芯片为半导体材料,为什么以前收音机也叫半导体?

芯片为半导体材料,为什么以前收音机也叫半导体?,第1张

朋友们好,我是电子及工控技术,我来回答这个问题。收音机为什么叫半导体,我是这样认为的,我以前在九十年代学习无线电技术时,那时的收音机学习组装套件都是分离的电子元器件,在这些分离元件中有电阻、电容、中周、检波二极管,三极管、喇叭以及天线线圈等许多元器件。在这些元器件中,其中起主要核心器件的是六、七个三极管和检波二极管了。这几个三极管它们的材料都是以硅材料制作的,我还记的有几个是高频硅管,例如最常见的是9018H三极管,它们分别作为混频电路的核心器件,还作为一级、二级放大电路的核心器件。另外还有9013和9014这样的三极管,分别作为检波使用和作为预功放电路中的放大器使用。正是由于这些三极管和二极管的存在,并且它们在收音机电路中起着非常重要的作用,所以我认为当时人们才把收音机叫做半导体。

随着技术的发展,现在的收音机都趋向于集成化了,并使用了调幅和调频双波段收音机。在收音机电路中大都用集成电路替代了分离的三极管元器件。成为了名副其实的半导体了。

现在随着手机的普及,特别是一些智能手机,它们有的会有收音机的功能。现在收音机已经成为过去的记忆了,我很少收听收音机了,可能在一些老年朋友当中还会有人去用收音机去收听节目的。

以上就是我对这个问题的回答,欢迎朋友们参与讨论,敬请关注 电子及工控技术 ,感谢点赞。

芯片为半导体材料,为什么以前收音机也叫半导体?

因为以前的收音机用的元器件都是半导体二极管、半导体三极管。人们习惯用高大上的名称来记忆新鲜事物,让大家记忆犹新,这并不稀奇古怪。

建国初期,我国半导体技术一穷二白,1957年,当时最早的从事半导体研究的是刚回国的林兰英先生,他负责材料制备工作,团队共同努力下,成功研制了锗材料的半导体掺杂的锗单晶,随后由北京电子管厂在1958年,成功完成锗晶体管的批量生产和后期的规模制造。由此中国半导体收音机诞生了。

收音机被叫做半导体是因为里面主要元器件是晶体二极管、晶体三极管,而这些晶体管又分为锗材料和硅材料。二极管在收音机主要用来检波、整流、稳压;晶体三极管主要用来信号输入调谐振荡及中频465kHz放大,经过检波二极管后,最后用低频三极管再将音频信号放大还原成人体耳朵能听到的,频率为20~20000赫兹的声音。

要说半导体就得知道什么是半导体,知道半导体的一些基本特性。

晶体管是由半导体材料做成的。要了解晶体管的工作原理特性,很自然地要先了解半导体的特性。

物体从传导电的角度出发,可以分为三类:

1、导电体 这种物体具有良好的导电本领,如金属中铜、银、铝、铁、镍和金等都是人们熟知的良好导电体。

2、绝缘体 这种物体没有导电的本领(或者说导电能力其微弱),如玻璃、橡皮、塑料、胶木和石英等都是绝缘体。

3、半导体 这种物体既不象导电体那样容易导电,也不绝缘体那样不导电,它的导电能力介于导电体与绝缘体之间,如锗、硅、砷化镓和许多金属氧化物及金属硫化物等都属于半导体。

我们知道物质都是由分子构成的,分子又是由原子构成的,从原子排列的形式来看,可以把物质分成二大类……晶体和非晶体体。

晶体通常具有特殊的外形,它内部的原子按着一定规律整齐地排列着。而非晶体内部的原子排列则是杂乱的,没有规律的。

由于绝大多数半导体是晶体,因而往往把半导体材料就称为晶体。晶体管的名称就是这样得来的。

半导体之所以能做成晶体管,并不是由于它的导电能力介于导体与绝缘体之间这一性质,而在于它具有下述的一些独特性质

(1)半导体的导电能力随外界条件的变化会有显著的不同。

例如:当照射在半导体上的光线改变时,或者半导体所处的环境温度变化时,半导体的导电能力均将随着发生显著的改变。利用半导体的这种特性,可以制成各种光敏元件(如光敏电阻、光敏二极管,光敏三极管等)和热敏元件(如热敏电阻等)。

