洽谈半导体fab厂行业职位特点和未来规划

先简单介绍一下本人，曾在世界一流台企半导体公司任职PIE(制程整合工程师)，目前跳槽到design house（芯片设计公司） 做产品工程师。之后的文章会浅谈一下PIE的工作性质和职业规划。

观看这篇文章的大部分读者应该是近期打算入职半导体行业的朋友，这两年国内半导体行业发展对于半导体行业的工程师来说是一件好事，我身边的朋友都比较喜欢把半导体行业和当年的计算机行业相比，未来发展前景很大。半导体行业相比计算机行业有一个优势，那就是半导体相关的知识其实很难从学校里学习到（特别是制程方面），换而言之这个行业不会被新人挤掉，工程师工作经验越丰富，工作能力也就越强，是个可以长久吃下去的饭碗。

从半导体芯片生产的全过程来说，首先呢是会有一些公司生产晶圆，晶圆是半导体芯片生产的“地基”，有一种公司是将沙子制造成晶圆。有了晶圆之后，之后是将芯片的设计图盖到晶片上。这类公司国内目前岗位空缺很大，我之前也是在这种公司上班，这里可以和大家详细的讲解一下这类公司的职员推荐。

先说说fab里的生态，比较底层的工程师是设备工程师，这类工程师主要和设备打交道，主要的工作内容是对机台进行日常的维护，会有大量的时间在生产线上，半导体生产线需要很高的无尘条件，所以设备工程师常年穿着那种实验室的无尘服，之前听过一个朋友无尘服过敏！！此外在维护机台的时候会和一些化学试剂接触，有接触危险化学试剂的可能，不太推荐这种岗位，工作强度很大，机台故障可能随时被拉回公司维护，听说之前厂里有一个朋友喝完酒被拉回公司做维护，结果吐到机台里面了。未来的职业规划能可以往下游设备厂商那边去，工作会轻松一点，其次呢是往制程工程师转职。

制程工程师在fab厂里会根据制程的特性划分，比如蚀刻的晶片制程会有一个蚀刻制程部门，去制程工程师那边工作强度看部门的，也看厂，有些芯片的制作工艺对离子注入敏感度很高，那离子注入部门就很忙，不过正常来说蚀刻部门算是最倒霉的，因为蚀刻是一锤子买卖，很容易出问题。这类工程师比较好的职业规划有新制程导入岗位，其他fab的制程工程师，厂商等，基本是平级或者往下游跳槽。

一个fab里比较重要的两个部门是PIE 和 YED，分别是制程整合和良率提升。

对于比较先进的芯片制造工艺，PIE算是一个厂的心脏，话语权很大，对于新入行的朋友这个部门是比较推荐的（特别是先进制程公司），可以学习到很多东西，这里不细说，后面在写一篇文章介绍这个职位的工作内容。不过可以简单的说这个职位可以学习到一个fab厂的所有东西（皮毛的那种），工作能力强点的同事可以兼做YED PES的工作，所以后续的职业规划就很广泛，基本上半导体行业的岗位都可以跳槽，比如产品工程师（fab或者desing house的产品工程师都不错），SQE，contact window等等，年轻好学一点的也有机会去做设计工程师。YED 其实和PIE类似，看fab厂里生态，有些厂制程比较稳定，晶片的良率问题基本是来自defect，那种fab YED的话语权就比较大。PES算是做更多客户那边数据的分析，可以考虑往上游客户跳槽。

我个人认为fab厂的岗位性价比比较高的算是PIE YED，工作压力会稍微比设备和制程工程师轻松一些，不建议刚入职直接去PES，PES这个岗位我个人是觉得有一点PIE的经验再转过去比较好一些。

后面会再写一写fab厂里的工作状态，入职面试技巧之类的内容。

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无尘实验室设计可以分为以下几个级别：

1级，这个级别的无尘实验室主要用于制造集成电路的微电子工业，对集成电路的精确要求为亚微米。

10级，这个级别的无尘实验室主要用于带宽小于2微米的半导体工业。

100级，很多人认为，这一级无尘实验室是最常用因而是最重要的无尘车间，人们常常错误地将100级洁净室称为无菌室，以说明“无菌”的或“无尘”的环境要求，100级无尘实验室可用于医药工业的无菌制造工艺等，这一洁净室大量应用于，植如体内物品的制造，外科手术，包括移植手术，集成器的制造，那些对细菌感染特别敏感的病人的隔离治疗，比如像骨髓移植病人术后的隔离治疗。

