导体产业在我国经济、国防建设中的重要地位，以及加快发展的必要性，已基本形成共识。应该说，我国已经在多方面具备了微电子大发展所必须的条件。

首先是经过多年的引进和国家大规模投资，已形成一定产业基础，初步形成从设计、前工序到后封装的产业轮廓。广义电子产业布局呈现向京津地区、华东地区和深穗地区集中的态势，已经形成了几个区域性半导体产业群落。这对信息知识的交流，技术的扩散，新机会的创造，以及吸引海外高级人才、都十分重要。

技术引进和国内科研工作的长期积累，也具备了自主研发的基础。“909”工程初步成功，说明投资机制有了巨大进步，直接鼓励了外商投资中国大陆的热情。尤其在通讯领域，国内以企业为主导的研发机制取得了可喜发展。

其次，国内投资环境大幅度改善。尤其是沿海经济发达地区，市场经济初见轮廓，法制和政策环境日益改善，人才和资金集中，信息基础设施完备，各种类型的民营企业已开始显现其经营管理能力，已有问鼎高效益高风险的微电子领域的苗头，各种类型的设计公司正在兴起。

近两年来，海外半导体产业界已经对我国大陆的半导体业投资环境表示了极大兴趣。外（台）商对大陆的半导体投资热，虽然并不能使我们在短期内掌握技术市场控制权（甚至可能对我人才产生逆向吸附作用），但有助于形成、壮大产业群，有助于冲破西方设备、技术封锁。长远看是利大于弊。

人才优势。国内软件人才潜力巨大，而软件设计和芯片设计是相通的。这是集成电路设计业的有力后盾。

再次是随着国内电子产品制造业的飞速发展，半导体产业市场潜力巨大。1990年代，我国电子产品制造业产值年均增长速度约27％，1999年为4300亿元人民币，2000年达5800亿（总产值1万亿）。其中，PC机和外部设备年增率平均40％以上，某些产品的产量已名列世界前茅；互联网用户和网络业务的年增率超过300％；公用固定通讯交换设备平均每年新增2000万线，预计2005年总量将超过3亿线；手机用户数每年增长1500-2000万户，2001年已突破1亿户。各类IC卡的需求量也猛增。据信息产业部预计，我国电子产品制造业未来5年平均增长率将超过15%（一般电子工业增长率比GDP增长率高1倍）。预计2005年，信息制造业的市场总规模达到2万亿。

最后是国家对半导体产业十分重视。官方人士多次表示：要想根本改变我国的电子信息产业目前落后状况，需要“十五”计划中，把推进超大规模集成电路的产业化作为加速发展信息产业的第一位的重点领域。并相应制定了产业优惠政策。这些政策将随着产业的发展逐步落实并进一步完善。[8]

注释：

[1]陈文华，1998年。

[2]《产业论坛》1998年第18期。

[3]陈文华，1998年。

[4]《关于加快我国微电子产业发展的建议》，工程科技与发展战略报告集，2000年。

[5]叶甜春，2000年。

[6]吴德馨院士访谈录，2001年3月。

半导体制备技术篇3

信息产业的技术基础

信息产业的发展和其它产业的发展一样，都取决于科学技术的发展水平。世界科学技术发展的历史表明，每一次产业革命，都是以物质机器的发明为基础的。第一次产业革命的物质机器是蒸汽机；使人类进入了工业时代；第二次产业革命的物质机器是以微电子技术为基础的计算机，使人类进入了信息时代。从机器发展的角度来看，今天人类已经从物理机器的时代，走到了信息机器，也就是计算机的时代。从科学发展的角度来看，人类已经从物质科学时代进入到了信息科学的时代。信息论，控制论，系统论等可以归入理论信息科学的范畴；计算机技术，通讯技术，控制技术等则可以归入技术信息科学的范畴。

我国信息产业的发展现状是：我们可以研制出很高性能的计算机及通讯与家电设备，就是缺少核心的东西，国产的“?quot;片；我们可以研制出各种绘图机，缺少的也是核心的东西，国产的喷墨“头"；我们可以研制出多种多样的嵌入式遥感系统，缺少的也是核心的东西，高性能的国产传感“器"。归根到底，我国的信息产业的发展，与国外的相比，不足的根源就是微电子技术的差距太大。