(2)在纯净的半导体(又叫本征半导体)中适当地掺入极微量的外来杂质,则半导体的导电能力就会有上百万倍的增加,这是半导体最突出最显著的性质。利用半导体的这个特性,可以制造出各种不同性质、不同用途的晶体管。

P型半导体和N型半导体

人们为了获得某种纯净的材料,杂质就成了讨厌的东西。杂质多,就意味着这材料质量不够好。但是,在半导体中掺有一定的杂质,却能达到预期的效果。掺杂有主杂质的半导体叫做N型半导体,掺有受主杂质的半导体叫做P型半导体。对于锗和硅半导体来说,最常用的施主杂质是锑、磷和砷等,常用的受主杂质有铟、铝、镓和硼等。

芯片为半导体元器件产品的统称。是半导体集成电路的一个最前沿的 科技 产品。芯片制作工艺及过程非常复杂,高端光刻机我国还是落后荷兰ASML很多,特别是DUV光刻机我国目前技术也就是28纳米,与国外的5纳米距离太大。

芯片的主要原材料是单晶硅,而硅的性质就是半导体,所以人们叫它半导体。硅是由石英砂通过精炼出来的,晶圆便是硅材料加以纯化达到纯度99.999%。

以前的最早的具有半导体性质单相导电的元件是红锌矿石,人们发现它具有单相导电性能,当时由于没有提炼技术,于是人们将它在没有经过任何提炼,利用其他辅助金属将它制作成一种叫做“矿石检波二极管”,用于无线电信号接收检波,将无线电波还原成为声音,用耳机来听。

而后,由爱迪生发现;在一根电极密封在碳丝灯泡内,靠近灯丝,当电流通过灯丝使它发热时,金属板极就有电流流过。于是就产生了真空二极管整流电子管。

人们发明了电子真空整流二极管具有单相导电性能,即阳极电位高于阴极时,阴极发射的电子在电场的作用下,向阳极运动形成电子流。反过来阴极电压比阳极高时,电子所受到电场力的作用会将电子拉回阴极而不能够产生电流。

再说硒片,它虽然不是金属,但是它与氧化铜组合在一起也具有单相导电特性。早期的无线电爱好者们利用硒片整流堆,来在早期的电子管收音机中作为整流用。早期的工业控制回路中,采用硒片单相导电性能,用于吸收回路作为保护用。它最大的优势是电压击穿后,可以自愈。

我国生产半导体的时间可以追溯1962年,当时是河北省半导体研究所,采用照相制版和光刻工艺制成硅平面型晶体管。

芯片也属于高度集成电路板,它是由最早的电子管 晶体管 小规模集成电路到中规模集成电路,再到大规模集成电路、超大规模集成电路、特大规模集成电路、巨大规模集成电路,逐步形成的。这些技术的发展,饱含着人类 科技 的不断提高与科研。

知足常乐于上海2021.7.22日

以前的电子管收音机名称很多,什么:“电匣子、戏匣子、话匣子”,也有的干脆直接叫“无线电”,很少有人叫收音机。

后来科学家发明了半导体三极管,开始逐步取代电子管用于各种电子设备,但和老百姓生活息息相关的就是用半导体管取代电子管制成可以随身携带的小型收音机。由于半导体管是这种收音机的核心部件,所以反映收音机档次的主要指标,就是使用半导体三极管的数量。比如单管机、五管机、八管机等。