1000级，这个级别的无尘实验室主要用于高质量光学产品的生产，还用于测试，装配飞机蛇螺仪，装配高质微型轴承等。

10000级，万级无尘实验室用于液压设备或气压设备的装配，某些情况下也用于食品饮料工业，此外，万级无尘车间在医工业中也很常用。

100000级，十万级无尘实验室用于很多的工业部门，比如光学产品的制造，用于较小的元器件制造大型的电子系统，液压或气压系统的制造，食品饮料的生产，医、药工业也常常使用这一级无尘实验室。

中科院量子信息重点实验室教授郭国平、肖明与合作者成功实现了半导体量子点体系的两个电荷量子比特的控制非逻辑门，成果于7月17日发表在《自然—通讯》上 。中科院量子信息重点实验室郭国平教授半导体量子芯片研究组及其合作者又破世界纪录，通过实验成功实现世界上最快速量子逻辑门 *** 作，取得半导体量子芯片研究的重要突破。

传统砷化镓半导体量子点量子比特研究

半导体量子点由于其良好的扩展性和集成性是实现固态量子计算的最有力候选者。由单电子在双量子点中的左右量子点的占据态编码的电荷量子比特有众多的优越性，成为量子计算研究最热门的研究方向。首先，电荷量子比特门 *** 作速度可以较大范围的调节，达到GHz的频率；其次，电荷量子比特的制备、 *** 控和读取可以用全电学 *** 控来完成；最后，电子电荷自由度作为量子比特可以与现有信息处理技术兼容，并且可以利用先进的半导体工艺技术完成大面积的扩展和集成。一个单量子比特逻辑门 *** 控和一个两量子比特受控非门可以组合任意一个普适量子逻辑门 *** 控，而实现普适量子逻辑门 *** 控是实现量子信息处理过程的最关键技术。国际上主要有美国哈佛大学、威斯康星大学等集中在电子电荷量子比特的量子计算研究，我们研究团队在2013年成功实现了半导体超快普适单比特量子逻辑门（Nat. Commun. 4:1401 (2013)，经过两年的摸索和积累，研究组在2015年成功实现两个电荷量子比特的控制非门，其 *** 控最短在200皮秒以内完成。相对于国际上目前电子自旋两量子比特的最高水平，新的半导体两量子比特的 *** 控速度提高了数百倍。单比特和两比特的量子逻辑门的完成，表明量子计算所需的所有基本量子逻辑门都可以在半导体上通过全电控制方式实现。这种方式具有 *** 控方便、速度超快、可集成化、并兼容传统半导体电子技术等重要优点，是进一步研制实用化半导体量子计算的坚实基础。

图示为单量子比特 *** 控和两量子比特 *** 控实验样品和实验测量图。

新型非掺杂砷化镓和硅锗异质结量子比特的制备和 *** 控研究

传统的砷化镓量子点是基于掺杂的砷化镓铝异质结中的二维电子气上形成的。由于掺杂不可避免的削弱电子电荷和自旋的稳定性，从而增加了量子比特受到掺杂电子电荷噪声的影响，缩短了量子比特的弛豫时间，加快了量子比特的的退相干过程。以解决上述问题为目标，分别采用非掺杂GaAs和SiGe异质结进行新型双层结构量子点器件的设计和制备，减小电荷噪声的影响，排除核自旋的影响，延长量子比特的退相干时间，实现单电子电荷和自旋量子比特的制备、测量和 *** 控。新型量子点器件是继承传统量子点器件可集成性等优势的同时，又具有高迁移率、强稳定性的增强型量子点研究体系，是实现多量子比特耦合的基础。基于非掺杂砷化镓异质结的电荷量子比特和基于非掺杂SiGe异质结的电子自旋量子比特研究都是相关研究中的新兴热门领域，特别是基于SiGe量子点的自旋量子比特由于其没有核自旋，具有较长的量子退相干时间。我们研究团队成功制备了两种材料的双量子点器件，完成了砷化镓量子点的表征和电子弛豫时间以及退相干时间的测量，正在开展进一步的实验研究。图示为新型非掺杂砷化镓和硅锗双量子点样品的结构图和实验测量。

