半導(dǎo)體工業(yè)的誕生

在本節(jié)中，我們將逐一闡述半導(dǎo)體發(fā)展的歷史性產(chǎn)品和世界主流半導(dǎo)體制程的代際演進(jìn)過(guò)程。從半導(dǎo)體主要制造階段所需主要材料的準(zhǔn)備開(kāi)始，到最終的產(chǎn)品封裝階段，我們將沿著主流的半導(dǎo)體產(chǎn)品類型，半導(dǎo)體晶體管的制造結(jié)構(gòu)以及不同的集成度水平來(lái)進(jìn)行相關(guān)的介紹和闡述。除此之外，我們還將對(duì)實(shí)際應(yīng)用到的工業(yè)產(chǎn)品和制程演進(jìn)的趨勢(shì)進(jìn)行進(jìn)一步的介紹。

隨著半導(dǎo)體工業(yè)從最初的小作坊式實(shí)驗(yàn)室成品到后來(lái)的大規(guī)模自動(dòng)化工廠制造模式，半導(dǎo)體行業(yè)的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)因素和經(jīng)濟(jì)制約因素也發(fā)生了相當(dāng)重大的變化。越來(lái)越多的大型特種材料和專業(yè)化、定制化、智能化裝備行業(yè)的全面發(fā)展也有力推動(dòng)了芯片制造走向了更加規(guī)?；纳a(chǎn)方向。估計(jì)半導(dǎo)體行業(yè)是一個(gè)巨大的市場(chǎng)，市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)幾百億美金，并且養(yǎng)活了價(jià)值1.2萬(wàn)億美元的全球電子系統(tǒng)行業(yè)。展望未來(lái)，在半導(dǎo)體行業(yè)中的先進(jìn)技術(shù)，以及納米技術(shù)和全球消費(fèi)市場(chǎng)爆炸式增長(zhǎng)正在塑造半導(dǎo)體的未來(lái)，并且持續(xù)處于極速夸張當(dāng)中，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到其擴(kuò)張潛力。晶圓制造催生了一個(gè)年銷售額約為600億美元的設(shè)備行業(yè)（通常占芯片的15-20%）。

半導(dǎo)體工業(yè)的誕生

半導(dǎo)體工業(yè)的最起源頭可以追溯到1906年德弗雷斯特在世界上首次發(fā)明了真空三極管。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)迅速的被后續(xù)的工程師們找到了相應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)景，比如說(shuō)，它促成了收音機(jī)、電視還有類似相關(guān)功能的消費(fèi)級(jí)電子產(chǎn)品的出生。我們現(xiàn)在幾乎每天都在使用的電腦、手機(jī)，最初的原型機(jī)-世界上第一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)“ENIAC”于1946年2月14日在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)誕生。發(fā)明人是美國(guó)人莫克利（JohnW.Mauchly）和艾克特（J.PresperEckert）。美國(guó)國(guó)防部用它來(lái)進(jìn)行彈道計(jì)算。它是一個(gè)龐然大物，用了18000個(gè)電子管，占地170平方米，重達(dá)30噸，耗電功率約150千瓦，每秒鐘可進(jìn)行5000次運(yùn)算，這在現(xiàn)在看來(lái)微不足道，但在當(dāng)時(shí)卻是破天荒的。ENIAC以電子管作為元器件，所以又被稱為電子管計(jì)算機(jī)，是計(jì)算機(jī)的第一代。電子管計(jì)算機(jī)由于使用的電子管體積很大，耗電量大，易發(fā)熱，因而工作的時(shí)間不能太長(zhǎng)。雖然說(shuō)在現(xiàn)代人看來(lái)非常不靈便的電腦，但在當(dāng)時(shí)來(lái)看，依然具有劃時(shí)代的意義，標(biāo)志著人類逐漸向信息化時(shí)代邁進(jìn)了。

一個(gè)真空管有三個(gè)簡(jiǎn)單的元素構(gòu)成：在玻璃罩外殼中，是兩個(gè)被金屬網(wǎng)隔開(kāi)的電極，外殼內(nèi)部被設(shè)計(jì)成真空，為什要設(shè)計(jì)為真空？主要是為了避免電極材料被燒蝕氧化造成耗損，并且也保證了電子轉(zhuǎn)移路徑的通暢。

電子管執(zhí)行兩個(gè)重要的電氣功能：開(kāi)關(guān)和放大。開(kāi)關(guān)是指電氣設(shè)備打開(kāi)或關(guān)閉電流的能力。放大有點(diǎn)復(fù)雜。它是設(shè)備接收小信號(hào)（或電流）并放大它，同時(shí)保持其點(diǎn)穴性質(zhì)，比如說(shuō)頻率等。

真空管有許多缺點(diǎn)。它們體積龐大，容易連接松動(dòng)和真空泄漏；它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上較為脆弱;它們需要相對(duì)較大的驅(qū)動(dòng)功率;它們的電極材料損耗得相當(dāng)快。由于管子極易燒壞而導(dǎo)致的設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)間非常有限，這是ENIAC和其他基于真空管的計(jì)算機(jī)的主要缺點(diǎn)，因此在最開(kāi)始時(shí)，世界上大多數(shù)工程師并不承認(rèn)計(jì)算機(jī)早期的潛力。IBM董事長(zhǎng)托馬斯·沃森（Thomas Watson）于1943年曾斷言：我認(rèn)為可能有五臺(tái)計(jì)算機(jī)的全球市場(chǎng)。

審核編輯：湯梓紅