当时的零售半导体三极管非常昂贵,商场里卖的正品三极管都在二十元上下,差不多相当于天津市区两三个居民一个月的生活费,六管以上的半导体收音机是普通工薪阶层想都不敢想的事。由此可见,使用半导体管就是这种收音机的基本特征,用“半导体”三个字来称呼半导体收音机也就不足为奇了。而且很多人并不了解或不关心半导体除了用作收音机还能干什么。所以半导体就代表收音机、收音机就是半导体。

至于提问中讲到的硅半导体芯片是后来的事情。当时的半导体管基本都是锗制造,后来发现锗的来源较少且很难集成化,于是才开始用硅来生产集成电路。可以说在半导体三极管家族中锗还是硅的前辈呢。只是现在很少提及以至于快要被遗忘了。以上是我的回答。

收音机,继电子管以后,改用晶体三极管组装。而晶体三极管本身的材料,就是运用了锗和硅材料。锗和硅,都是具有半导体性能。

由于锗的稳定性差,基本被淘汰了!

而硅材料,还在继续在广泛应用中。

说”半导体”收音机,是当时年代中的泛称,不必指责。

将收音机称为半导体是简称,全称是半导体收音机,也称为晶体管收音机,这是因为使用了由半导体材料制作的半导体管,也称晶体管。与半导体收音机或晶体管收音机对应的是电子管收音机,也称真空管收音机。

导体原子核周围电子非常少,容易被拉走,所以导电性好,比如,银,铜,铝等,绝缘体原子核周围有八个电子,结构非常稳定,常用到电气绝缘场合。而半导体原子核周围有四个电子,导电性介于导体半导体之间,常用“硅”和“锗”这两种材料制造晶体管,当把它们制造成“PN”结的时候,就具备单向导电性,这就是常说的二极管,当制成PNP或NPN时,就成啦三极管啦!给予适当的偏置电路(PNP正偏,NPN反偏),使三极管工作在不同的区域(饱和,截止,放大)就能产生放大,开关作用,以前的收音机就是由这些分立件加上其他元件组成的,所以俗称“半导体”。而集成电路芯片,是在一大块半导体上光刻出巨大数量的半导体元件,叫半导体没毛病,有人说集成电路优点是体积小,其实这是他的特点,你想特意做个大的集成电路还费劲呢!所以说,无论晶体管,集成电路,PN结是灵魂,是基础。后来衍生出可控硅,场效应管,IGBT等,都属于半导体。

是啊夲老衲在六十年代上初中时,去百货公司用伍块钱买了一只锗管高频三极管,让我心痛了半个月。

以前的收音机叫半导体?这个说法不准确。收音机就叫收音机,有的地方方言叫电匣子,最早是用来区别有线广播喇叭的,所以也叫无线电广播接收机,有人简称为无线电。早年我见过交流电子管收音机,直流电子管收音机,这两种收音机不可能被称为半导体,跟半导体不沾边。60年代开始有了晶体管收音机,晶体管是用半导体材料锗和硅制造的,所以晶体管收音机又叫半导体收音机,再后来,有了半导体集成电路,晶体管收音机的叫法也名不副实了,加上家用电子管收音机被淘汰,所以市面上就只有半导体收音机一种产品,慢慢的,一些人为了说法方便简捷,口语中就把半导体收音机简称为半导体,书面语言中没有这样的称呼,收音机是收音机,半导体是指锗硅等材料的导电性能,二者完全不是一个概念。

半导体从导电性而言是介于导体与绝缘体之间的几种元素。早期的收音机是放大元件为电子管。半导体技术发展最早的器件就是晶体管,分为二极管与三极管。三极管同样具有放大作用。所以可用晶体管制造收音机。为与老的电子管收音机相区别。所以一般称为晶体管收音机,或称半导体收音机。在半导体技术不断发展下,出现半导体集成电路,即现今习惯称为芯片的器件。实际上顾名思义就是在一块芯片上,集成了许许多多的半导体三极管,二极管,甚至电阻,电容等。集成电路由集成的三极管数量,分为小规模,中规模,大规模集成电路。所以芯片的基础是半导体三极管,二极管。都是由半导体材料制造。所以都可称之为半导体

