什么是集成电路(集成电路包括哪些内容)

半导体产业是国家重点扶持的产业之一，也是最关键的“卡脖子”产业之一。那么什么是半导体呢？

生活中所有的物体，根据其导电性大致可以分为三类:导体、半导体、绝缘体。

这个很好理解。物体要么导电，要么不导电，要么有点导电。正是这种三心二意、模棱两可的物质，给了物理学家不一样的发挥空。

根据电导率可分为:

绝缘体:低电导率，约20-18s/cm ~ 10-8s/cm，如熔融的应时和玻璃；

导体:高导电率，从104 s/cm到106 s/cm，如铝、银等金属。

半导体:导电性介于绝缘体和导体之间。

半导体是一种通常由硅构成的材料产品。其导电性高于玻璃等绝缘体，但低于铜或铝等纯导体。它的导电性和其他性质可以通过引入杂质(称为掺杂)来改变，以满足它所在的电子元件的特定要求。半导体，也称为半导体或芯片，可以在数千种产品中找到，如计算机、智能手机、设备、游戏硬件和医疗设备。

从材料的角度来看，半导体顾名思义是指室温下电导率介于导体和绝缘体之间的材料。通过处理半导体材料，可以形成集成电路，并且可以封装和测试集成电路以形成芯片。

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一般来说，半导体产业是指半导体材料加工成芯片的产业链，不仅仅指半导体材料。

一、半导体材料

材料是半导体工业的基础。根据化学成分，半导体可分为元素半导体和化合物半导体。

元素半导体材料是指由单体元素组成的半导体材料，包括锗、硅、硒、硼、碲、锑等。50年代以锗为主，但锗半导体器件耐高温和抗辐射能力差，60年代后期逐渐被硅材料取代。

化合物是指晶态无机化合物半导体，即由两种或两种以上元素按一定原子比形成的化合物，具有禁带宽度、能带结构等一定的半导体性质，包括砷化镓、氮化镓、碳化硅等。

图1:物体的电导率

图片来源:大英百科全书公司

第二，芯片用的是什么硅？

理论上，所有半导体都可以用作芯片材料，但硅是芯片最佳材料的主要原因如下:

(1)根据土壤元素含量，顺序为:氧>硅>铝>铁>钙>钠>钾...可以看出，硅排在第二位，含量巨大，这也使得芯片拥有了几乎取之不尽的原材料；

(2)硅的化学和材料性质非常稳定。最早的晶体管其实是用半导体材料锗制作的，但当温度超过75℃时，电导率会发生很大变化，而且锗制作PN结后的反向漏电流比硅大，所以选择硅作为芯片材料更合适。

(3)硅本身无毒无害，这也是选择它作为芯片制造材料的重要原因之一。

图2:多晶硅

图片:中经纵横

图3：单晶硅图3:单晶硅

图片:全球半导体观察

根据晶体类型，硅有两种同素异形体:结晶硅和无定形硅。晶体硅分为单晶硅和多晶硅。单晶硅和多晶硅的区别在于，当熔融的单质硅凝固时，硅原子在金刚石晶格中排列成许多晶核。如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，就会形成单晶硅；如果这些晶核长成具有不同晶面取向的晶粒，就会形成多晶硅。多晶硅是生产单晶硅的直接原料，单晶硅是生产芯片的主要原料。

三、单晶硅的主要生产工艺

根据生产方法的不同，可分为区熔单晶硅和直拉单晶硅。区熔单晶硅是通过悬浮区熔制备单晶硅。直拉法制备直拉法单晶硅。

两种单晶硅具有不同的特点和应用领域:区熔单晶硅主要用于大功率器件，仅占单晶硅市场的一小部分；直拉单晶硅主要用于微电子集成电路等芯片领域。接下来，我们主要介绍直拉单晶硅的主要制造工艺:

图4:硅胶

图片:百度百科

图5:直拉单晶硅的制造过程

图片来源:约翰·威利父子公司

用镁或燃烧碳还原二氧化硅得到多晶硅。熔化多晶硅，按照特定的方法旋转提拉，可以得到原子有序排列的单晶硅。图5中蓝色的圆棒是单晶硅，在提拉过程中一边旋转一边提拉。提拉法生长的晶锭是普通单晶硅圆柱体。