半导体产业链指的是半导体行业的整个产业结构,包括半导体制造、设计、测试、封装、分销等环节;而半导体供应链指的是半导体行业的物流管理,包括原材料采购、生产、物流、销售等环节。
半导体,指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。半导体在集成电路、消费电子、通信系统、光伏发电、照明、大功率电源转换等领域都有应用,如二极管就是采用半导体制作的器件。
半导体的输运现象包括在电场、磁场、温度差等作用下十分广泛的载流子输运过程。和金属导体相比,半导体的载流子不仅浓度低很多,而且数量以及运动速度都可以在很广的范围内变化。因此半导体的各种输运现象具有和金属十分不同的特征。 在常见的半导体中,载流子主要是掺在半导体中的浅能级杂质提供的。主要由浅施主提供的电子导电的半导体称为N型半导体;主要由浅受主提供空穴导电的半导体称为P型半导体。由于在任何有限温度下,总有或多或少的电子从价带被热激发到导带(本征激发),所以无论N型或P型半导体中都存在一定数量的反型号的载流子,称为少数载流子,主导的载流子则称为多数载流子。温度足够高时,由价带热激发到导带的电子可以远超过杂质提供的载流子,这时参与导电的电子和空穴的数目基本相同,称为本征导电。
半导体导电一般服从欧姆定律。但是,和金属中高度简并的电子相比,半导体中载流子的无规热运动速度低很多,同时由于载流子浓度低,对相同的电流密度,漂移速度则高很多。因此,在较高的电流密度下,半导体中载流子的漂移速度可以达到与热运动速度相比,经过散射可以转化为无规热运动,使载流子的温度显著提高。这时半导体的导电偏离欧姆定律。热载流子还可以导致一些特殊效应。例如,某些半导体(如砷化镓、磷化铟)在导带底之上,还存在着能量略高而态密度很大的其他导带极小值。在足够强的电场下,热载流子会逐渐转移到这些所谓次极值的区域(指k空间),导致电场增大而漂移速度反而下降的负微分迁移率现象(见转移电子器件)。 通有电流的导体,在垂直磁场作用下,由于磁场对漂移载流子的偏转力而产生的侧向的电压,称为霍耳效应。由于在相同的电流密度下载流子的漂移速度和载流子的浓度成反比,所以,和金属相比半导体的霍耳效应十分显著,而且可以方便地用于测定载流子的浓度。霍耳效应的符号直接反映载流子电荷的符号,所以霍耳效应的测量还可以区别N型和P型导电性。
与金属中高度简并的电子不同,一般半导体中载流子的热运动显著依赖于温度,因此,半导体还表现出远强于金属导体的温差电效应(见温差发电和致冷)。
光照射在半导体内产生的电子和空穴构成多余的载流子,称为非平衡载流子。用电学方法(如通过金属-半导体接触或PN结,见下文)也可以在半导体中引入非平衡载流子。在电场作用下,非平衡载流子同时参与导电,构成附加的导电性。光照射产生的附加电导称为光电导。作为非平衡载流子的电子和空穴可以直接复合(即电子直接跃迁到价带中代表空穴的空能级),也可以通过复合中心复合,称为间接复合。非平衡载流子在复合之前平均存在的时间称为寿命,在这个时间中通过布朗运动平均移动的距离,称为扩散长度。 半导体表面的空间电荷可以看做是由于屏蔽垂直表面的电场而造成的,表面电场一般是由于各种表面的具体情况而引起的。如果电场的方向是驱赶载流子向体内,空间电荷区格外显著。这种情况下的空间电荷区是由载流子被排走所余下的电离杂质的电荷构成的,称为耗尽层。由于电离杂质电荷的浓度是固定的,随着表面电场增强,屏蔽它所需的电荷必须成正比地增大,这就意味着表面空间电荷区加宽。有控制地施加表面电场的办法是在半导体表面形成薄的绝缘层(如对半导体氧化形成薄的氧化层),在它上面做电极并加相应的电压。这种用于控制半导体表面的金属-绝缘体-半导体系统简称MIS(如果绝缘层采用氧化物,则称MOS)。