当时民用收取广播信号的只有“收音机”,而早期的收音机都是“真空管”制作,70年代半导体晶体管开始用于制作“收音机”,优点瞬间就秒了真空管,如体积小,可用干电池,省电,携带方便,成本低,制作容易……除了灵敏度和音色不如真空管,其他都是完胜……因此,大家直接就把晶体管收音机,泛称为“半导体”了……

作者/朱公子

第三代半导体

我估摸着只要是炒股或者是关注二级市场的朋友们,这几天一定都没少听这词儿,如果不是大盘这几天实在是太惨了,估计炒作行情会比现在强势的多得多。

那到底这所谓的第三代半导体,到底是个什么玩意?值不值得炒?未来的逻辑在哪儿?

接下来,只要您能耐着性子好好看,我保证给它写的人人都能整明白,这可比你天天盯着大盘有意思的多了!

一、为什么称之为第三代半导体?

1、重点词

客官们就记住一个关键词—— 材料 ,这就是前后三代半导体之间最大的区别。

2、每一代材料的简述

①第一代半导体材料: 主要是指硅(Si)、锗元素(Ge)半导体材料。

兴起时间: 二十世纪五十年代。

代表材料: 硅(Si)、锗(Ge)元素半导体材料。

应用领域: 集成电路、电子信息网络工程、电脑、手机、电视、航空航天、各类军事工程和迅速发展的新能源、硅光伏产业。

历史 意义: 第一代半导体材料引发了以集成电路(IC)为核心的微电子领域迅速发展。

对于第一代半导体材料,简单理解就是:最早用的是锗,后来又从锗变成了硅,并且几乎完全取代。

原因在于: ①硅的产量相对较多,具备成本优势。②技术开发更加完善。

但是,到了40纳米以下,锗的应用又出现了,因为锗硅通道可以让电子流速更快。现在用的锗硅在特殊的通道材料里会用到,将来会涉及到碳的应用,下文会详细讲解。

②第二代半导体材料: 以砷化镓(GaAs)、锑化铟(InSb)为代表,是4G时代的大部分通信设备的材料。

兴起时间: 20世纪九十年代以来,随着移动通信的飞速发展、以光纤通信为基础的信息高速公路和互联网的兴起,以砷化镓、锑化铟为代表的第二代半导体材料开始崭露头角。

代表材料: 如砷化镓(GaAs)、锑化铟(InSb);三元化合物半导体,如GaAsAl、GaAsP;还有一些固溶体半导体,如Ge-Si、GaAs-GaP;玻璃半导体(又称非晶态半导体),如非晶硅、玻璃态氧化物半导体;有机半导体,如酞菁、酞菁铜、聚丙烯腈等。

应用领域: 主要用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件,是制作高性能微波、毫米波器件及发光器件的优良材料。

因信息高速公路和互联网的兴起,还被广泛应用于卫星通讯、移动通讯、光通信和 GPS 导航等领域。

性能升级: 以砷化镓为例,相比于第一代半导体,砷化镓具有高频、抗辐射、耐高温的特性。

总结: 第二代是使用复合物的。也就是复合半导体材料,我们生活中常用的是砷化镓、磷化铟这一类材料,可以用在功放领域,早期它们的速度比较快。

但是因为砷含剧毒!所以现在很多地方都禁止使用,砷化镓的应用还只是局限在高速的功放功率领域。而磷化铟则可以用来做发光器件,比如说LED里面都可以用到。

③第三代半导体材料: 以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)、金刚石为四大代表,是5G时代的主要材料。

起源时间: M国早在1993年就已经研制出第一支氮化镓的材料和器件。而我国最早的研究队伍——中国科学院半导体研究所,在1995年也起步了该方面的研究。

重点: 市场上从半年前炒氮化镓的充电器时,市场的反应一直不够强烈,那是因为当时第三代半导体还没有被列入国家“十四五”这个层级的战略部署上,所以单凭氮化镓这一个概念,是不足以支撑整个市场逻辑的!

