半导体常见的晶体结构

决定半导体材料的基本物理特性，即原子或离子的长程有序的周期性排列。按空间点阵学说，晶体的内在结构可概括为一些相同点在空间有规则地作周期性的无限分布。点子的总体称为点阵，通过点阵的结点可作许多平行的直线组和平行的晶面组。这样，点阵就成网格，称为晶格。由于晶格的周期性，可取一个以格点为顶点、边长等于该方向上的周期的六面体作为重复单元，来概括晶格的特征。固体物理学取最小的重复单元，格点只在顶角上。这样的重复单元只反映晶体结构的周期性，称为原胞。结晶学取较大的重复单元，格点不仅在顶角上，还可在体心和面心上，这样的重复单元既反映晶格的周期性，也反映了晶体的对称性。

常见的半导体的晶体结构有金刚石型、闪锌矿型、纤锌矿型和氯化钠型4种，如图和表所示。在三元化合物半导体中有部分呈黄铜矿型结构，金刚石型、闪锌矿型和氯化钠型结构可看成是由两套面心立方格子套构而成。不同的是，金刚石型和闪锌矿型是两套格子沿体

对角线的1/4方向套构，而氯化钠型则是沿1/2[100]方向套构金刚石晶格中所有原子同种，而闪锌矿和氯化钠晶格中有两种原子闪锌矿型各晶面的原子排布总数目与金刚石型相同，但在同一晶面或同一晶向上，两种原子的排布却不相同。纤锌矿型属六方晶系，其中硫原子呈六方密堆集，而锌原子则占据四面体间隙的一半，与闪锌矿相似，它们的每一个原子场处于异种原子构成的正四面体中心。但闪锌矿结构中，次近邻异种原子层的原子位置彼此错开60°，而在纤锌矿型中，则是上下相对的。采取这种方式使次近邻异种原子的距离更近，会增强正负离子的相互吸引作用，因此，纤锌矿型多出现于两种原子间负电性差大、化学键中离子键成分高的二元化合物中。

我有个朋友在龙芯中科任职，跟他聊了聊关于先进制程工艺芯片的问题，他跟我说目前国内的半导体行业没必要去追求先进工艺的技术发展，5nm、3nm之类的芯片顶多在手机上面有噱头。目前国内芯片最主要的任务就是优化老架构工艺，在制造上面进行去美化发展，不然就算研发出3nm的技术工艺，也没有办法实现量产商用。

就目前来说，3nm芯片量产对我们的行业发展影响并不大，最多也就是手机厂商拿新工艺的骁龙芯片当做噱头，营造卖点而已。先进工艺制程的芯片，基本都是用在消费电子领域，主要目的是通过消费电子产品进行盈利。反观国家政企以及商业领域用到的芯片，很少有先进工艺的产品，最多也就是28nm、14nm的技术。只要是哪家最先实现了先进技术的量产，哪家就可以依靠这个技术先进的优势在消费市场上面获得极大的利润。

其实最著名的事件，还是要属当年台积电控告三星。当时台积电的前工程师梁孟松跳槽到了三星，然后梁孟松带领三星从28nm技术直接越级发展到了14nm。反观当时的台积电，半年之后才实现了16nm工艺的量产商用。过于先进的技术，让三星抢到了大批量的仿生芯片以及高通骁龙的订单，以此获得了巨大的商业利润。台积电眼红三星的技术发展，以技术侵权为由，把三星跟梁孟松一起告上了国际法庭。最终台积电胜诉，梁孟松被逼出了三星。

另外，自从梁孟松离开三星之后，三星的技术发展明显变缓。再加上当初三星是越过20nm直接发展的14nm，在技术底蕴跟工艺的稳定性上面，不如台积电有优势。随着后续技术的不断更新，三星的工艺也就一直被台积电压了一头。我国目前量产商用的先进制程工艺芯片，也就剩下华为的麒麟了。之前华为的麒麟9000，就是台积电代工的5nm芯片，也是国内消费电子领域最先进的自主化设计的芯片。后来华为受到美国四轮制裁，在制造工艺上面卡死了华为麒麟芯片的代工生产。

所以说，3nm芯片的量产，对我国的影响并不大，只能在手机等电子产品上面进行呈现。而对于我国半导体领域影响最大的因素，就是在于制造生产的设备材料以及芯片的底层架构。可以这么说，目前国内的所有半导体厂商，能称得上自研的，只有龙芯一家。其他类似于海光、飞腾、兆芯、鲲鹏、麒麟、虎贲都是采用的公版架构，除了arm就是x86。而龙芯的架构跟指令集都是自研的，包括申威，也有自己的指令集，但是架构还是美国的架构。

总结：相对于国内在消费电子领域追求先进的制程工艺，还不如去研发自主技术来的有用。如果中国能够在高科技领域超过他们，他们的高福利，长假期也都会荡然无存。

基本的半导体器件主要有以下几种：pn结二极管，金属氧化物场效应晶体管（MOS）,双极晶体管（BJT）,结型场效应晶体管。pn结二极管结构：其中pn结二极管由n型半导体和p型半导体接触产生。工作原理：由于二者接触后产生由n型半导体指向p型半导体的内建电场，当外加电压由n型半导体指向p型半导体时进一步增强了其内建电场，因而其电流会很小，当外加电压由p型指向n型时，内建电场降低，电流可顺利通过pn结，形成单向导电的特性。MOS结构：主要由栅极，漏极及源极三部分构成。工作原理：通过栅极控制沟道载流子浓度实现对源极及漏极电流的控制。BJT结构：由发射极，基极，集电极构成。基本原理：通过控制发射极与基极之间的电压以及集电极与基电极之间的电压实现电流的放大，截至等效应。结型场效应晶体管：与MOS构成类似，不同点仅在于其栅极位于沟道的上下两侧。工作原理：上下栅极同时控制沟道的载流子浓度及沟道的宽度实现对电流的控制。

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