半导体的发展历程??

半导体的发展历程??,第1张

1947年,美国贝尔实验室发明了半导体点接触式晶体管,从而开创了人类的硅文明时代。

1956年,我国提出“向科学进军”,根据国外发展电子器件的进程,提出了中国也要研究半导体科学,把半导体技术列为国家四大紧急措施之一。中国科学院应用物理所首先举办了半导体器件短期培训班。请回国的半导体专家黄昆、吴锡九、黄敞、林兰英、王守武、成众志等讲授半导体理论、晶体管制造技术和半导体线路。在五所大学――北京大学、复旦大学、吉林大学、厦门大学和南京大学联合在北京大学开办了半导体物理专业,共同培养第一批半导体人才。培养出了第一批著名的教授:北京大学的黄昆、复旦大学的谢希德、吉林大学的高鼎三。1957年毕业的第一批研究生中有中国科学院院士王阳元(北京大学微电子所所长)、工程院院士许居衍(华晶集团中央研究院院长)和电子工业部总工程师俞忠钰(北方华虹设计公司董事长)。

1957年,北京电子管厂通过还原氧化锗,拉出了锗单晶。中国科学院应用物理研究所和二机部十局第十一所开发锗晶体管。当年,中国相继研制出锗点接触二极管和三极管(即晶体管)。

1958年,美国德州仪器公司和仙童公司各自研制发明了半导体集成电路(IC)之后,发展极为迅猛,从SSI(小规模集成电路)起步,经过MSI(中规模集成电路),发展到LSI(大规模集成电路),然后发展到现在的VLSI(超大规模集成电路)及最近的ULSI(特大规模集成电路),甚至发展到将来的GSI(甚大规模集成电路),届时单片集成电路集成度将超过10亿个元件。

1959年,天津拉制出硅(Si)单晶。

1960年,中科院在北京建立半导体研究所,同年在河北建立工业性专业化研究所――第十三所(河北半导体研究所)。

1962年,天津拉制出砷化镓单晶(GaAs),为研究制备其他化合物半导体打下了基础。

1962年,我国研究制成硅外延工艺,并开始研究采用照相制版,光刻工艺。

1963年,河北省半导体研究所制成硅平面型晶体管。

1964年,河北省半导体研究所研制出硅外延平面型晶体管。

1965年12月,河北半导体研究所召开鉴定会,鉴定了第一批半导体管,并在国内首先鉴定了DTL型(二极管――晶体管逻辑)数字逻辑电路。1966年底,在工厂范围内上海元件五厂鉴定了TTL电路产品。这些小规模双极型数字集成电路主要以与非门为主,还有与非驱动器、与门、或非门、或门、以及与或非电路等。标志着中国已经制成了自己的小规模集成电路。

1968年,组建国营东光电工厂(878厂)、上海无线电十九厂,至1970年建成投产,形成中国IC产业中的“两霸”。

1968年,上海无线电十四厂首家制成PMOS(P型金属-氧化物半导体)电路(MOSIC)。拉开了我国发展MOS电路的序幕,并在七十年代初,永川半导体研究所(现电子第24所)、上无十四厂和北京878厂相继研制成功NMOS电路。之后,又研制成CMOS电路。

七十年代初,IC价高利厚,需求巨大,引起了全国建设IC生产企业的热潮,共有四十多家集成电路工厂建成,四机部所属厂有749厂(永红器材厂)、871(天光集成电路厂)、878(东光电工厂)、4433厂(风光电工厂)和4435厂(韶光电工厂)等。各省市所建厂主要有:上海元件五厂、上无七厂、上无十四厂、上无十九厂、苏州半导体厂、常州半导体厂、北京半导体器件二厂、三厂、五厂、六厂、天津半导体(一)厂、航天部西安691厂等等。

1972年,中国第一块PMOS型LSI电路在四川永川半导体研究所研制成功。

时间来到现今的2022年,“研究”水平已经比产品水平高了,“研发”更高水平光刻设备的技术积累这个底子增厚了一些。

中国光刻机产品研究已经达到了“中端水平”。国产DUV光刻机产品很快就能成批推出、规模采用,据报道上海微电子研发出的28纳米国产光刻机整机已经安排生产,再过一两年一定能用于国产芯片的生产,而且,按中芯国际梁孟松在2020年就说到的,一定能用于规模量产7纳米芯片,而且良品率还能达到业界标准吧,梁孟松当时说的是只有制造5、3纳米的芯片才“只待”、也就是只需EUV光刻机,梁孟松的话自然是可信的。

现有的EUV光刻机是7纳米的吧,不是已经让台积电以及三星制造出5纳米的芯片了吗。近日,有报道说梁孟松已经“宣布进军7纳米芯片”了,这也可信,按时间节点,肯定是要规模量产7纳米芯片,肯定是采用荷兰ASML卖给的DUV 光刻机。这样一来,中国光刻机产品的水平现在就已经不再是低端的了,在全球,和日本等同了,在同一个端上,当然仍旧显著低于美日韩欧合在一起达到的高端水平,目前的全球顶级水平;