发展现状: 在5G通信、新能源 汽车 、光伏逆变器等应用需求的明确牵引下,目前,应用领域的头部企业已开始使用第三代半导体技术,也进一步提振了行业信心和坚定对第三代半导体技术路线的投资。

性能升级: 专业名词咱们就不赘述了,通俗的说,到了第三代半导体材料这儿,更好的化合物出现了,性能优势就在于耐高压、耐高温、大功率、抗辐射、导电性能更强、工作速度更快、工作损耗更低。

有一点我觉得需要单独提一下:碳化硅与氮化镓相比较,碳化硅的发展更早一些,技术成熟度也更高一些;两者有一个很大的区别是热导率:在高功率应用中,碳化硅占据统治地位;氮化镓具有更高的电子迁移率,因而能够比碳化硅具有更高的开关速度,所以在高频率应用领域,氮化镓具备优势。

第三代半导体的应用

咱们重点说一说碳化硅 。碳化硅在民用领域应用非常广泛:其中电动 汽车 、消费电子、新能源、轨道交通等领域的直流、交流输变电、温度检测控制等。

咱先举两个典型的例子:

1.2015年,丰田 汽车 运用碳化硅MOSFET的凯美瑞试验车,逆变器开关损耗降低30%。

2.2016年,三菱电机在逆变器上用到了碳化硅,开发出了全世界最小马达。

而其他军用领域上,碳化硅更是广泛用于喷气发动机、坦克发动机、舰艇发动机、风洞、航天器外壳的温度、压力测试等。

为什么我说要重点说说碳化硅呢?因为半导体产业的基石正是 芯片 ,而碳化硅,正因为它优越的物理性能,一定是将来 最被广泛使用在制作半导体芯片上的基础材料

①优越的物理性能:高禁带宽度(对应高击穿电场和高功率密度)、高电导率、高热导率。而且,碳化硅MOSFET将与硅基IGBT长期共存,他们更适合应用在高功率和高频高速领域。

②这里穿插了一个陌生词汇:“禁带宽度”,这到底是神马东西?

这玩意如果解释起来,又得引申出如“能带”、“导带”等一系列的概念,如果不是真的喜欢,我觉得大家也没必要非去研究这些,单说在第三代半导体行业板块中,能知道这一个词,您已经跑赢90%以上的小散了。

客观们就主要记住一个知识点吧: 对于第三代半导体材料,越高的禁带宽度越有优势

③主要形式:“衬底”。半导体芯片又分为:集成电路和分立器件。但不论是集成电路还是分立器件,其基本结构都可划分为“衬底 -外延-器件”结构,而碳化硅在半导体中存在的主要形式是作为衬底材料。

④生产工艺流程:

原料合成——晶体生长——晶锭加工——晶体切割——晶片研磨——晶片抛光——晶片检测——晶片清洗

总结:晶片尺寸越大,对应晶体的生长与加工技术难度越大,而下游器件的制造效率越高、单位成本越低。目前国际碳化硅晶片厂商主要提供4英寸至6英寸碳化硅晶片,CREE、II-VI等国际龙头企业已开始投资建设8英寸碳化硅晶片生产线。

⑤应用方向:科普完知识、讲完生产制造,最终还是要看这玩意儿怎么用,俩个关键词:功率器件、射频器件。

功率器件: 最重要的下游应用就是—— 新能源 汽车

现有技术方案:每辆新能源 汽车 使用的功率器件价值约700美元到1000美元。随着新能源 汽车 的发展,对功率器件需求量日益增加,成为功率半导体器件新的增长点。

新能源 汽车 系统架构中,涉及到功率器件包括——电机驱动系统、车载充电系统(OBC)、电源转换系统(车载DC/DC)和非车载充电桩。碳化硅功率器件应用于电机驱动系统中的主逆变器。