信息产业的物质机器计算机是由硬件与软件两部分组成的，而软件是在硬件的限制下发展的，即硬件的水平将决定软件所能达到的水平。特别是现在，科学工作者正在把生命作为一种智能计算机来理解的时候，第三次产业革命的物质机器，估计将是全面具有类人智能的计算机。它不仅在计算速度上将达到并超过人脑的两亿亿次计算速度，而且还具有类似人脑那样的智能以及类似五官系统的“眼，耳，鼻，舌，身"等。这些能不能仅仅通过常说的计算智能（ComputationalIntelligence）的形式体系，也就是基于连接机制和基于进化机制的人工智能形式体系就能解决，还很不清楚。不过，由于人脑的基本成份的95％是水，人体的主要元素是氢，氧，碳，氮，钙和一些盐类，再加一些微量元素，如铁，镁等。能听说读写，会感知世界与改造世界的人就是由这些基本元素的原子级的巧妙构造而来的，人们正在从纳米技术，生物技术，MEMS技术与机器人技术等多方面进行探索，希望能从原子和分子级的设计上来实现第三次产业革命，使人类进入智能时代。

微电子技术是无法回避的

作为现代信息产业技术基础的微电子技术包括芯片制造技术与设计技术，主要体现在加工设备，加工工艺，封装测试，批量生产以及设计创新的能力上。加工设备的能力可以从硅园片的尺寸大小与硅芯片的特征线宽水平来衡量。目前，芯片加工设备正在从200毫米硅园片加工设备向300毫米硅园片加工设备过渡。从芯片特征线宽来看，目前,0.18－0.25μm芯片已进入批量生产阶段，估计2002年将达到0.13μm，半导体设备厂商正在积极进行努力，研发100nm技术的加工设备。芯片厂商不仅在继续缩小芯片的特征线宽，以提高单功能芯片的集成度；而且已能开发能在一块芯片上集成多种功能的加工工艺，将应用系统集成在一块芯片上而成为系统芯片（SOC）。要发展我国的信息产业，有关微电子技术的这些问题都是要尽快解决才行的。

为了迎接下一次产业革命，人们也早已在加速改进为实现纳米技术目标所需的工具。1981年IBM公司发明了“扫描探测显微镜"（SPM），使技术人员能够通过一个超级尖端来施加电压，从而移动原子。“原子力显微镜"也是由IBM公司开发的，它能够生成单个原子的表面状态图像，科学家们因而可以获得有关物质如何运动和在原子及分子水平上相互作用的新知识，这意味着他们现在能够把不同的分子彼此连接起来。由于纳米技术是在原子与分子级上进行设计来实现人们所希望的类生物的智能产品，人们预计它将使人类从信息时代进入智能时代。由于第三次产业革命的科学技术：光电子学，纳电子学，分子电子学和量子信息等，都需要采取由微电子产业发展起来的半导体微加工工艺技术，微电子技术不仅是信息产业革命的需要，也是下一次智能产业革命的需要，所以发展微电子技术是无法回避的。

自主芯片设计是无法回避的

近些年来，由于芯片的集成度已经上升到硅衬底能代替印制板（PCB），过去用若干物理组件在PCB上实现的复杂的电子系统，现在已能用若干IP（IntellectualProperty）核在硅衬底上实现，微电子技术已经从VLSI走向系统芯片SOC（SystemonChip）的新阶段。由于PCB系统的设计与验证主要是PCB上的物理组件之间的相互作用，而不是物理组件本身的设计与验证。物理组件一般是只能选用而不能修改的；如果没有合适的物理组件可用来实现系统的功能时，则就要进行相应物理组件的ASIC或FPGA设计。对SOC来说，由于组成它的IP核具有可修改性，在当前的SOC设计中，利用了IP核的可修改性带来的灵活性。但IP核的这个与物理组件在应用上的差别，不仅带来了SOC设计与验证的复杂性，而且也形成了提高SOC设计效率的障碍。那么，能不能使SOC的设计与PCB系统的设计类似，只有IP核的合并与互连布图验证呢？在SOC设计中要实现PCB系统设计中物理组件只能选用不能修改的原则，也就是相当于要将IP核设计成一种只需选用不需修改的可重用IP核。像PCB系统通过物理组件的积累形成物理组件库那样，对于SOC也要通过IP核的积累形成IP核库。顺便指出，IP核是可以参数化的，利用这一点，可以提高它的派生能力。还有，总线是PCB系统通信的主要结构，在SOC中也需要采用这样的技术。总之，要参照PCB系统的设计策略，就是要像物理组件的设计与PCB系统的设计能分开进行那样，按照即插即用的SOC设计目标，IP核的设计与SOC的设计也应该是能分开进行的。实现的关键就是如何能建立一些不需修改就能重用的IP核？以及如何使这些IP核适合应用领域的要求，能构成优化的SOC产品？换句话说，为了充分利用设计重用的好处，必须考虑两个方面：一是可重用构件的设计；二是重用已有构件的新系统的设计。