但是在国内,与其他工艺设备的水平等同,还低于中芯国际芯片制造和长电科技芯片封装的高端水平,显著低于华为芯片设计的顶级水平,与苹果、高通以及联发科同样达到了5纳米,不过呢,国产中端光刻机却能分别直接支持中芯国际制造出、长电科技封装出7纳米的国产高端芯片,间接支持华为做出重新搭载高端麒麟芯片的手机,虽然只是、也只能达到7纳米,但肯定够用了。

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在当今世界 科技 全球化的发展中,经济的发展越来越智能化、数字化。各行各业的部门运营都离不开电子设备,而芯片作为电子设备的运转核心,是相当重要的组成部分。

可以说芯片对于机器的重要性,相当于大脑对于人类的重要性一样,确定人类失去生命体征的信息不是心跳停止,而是脑死亡,机器也是一样,没有芯片,机器也就失去“活性”。

但由于电子产业在近两年来的快速发展,芯片的供应已经跟不上市场需求的剧增,全球迎来了“缺芯”局面。对此很多芯片工厂纷纷加大产程。

大家知道芯片的制造对于高端光刻机的依赖是很大的。尤其是7nm制程以下的芯片,如果没有EUV光刻机是几乎无法实现量产,而EUV的制造工艺则为ASML公司所垄断。

但由于“芯片规则”的修改,ASML的光刻机有一部分用到了美方的技术,由于技术限制ASML无法对我们自由出货。在2019年我国就向ASML公司耗资十亿人民币订购了一台EUV光刻机,但由于各种原因,这台光刻机到现在都未能在我国落地。

在目前全球缺芯的大背景下,我们的芯片供应自然也是紧缺的,在这档口芯片供应又被“卡了脖子”,我们的处境更是艰难。

虽然ASML表示除了EUV光刻机外其他的光刻设备都能对我们自由出货,但这远远不够。

越是精密的设备对于芯片的精密度要求就越高。如手机需要的芯片至少是7nm制程以下,不仅要求体积小,还要求高性能,运行稳定,有优秀的信息连接和反馈效率。

从我们的手机市场来看,我们对于7nm制程以下芯片的需求量是巨大的,半导体设备国产化已经迫在眉睫。

这有多重要从华为的遭遇就能看得出来,自从5G芯片被断供之后,作为主营业务的手机销售一落千丈,不仅已经推出的手机开始缺货,新的5G手机也迟迟无法发布。

但说实话,EUV光刻机的制造不是凭借努力钻研或者大量投资就能实现的。我们从来不怕困难不怕吃苦,我们国家的经济实力也有目共睹,如果能用钱解决的事那都不叫事。

难点在于EUV光刻机关键的零部件就多达十多万,其中还包含一些电子特气。给ASML提供光刻设备零部件的企业就多达5000多家,遍布世界40多个国家。

如此强大的供应链整合能力目前除了ASML还没有谁能做到。这也是为什么ASML的高层会说,即使把光刻机的设计图纸放出来也没人能造出来。虽然听起来太过自信,但也不是全无道理。

芯片的制造过程包含了刻蚀、光刻、离子注入和清洗等多种工艺,这些过程都需要相应的设备来完成,并不只是需要光刻机。

我国在这些方面都一直在努力。目前我们28nm制程芯片的生产工艺已经很成熟了,完全可以满足国内需求,主要就是7nm以下的高端芯片问题还未解决。

根据媒体4月7日消息,郑州轨道交通信息技术研究院成功研发出了全自动12寸晶圆激光开槽设备。除了具备常规的激光开槽功能之外,还能够支持120微米以下超薄wafe的全切工艺,以及支持5nm DBG工艺。

这套设备采用的是模块化设计,能够支持纳秒、皮秒、飞秒等不同脉宽的激光器。完全自主研发的光学系统,光斑宽度及长度都能够自由调节,超高精度运动控制平台技术与其完美结合,极大减少了设备对材质、晶向、厚度以及电阻率的限制难题。

全兼容的工艺使产品的破损率得到了有效的控制,良品率得到了很大的提升。

轨交院的研发团队对这项技术难题的攻克,表示了我们在5nm芯片工艺上取得了重大突破,晶圆加工工艺达到了新高度。证明了我国在晶圆激光切割领域的强大研发实力。

完全的自主研发系统更是实现了高度自主化,无惧技术限制。

未来的芯片精度只会越来越高,现在国内很多芯片厂商为了摆脱技术限制开始研发新的芯片封装工艺。这项切割技术的研发也将助力国内的“小芯片”封装工艺,帮助这些芯片厂家提升工艺水平。

这对于我国先进制程的芯片发展具有里程碑式的意义。

对于我们的国产化芯片设备制造技术大家有什么想法呢?欢迎在评论区互相交流。


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