另外还应用领域也包括——光伏发电、轨道交通、智能电网、风力发电、工业电源及航空航天等领域。

射频器件: 最重要的下游应用就是—— 5G基站

微波射频器件,主要包括——射频开关、LNA、功率放大器、滤波器。5G基站则是射频器件的主要应用方向。

未来规模:5G时代的到来,将为射频器件带来新的增长动力!2025年全球射频器件市场将超过250亿美元。目前我国在5G建设全球领先,这也是对岸金毛现在狗急跳墙的原因。

我国未来计划建设360万台-492万台5G宏基站,而这个规模是4G宏基站的1.1-1.5倍。当前我国已经建设的5G宏基站约为40万台,未来仍有非常大的成长空间。

半导体行业的核心

我相信很多客官一定有这样的疑问: 芯片、半导体、集成电路 ,有什么区别?

1.半导体:

从材料方面说 ,教科书上是这么描述的:Semiconductor,是常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的一类材料;

按功能结构区分, 半导体行业可分为:集成电路(核心)、分立器件、光电器件及传感器四大类。

2.集成电路(IC, integrated circuit):

最经典的定义就是:将晶体管、二极管等等有源元件、电阻器、电容器等无源元件,按照一定的电路互联,“集成”在一块半导体单晶片上,从而完成特定的电路或者系统功能。

3.芯片:

半导体元件产品的统称 ,是指内含集成电路的硅片,是集成电路的载体,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。

为什么说集成电路,是半导体行业的核心? 那是因为集成电路的销售比重,基本保持在半导体销售额的80%。

比如,2018年全球4700亿美元的半导体销售额中,集成电路共计3900亿美元,占比达84%。

第三代半导体的未来方向

中国半导体业进入IDM模式是大势所趋,其长久可持续性我非常认可。但是讲到IDM,又有一堆非常容易混淆的概念,篇幅实在是太长了,咱们就不再拆分来讲了,你只要知道IDM最牛逼就完事了!

IDM: 直译:Integrated Design and Manufacture, 垂直整合制造

1.IDM企业: IDM商业模式,就是国际整合元件制造商模式。其厂商的经营范围涵盖了IC设计、IC制造、封装测试等各个环节,甚至也会延伸到下游电子终端。典型厂商:Intel、三星、TI(德州仪器)、东芝、ST(意法半导体)等。

2.IDM模式优势:

(1)IDM模式的企业,内部有资源整合优势,从IC设计到IC制造所需的时间较短。

(2)IDM企业利润比较高。根据“微笑曲线”原理,最前端的产品设计、开发与最末端的品牌、营销具有最高的利润率,中间的制造、封装测试环节利润率较低。

(3)IDM企业具有技术优势。大多数的IDM企业都有自己的IP(知识产权),技术开发能力比较强,具有技术领先优势。

3.IDM重要性

IDM的重要性是不需要用逻辑去判断的,全球集成电路市场的60%由IDM企业所掌握。比如三星电子、恩智浦、英飞凌、NXP等。

4.中国为什么要发展IDM模式?

IDM模式的优势: 产业链内部直接整合、具备规模效应、有效缩短新产品上市时间、并将利润点留在企业内部。

市场的自然选择: 此外,中国已成为全球最大的集成电路消费市场,并具有丰富的劳动力资源,对于发展自有品牌的IDM具有市场优势和成本优势。

现在,无论是被M国的封锁倒逼出来,还是我们自主的选择,我们都必须开拓出一条中国IDM发展之路!

现状: 目前国内现有的所谓IDM,其制造工艺水平和设计能力相当低,比较集中在功率半导体,产品应用面较窄,规模做不大。我知道,这些事实说出来挺让人沮丧的,但这就是事实。

但正因为我们目前处在相对落后的阶段,才更加需要埋头苦干、咬牙追赶,然后一举拿下!

本来写这篇文章的时候不想说股的,但还是提几只吧,也算是给咱们国家的半导体事业做一点点微小的贡献。

射频类相关优质标的:卓胜微、中天 科技 、和而泰、麦捷 科技 ;

IDM相关优质标的:中环股份、上海贝岭、长电 科技


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