现在国内已经有用国外的IP核进行SOC芯片设计的，如果总是这样作，我们的SOC芯片设计就要受制于别人的IP核；就相当于现在总是用国外的芯片进行计算机设计，受制于别人的芯片一样，会防碍我国信息产业的发展。所以，自主设计芯片是无法回避的。

四大竞争需要大联合

半导体制备技术篇4

关键词：半导体材料发展趋势

中图分类号：O47文献标识码：A文章编号：

半导体信息功能材料和器件是信息科学技术发展的物质基础和先导。半导体材料是最重要最有影响的功能材料之一，它在微电子领域具有独占的地位，同时又是光电子领域的主要材料。半导体技术的迅速发展，必将深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式。

一、几种主流的半导体材料简介

（一）半导体硅材料

硅是当前微电子技术的基础材料，预计到本世纪中叶都不会改变。从提高硅集成电路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）单晶的直径和减小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si发展的总趋势。从进一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外，SOI材料，包括智能剥离和SIMOX材料等也发展很快。理论分析指出30nm左右将是硅MOS集成电路线宽的“极限”尺寸。这不仅是指量子尺寸效应对现有器件特性影响所带来的物理限制和光刻技术的限制问题，更重要的是将受硅、SiO2自身性质的限制。尽管人们正在积极寻找高K介电绝缘材料（如用Si3N4等来替代SiO2），低K介电互连材料，用Cu代替Al引线以及采用系统集成芯片技术等来提高ULSI的集成度、运算速度和功能，但硅将最终难以满足人类不断的对更大信息量需求。为此，人们除寻求基于全新原理的量子计算和DNA生物计算等之外，还把目光放在以GaAs、InP为基的化合物半导体材料，特别是二维超晶格、量子阱，一维量子线与零维量子点材料和可与硅平面工艺兼容GeSi合金材料等，这也是目前半导体材料研发的重点。

（二）半导体超晶格、量子阱材料

以GaAs和InP为基的晶格匹配和应变补偿的超晶格、量子阱材料已发展得相当成熟，并成功地用来制造超高速、超高频微电子器件和单片集成电路。基于上述材料体系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探测器，红、黄、橙光发光二极管和红光激光器以及大功率半导体量子阱激光器已商品化；表面光发射器件和光双稳器件等也已达到或接近达到实用化水平。目前，研制高质量的1.5μm分布反馈（DFB）激光器和电吸收（EA）调制器单片集成InP基多量子阱材料和超高速驱动电路所需的低维结构材料是解决光纤通信瓶颈问题的关键。另外，用于制造准连续兆瓦级大功率激光阵列的高质量量子阱材料也受到人们的重视。目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作为超薄层微结构材料发展的主流方向，正从直径3英寸向4英寸过渡；生产型的MBE和M0CVD设备已研制成功并投入使用，每台年生产能力可高达3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英、法、美、日等尖端科技公司等都有这种外延材料出售。生产型MBE和MOCVD设备的成熟与应用，必然促进衬底材料设备和材料评价技术的发展。

（三）光子晶体半导体材料及其发展趋势

光子晶体是一种人工微结构材料，介电常数周期的被调制在与工作波长相比拟的尺度，来自结构单元的散射波的多重干涉形成一个光子带隙，与半导体材料的电子能隙相似，并可用类似于固态晶体中的能带论来描述三维周期介电结构中光波的传播，相应光子晶体光带隙（禁带）能量的光波模式在其中的传播是被禁止的。如果光子晶体的周期性被破坏，那么在禁带中也会引入所谓的“施主”和“受主”模，光子态密度随光子晶体维度降低而量子化。如三维受限的“受主”掺杂的光子晶体有希望制成非常高Q值的单模微腔，从而为研制高质量微腔激光器开辟新的途径。光子晶体的制备方法主要有：聚焦离子束（FIB）结合脉冲激光蒸发方法，即先用脉冲激光蒸发制备如Ag/MnO多层膜，再用FIB注入隔离形成一维或二维平面阵列光子晶体；基于功能粒子（磁性纳米颗粒Fe2O3，发光纳米颗粒CdS和介电纳米颗粒TiO2）和共轭高分子的自组装方法，可形成适用于可光范围的三维纳米颗粒光子晶体；二维多空硅也可制作成一个理想的3－5μm和1.5μm光子带隙材料等。目前，二维光子晶体制造已取得很大进展，但三维光子晶体的研究，仍是一个具有挑战性的课题。有科学家提出了全息光栅光刻的方法来制造三维光子晶体，并取得了进展。