表面电场在排斥多数载流子的同时,也会吸引少数载流子,所以在MIS上加有足够大的电压时,会在半导体的极表面出现一个由少数载流子导电的薄层。它与半导体内部之间隔有空间电荷区,其中多数和少数载流子极为稀少,基本上是“耗尽”的。这种由反型载流子导电的薄层称为反型层。反型层也被称为导电沟道,以表明载流子的流动限于极狭窄的区域,如P型半导体表面的反型层称为N沟道,N型半导体表面的反型层称P沟道。当这种表面反型层很薄,其中载流子在垂直表面的方向是量子化的(从波动的观点看,是沿这个方向的驻波),载流子的自由运动只限于平行于表面的二维空间。在这种二维运动的研究中,把反型层中的载流子称为“二维电子气”。 在不同半导体之间,或半导体和金属直接连接时,它们之间的接触电势差意味着,它们的界面处是电势突变的区域,其中存在垂直于界面的电场和相应的空间电荷区。在它们之间施加电压时,电压主要降落在空间电荷区上,电压和通过空间电荷区的电流一般呈现非线性的伏安特性。
同一块半导体,由于掺杂不同,使部分区域是N型,部分区域是P型,它们的交界处的结构称为PN结。在 PN结的空间电荷区的P型一侧加正电压时(正向电压),会部分抵消接触电势差,使空间电荷区变窄,并使P区的空穴流向N区,N区的电子流向P区,这种来自多数载流子的电流随施加的电压迅速增长。加相反的电压时(反向电压),会使空间电荷区变宽,P区和N区电势差增大,这时的电流来自双方的少数载流子(N区的空穴流向P区,P区的电子流向N区),所以电流很小,而且随电压增加,很快达到饱和。 PN结两边掺杂浓度越高,接触电势差V0越大。当接触电势差增加到电子通过PN结所得到(或失去)的能量eV0超过禁带时,PN结的能带具有图10所示的情形。这时N区导带的电子可以直接穿入P区价带的空能级(空穴)。这种电子直接穿透禁带从导带的价带(或其逆过程)的现象称为隧道效应;这种高掺杂浓度的PN结称为隧道结。
半导体的表面是半导体物理研究的一个重要对象。半导体表面并不是一个简单的几何界面,而是具有自己独立特征的一个体系。在超高真空下对纯净半导体表面的研究以及理论计算都证明,在半导体表面一般存在表面电子态,处于表面电子态中的电子的运动被限制在极表面的二维空间中。另外,最表面层的原子的位置也发生典型的变化。一般表面原子层之间的间距和体内相比,发生一定的变化,称为表面弛豫。与此同时,原子在表面层中的排列的周期性和键合方式都可以发生典型的变化,统称为表面再构。再构的变化是一种相变过程,对半导体表面的物理和化学性质都有深刻的影响。 对非晶态半导体的研究只是近年来才有较大的发展。有一些非晶态的半导体属于玻璃态物质,可以由液态凝固获得,通过其他的制备工艺(如蒸发、溅射、辉光放电下淀积等)也可以制成非晶态材料。非晶态半导体的结构一般认为是由共价键结合的“无规网络”,其中每个原子与近邻的键合仍保持与晶体中大体相同的结构,但失去了在空间周期性的点阵排列。非晶态半导体与晶态半导体既有相似的特征,又有十分重要的区别。如非晶态半导体的本征吸收光谱与晶体半导体粗略相似,表明大部分的能级分布与晶体的能带相似。但是,在导带底和价带顶部都有一定数量的“带尾态”;一般认为它们是局域化的电子态。另外,连续分布在整个禁带中还有相当数目的所谓“隙态”,隙态的多少和分布都随材料和制备方法而不同。
非晶态半导体的导电具有复杂的性质,一般在较低温度是通过载流子在局域态之间的跳跃,在较高的温度则是依靠热激发到扩展态的载流子导电,但其迁移率比在晶体半导体中低很多。