半导体量子点与超导腔耦合的复合量子比特以及多量子比特扩展

基于半导体量子点的量子计算方案都是利用相邻量子点量子比特之间的交换相互作用来实现多比特的量子逻辑门 *** 作，非近邻量子比特之间的逻辑门 *** 作需要通过一系列近邻门 *** 作组合完成，这大大增加了计算过程中逻辑门 *** 作的数量和难度。最近有些理论工作提出借用超导量子比特系统中的超导传输谐振腔等概念来实现半导体量子点非近邻量子比特耦合的量子数据总线，但是相应的实验还处于起步和摸索阶段。不过半导体量子点和超导谐振腔为我们提供一种崭新的物理体系，同时很好的兼容了传统半导体产业各种微纳米工艺和技术，在未来的信息处理器中具有广阔的应用前景。我们团队提出了最早的非强耦合条件下的超导传输谐振腔与量子点量子计算理论方案（Phys. Rev. Lett. 101 , 230501 (2008).），大大降低了实验的要求和难度。

我们研究团队在半导体量子点的制备和 *** 控方面积累了大量的实验经验和技术，对超导谐振腔体的制备和表征也掌握关键的工艺技术。经过几年研究积累，完成了超导谐振腔与石墨烯双量子点以及超导谐振腔与两个石墨烯双量子点实现远程耦合的实验研究，以此为基础着力于解决半导体量子点多比特之间的耦合问题，具有很大的理论和实验挑战性。我们目前的这些前期工作已属于世界研究前列，结合已开展的半导体量子点处理单元和测量单元研究，集中推进基于固态量子比特的多量子比特扩展研究。

基于新型二维材料（Graphene，TMDS）体系的量子器件制备和量子物理研究

二维材料体系由于其独特的结构和性质优越性，被科学界大量研究，特别是单层石墨烯材料，以及最近掀起一波研究热潮的TMD材料体系。我们研究团队在实验室内设计制备了多种石墨烯量子点元器件，2009年在国际上首先制备出石墨烯量子点+单电子测量器的芯片（ Applied. Phys. Letters 97, 262113 (2010)），特别是制备出了世界上第一块并联的石墨烯双量子点样品（ Applied. Phys. Letters 99, 112117 (2011)），开发了集成测量读出系统的全石墨单电子晶体管；设计了石墨烯量子点元器件的全电学 *** 控模式，掌握了精细调节电极控制量子点器件上电子状态的规律和方法；另外我们在国际上率先提出了石墨烯量子点量子计算的完整方案等；我们设计的石墨烯结构和尺寸等方面的优势在国际上也居于比较前列的位置。近期我们也开展了关于TMDs材料方面的量子器件研究，取得了一些重要的实验结果。

“量子芯片”是未来量子计算机的“大脑”。 2016年2月，国际权威杂志《物理评论快报》发表了中国科学技术大学郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室郭国平研究组在量子芯片开发领域的一项重要进展。该成果由郭国平研究组及合作者完成，首次在砷化镓半导体量子芯片中成功实现了量子相干特性好、 *** 控速度快、可控性强的电控新型编码量子比特。研究组利用半导体量子点的多电子态轨道的非对称特性，首次在砷化镓半导体系统中实现了轨道杂化的新型量子比特，巧妙地将电荷量子比特超快特性与自旋量子比特的长相干特性融为一体，实现了“鱼”和“熊掌”的兼得。实验结果表明，该新型量子比特在超快 *** 控速度方面与电荷量子比特类似，而其量子相干性方面，却比一般电荷编码量子比特提高近十倍。同时，该新型多电子轨道杂化实现量子比特编码和调控的方式具有很强的通用性，对探索半导体中极性声子和压电效应对量子相干特性的影响提供了新思路。

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