半导体制备技术篇5

产业规模扩大园区信心增强

《规划》明确提出，到2015年，国内半导体照明产业规模达到5000亿元，形成20-30家龙头企业，形成部级产业化基地20个，试点示范城市50个。

根据国家半导体照明工程研发及产业联盟提供的数据，2011年我国半导体照明产业规模仅有1560亿元。2015年半导体照明产业规模要达到5000亿元，意味着“十二五”期间半导体照明产业规模将增长数倍。

对于《规划》中提出的这一系列目标，近年来在半导体照明领域表现抢眼的潍坊高新区如何应对颇受关注。据潍坊高新区管委会相关负责人介绍，潍坊高新区近年来制定出台一系列政策，培育壮大产业，成为国内大发芯片封装和路灯、景观、普通照明产品制造基地和全国第一个实现白光照明全覆盖的高科技园区。潍坊高新区目前正在建设部级半导体照明特色产业基地，加快打造“中国光都”。前不久，科技部刚刚批复潍坊高新区建设国家半导体照明工程产业基地，如今《规划》出台，无疑将对潍坊高新区半导体照明产业的发展起到促进作用。今后3年，潍坊高新区将在提高产业链各环节关键技术的同时，培育3家以上规模化生产企业，生产规模达到国内前列。

半导体照明产业同样是西安高新区重点发展的战略性新兴产业之一。西安高新区发展改革和商务局局长贾强介绍，陕西省此前已出台《太阳能光伏和半导体照明产业振兴规划》，明确提出将西安高新区建设成两个半导体照明产业聚集区之一。如今，西安高新区拥有半导体照明企业数量近70家，初步形成了较为完整的产业链，未来将在《规划》的指导下加速产业发展。

鼓励技术创新企业应对挑战

《规划》在对半导体照明产业发展规模提出增长目标的同时，也对半导体产业的技术提出要求。《规划》提出，“十二五”期间，白光LED产业化光效达到150-2001m/W，成本降低至2011年的1/5，芯片国产化率达80%，申请发明专利300项，标准20项。

业内人士认为，目前国际知名半导体照明企业在专利、标准、人才等方面的竞争异常激烈，产业增长迅速，已经到了抢占产业制高点的关键时期。《规划》从技术层面对我国半导体照明产业提出要求，显然是为了增强企业的竞争力。

潍坊高新区企业浪潮华光光电子股份有限公司是国内最早引进生产型MOCVD设备，专业从事化合物半导体外延片及光电子器件研发与生产的高新技术企业，同时具有全色域半导体照明、民用LD外延材料制备、管芯生产、器件封装及应用产品一条龙生产技术，在国内光电子行业处于领先地位。由于多年来在半导体照明技术领域的积累和探索，该公司凭借“反极性红光LED技术”项目获得“2011中国LED技术创新奖”。对于《规划》中提出的技术要求，浪潮光电总经理助理王伟表示，为适应竞争需要，未来该公司将进一步加大技术投入，力争在专利申请和标准制定方面有所作为。

半导体制备技术篇6

“半导体制造技术”是我院电子封装技术专业的必修课程，也是培养学生实践动手能力和创新开发能力的专业特色课程之一。该课程的目标是培养学生系统掌握微电子关键工艺及其原理，并具有一定工艺设计、分析及解决工艺问题的能力，因此，在这门课程中引入实践教学是至关重要的。

一、“半导体制造技术”课程内容的特点

“半导体制造技术”这门课程广泛涉及量子物理、电学、光学和化学等基础科学的理论概念，又涵盖半导体后端工艺的材料分析等与制造相关的高新生产技术。该课程的主要内容包括微电子集成电路制造工艺中的氧化、薄膜淀积、掺杂（离子注入和扩散）、外延、光刻和刻蚀等工艺，培养学生掌握集成电路制造工艺原理和设计、工艺流程及设备操作方法，使学生掌握集成电路制造的关键工艺及其原理。同时，该课程又是一门实践性和理论性均较强的课程，其涉及涵盖的知识面广且抽象。基于此，培养学生的实践动手、工艺分析、设计及解决问题的能力单纯依靠课堂上的讲和看是远远达不到的。如何利用多种可能的资源开展工艺实践教学，加强科学实验能力和实际工作能力的培养，是微电子专业教师的当务之急。

二、教学条件现状及实践教学的引入

1.教学条件现状

众所周知，半导体制造行业的设备如金属有机化合物化学气相沉淀、等离子增强化学气相沉积（PECVD）和磁控溅射等设备价格昂贵，且对环境条件要求苛刻。与企业相比，高等学校在半导体制造设备和场地方面的投入远远不够。为了达到该课程的教学目标，我们学校购置了一些如磁控溅射系统、PECVD、高温扩散炉和快速热处理炉等与半导体制造工艺相关的设备。

2.引入实践教学的重要性