成立于1907年的美国联邦快递公司(United Parcel Service,UPS)是世界上最大的配送公司。2000年,联邦快递公司年收入接近300亿美元,其中包裹和单证流量大约35亿件,平均每天向遍布全球的顾客递送1320万件包裹.公司向制造商、批发商、零售商、服务公司以及个人提供各种范围的陆路和空运的包裹和单证的递送服务,以及大量的增值服务。表面上联邦快递公司的核心竞争优势来源于其由15.25万辆卡车和560架飞机组成的运输队伍,而实际上联邦快递公司今天的成功并非仅仅如此。
80年代初,联邦快递公司以其大型的棕色卡车车队和及时的递送服务,控制了美国路面和陆路的包裹速递市场。然而,到了80年代后期,随着竞争对手利用不同的定价策略以及跟踪和开单的创新技术对联邦快递的市场进行蚕食,联邦快递的收入开始下滑。许多大型托运人希望通过单一服务来源提供全程的配送服务,进一步,顾客们希望通过掌握更多的物流信息,以利于自身控制成本和提高效率。随着竞争的白热化,这种服务需求变得逾来逾迫切。正是基于这种服务需求联邦快递公司从90年代初开始了致力于物流信息技术的广泛利用和不断升级。今天,提供全面物流信息服务已经成为包裹速递业务中的一个至关重要的核心竞争要素。
联邦快递公司通过应用三项以物流信息技术为基础的服务提高了竞争能力:
第一,条形码和扫描仪使联邦快递公司能够有选择地每周七天、每天24小时地跟踪和报告装运状况,顾客只需拨个免费电话号码,即可获得"地面跟踪"和航空递送这样的增值服务
第二,联邦快递公司的递送驾驶员现在携带着以数控技术为基础的笔记本电脑到排好顺序的线路上收集递送信息。这种笔记本电脑使驾驶员能够用数字记录装运接受者的签字,以提供收货核实。通过电脑协调驾驶员信息,减少了差错,加快了递送速度。
第三,联邦快递公司最先进的信息技术应用,是创建于1993年的一个全美无线通信网络,该网络使用了55个蜂窝状载波电话。蜂窝状载波电话技术使驾驶员能够把适时跟踪的信息从卡车上传送到联邦快递公司的中央电脑。无线移动技术和系统能够提供电子数据储存,并能恢复跟踪公司在全球范围内的数百万笔递送业务。通过安装卫星地面站和扩大系统,到1997年适时包裹跟踪成为了现实。
以联邦快递为代表的企业应用和推广的物流信息技术是现代物流的核心,是物流现代化的标志。尤其是飞速发展的计算机网络技术的应用使物流信息技术达到新的水平,物流信息技术也是物流技术中发展最快的领域,从数据采集的条形码系统,到办公自动化系统中的微机、互联网,各种终端设备等硬件以及计算机软件等都在日新月异地发展。同时,随着物流信息技术的不断发展,产生了一系列新的物流理念和新的物流经营方式,推进了物流的变革。今天来看,物流信息技术主要由通信、软件、面向行业的业务管理系统三大部分组成。包括基于各种通信方式基础上的移动通信手段、全球卫星定位(GPS)技术、地理信息(GIS)技术、计算机网络技术、自动化仓库管理技术、智能标签技术、条形码及射频技术、信息交换技术等现代尖端科技。在这些尖端技术的支撑下,形成以移动通信、资源管理、监控调度管理、自动化仓储管理、业务管理、客户服务管理、财务处理等多种信息技术集成的一体化现代物流管理体系。譬如,运用卫星定位技术,用户可以随时"看到"自己的货物状态,包括运输货物车辆所的的位置(某座城市的某条道路上)、货物名称、数量、重量等,从而,不仅大大提高了监控的"透明度",降低了货物的空载率做到资源的最佳配置;而且有利于顾客通过掌握更多的物流信息,以控制成本和提高效率。
联邦快递公司通过在三方面推广物流信息技术发挥了核心竞争优势:
在信息技术上,联邦快递已经配备了第三代速递资料收集器III型DIAD,这是业界最先进的手提式计算机,可几乎同时收集和传输实时包裹传递信息,也可让客户及时了解包裹的传送现状。这台DIAD配置了一个内部无线装置,可在所有传递信息输入后立即向联邦快递数据中心发送信息。司机只需扫描包裹上的条形码,获得收件人的签字,输入收件人的姓名,并按动一个键,就可同时完成交易并送出数据。III型DIAD的内部无线装置还在送货车司机和发货人之间建立了双向文本通信。专门负责某个办公大楼或商业中心的司机可缩短约30分钟的上门收货时间。每当接收到一个信息,DIAD角上的指示灯就会闪动,提醒司机注意。这对消费者来说,不仅意味着所寄送的物品能很快发送,还可随时"跟踪"到包裹的行踪。通过这一过程速递业真正实现了从点到点,户对户的单一速递模式,向除为客户提供传统速递服务外,还包括库房、运输及守候服务等全方位物流服务的发展,从而大大地拓展了传统物流概念。
在信息系统上,联邦快递将应用在美国国内运输货物的物流信息系统,扩展到了所有国际运输货物上。这些物流信息系统包括署名追踪系统及比率运算系统等,其解决方案包括:自动仓库、指纹扫描、光拣技术、产品跟踪和决策软件工具等。这些解决方案从商品原起点流向市场或者最终消费者的供应链上帮助客户改进了业绩,真正实现了双赢。
在信息管理上,最典型的应用是联邦快递在美国国家半导体公司(NationalSemiconductor)位于新加坡仓库的物流信息管理系统,该系统有效的减少了仓储量及节省货品运送时间。今天我们可以看到,在联邦快递物流管理体系中的美国国家半导体公司新加坡仓库,一位管理员像挥动树支一样将一台扫描仪扫过一箱新制造的电脑芯片。随着这个简单的举动,他启动了高效和自动化、几乎像魔术般的送货程序。这座巨大仓库是由联邦快递的运输奇才们设计建造的。联邦快递的物流信息管理系统将这箱芯片发往码头,而后送上卡车和飞机,接着又是卡车,在短短的12小时内,这些芯片就会送到国家半导体公司的客户---远在万里之外硅谷的个人电脑制造商---手中。在整个途中,芯片中嵌入的电子标签将让客户以高达三英尺的精确度跟踪订货。
由此可见,物流信息技术通过切入物流企业的业务流程来实现对物流企业各生产要素(车、仓、驾等)进行合理组合与高效利用,降低了经营成本,直接产生了明显的经营效益。它有效地把各种零散数据变为商业智慧,赋予了物流企业新型的生产要素--信息,大大提高了物流企业的业务预测和管理能力,通过"点、线、面"的立体式综合管理,实现了物流企业内部一体化和外部供应链的统一管理,有效地帮助物流企业提高了服务质素,提升了物流企业的整体效益。具体地说,它有效地为物流企业解决了单点管理和网络化业务之间的矛盾、成本和客户服务质量之间的矛盾、有限的静态资源和动态市场之间的矛盾,现在和未来预测之间的矛盾等等。
以现代物流信息技术为核心竞争力基础的联邦快递已经在我国北京、上海、广州开办了代表处。1996年6月,联邦快递与中方合作伙伴中国外运集团共同在北京成立其在中国的第一家合资企业。目前该公司在中国有130多名员工,有60多辆带有UPS的车辆奔驰在国内的大街小巷,业务范围已覆盖了190多个城市。2001年1月,联邦快递公司的飞机被允许直飞中国,自从其首班飞机飞抵了上海后,目前联邦快递在北京、上海、深圳都建立了自己的航空基地,每星期有10个货运航班飞往中国。现在联邦快递中国区员工已从去年的200人增加到今年的530人,预计在未来的6到12个月还将再增一倍。就此,世界物流业巨头联邦快递公司参与到了中国快递行业正方兴未艾的激烈竞争中来。
最直观的说明:如你有一包裹从上海发往德国,你发货当日不算,在五个工作日内就可以到达目的地(法定假日/周末不算).在中间的每时每刻你都可以通过UPS的网络查看该包裹的详细情况(几点几分到哪个国家哪个港口).
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