中文名
N型半导体
别名
电子型半导体
掺杂物
磷等Ⅴ族元素
载流子
电子
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特点形成原理发展
特点
半导体是一种导电能力介于导体和绝缘体之间的物质，其按照载流子（或晶体缺陷）的不同可分为P型半导体和N型半导体，半导体的导电性能与载流子（晶体缺陷）的密度有很大关系[3]。半导体中有两种载流子，即价带中的空穴和导带中的电子，以电子导电为主的半导体称之为N型半导体，与之相对的，以空穴导电为主的半导体称为P型半导体。 “N”表示负电的意思，取自英文Negative的第一个字母。在这类半导体中，参与导电的 (即导电载体) 主要是带负电的电子，这些电子来自半导体中的施主。凡掺有施主杂质或施主数量多于受主的半导体都是N型半导体。例如，含有适量五价元素砷、磷、锑等的锗或硅等半导体。[1]
由于N型半导体中正电荷量与负电荷量相等，故N型半导体呈电中性。自由电子主要由杂质原子提供，空穴由热激发形成。掺入的杂质越多，多子（自由电子）的浓度就越高，导电性能就越强。
形成原理
掺杂和缺陷均可造成导带中电子浓度的增高。对于锗、硅类半导体材料，掺杂Ⅴ族元素(磷、砷、锑等)，当杂质原子以替位方式取代晶格中的锗、硅原子时，可提供除满足共价键配位以外的一个多余电子，这就形成了半导体中导带电子浓度的增加，该类杂质原子称为施主。Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的施主往往采用Ⅳ或Ⅵ族元素。某些氧化物半导体，如ZnO、Ta2O5等，其化学配比往往呈现缺氧，这些氧空位能表现出施主的作用，因而该类氧化物通常呈电子导电性，即是N型半导体，真空加热，能进一步加强缺氧的程度，这表现为更强的电子导电性。[2]
发展
半导体器件的最基本组成单元为PN结，PN结具有正向导通反向绝缘的功能，因此半导体器件在逻辑计算、信号传输、电力转换等诸多方面呈现出巨大优势。自1947年第一个半导体二极管在贝尔实验室诞生以来，半导体彻底变革了人类的生产生活方式，全球社会陆续从电气时代进入信息化时代，并加速向万物互联时代和人工智能智能迈进。作为未来新型基础设施建设的物质基础，半导体产业发展的后劲依然十足，尤其是人工智能、5G通信、新能源汽车、能源互联网等行业给半导体发展带来了新的增长点。[3]
纠错
参考资料
[1] 李庆臻．简明自然辩证法词典．山东人民出版社．1986
[2] 冯端．固体物理学大辞典．高等教育出版社．1995
[3] 宫学源.全球化合物半导体产业竞争格局及未来发展机遇[J].新材料产业,2020(6):39-44
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在过去几年里，“缺芯”是半导体行业的老大难，“扩产”则成了晶圆代工厂的常态。面对供应不足的行业现状，扩大产能、抢占市场成为了全球晶圆代工企业共同的选择。
先前半导体的技术竞赛，指的都是前段制程如何缩小尺寸，但现在几乎已达技术极限。据悉，半导体行业 游戏 规则正在改变，原本后段制程认为附加价值低，现在却和前段制程一样跻身热门领域；主要战场已移到后段制程，而不再是一味比线路的微细化了。
半导体若要功能更强、成本更低，就要另辟战场。这时候脱颖而出的就是后段工程的晶片3D封装技术，因可减少多余能源耗损，提高效率。例如讲究轻巧的智慧型手机、AR或VR用头盔等，都适合用到这种技术。此外，去年开始大家都在讲碳中和，也使这项技术高度受重视。日本半导体业者指出，原本节省能源就是非做不可的事，但3D封装技术现在变成最重要课题。
日本有多家企业拥有3D封装技术。材料方面包括昭和电工材料（前日立化成）、JSR、揖斐电（Ibiden）、新光电气工业等；制造设备有牛尾电机、佳能、迪斯科（Disco）、东京精密等，迪斯科和东京精密就独占半导体切割设备市场。这些企业及一些研究所和大学，都在台积电合作开发的名单内。
事实上，2020年秋季全球半导体大缺货时，电脑、 游戏 机等设备的后段工程材料就供不应求。当时揖斐电还为此决定投资1,800亿日圆增产高性能IC封装基板，预定2023年开始量产。业界人士透露，由于日本基板不足，曾导致部分外国半导体厂无法量产。
封装是指将完成前端工艺的晶圆切割成半导体的形状或对其进行布线。在业界，它也被称为“后段制程”。
尤其是英特尔和台积电等全球半导体巨头正在大举投资先进封装设备。根据市场研究公司 Yole Development 的数据，英特尔和台积电分别占据 2022 全球先进封装投资的公司 32% 和 27%。三星电子排名第四，仅次于台湾后端工艺公司 ASE。
英特尔已经在 2018 年推出了名为“Foveros”的 3D 封装品牌，并宣布将把这项技术应用到各种新产品中。它还设计了一种将每个区域组装成产品的方法，将其制作成tiles。2020 年发布的一款名为“Lakefield”的芯片就是采用这种方式制成的，并安装在三星电子的笔记本电脑中。
台积电最近也决定使用这项技术生产其最大客户 AMD 的最新产品。英特尔和台积电非常积极地在日本建立了一个 3D 封装研究中心，并从 6 月 24 日开始运营。
三星也在这个市场发力，在 2020 年推出了 3D 堆叠技术“X-Cube”。三星电子晶圆代工事业部总裁 Choi Si-young 在 Hot Chips 2021 上表示正在开发“3.5D 封装”去年六月。半导体行业的注意力为零，三星的这个工作组是否能够找到一种方法，使得三星与该领域的竞争对手保持领先。
随着前端节点越来越小，设计成本变得越来越重要。高级封装 (AP) 解决方案通过降低成本、提高系统性能、降低延迟、增加带宽和电源效率来帮助解决这些问题。
数据中心网络、高性能计算机和自动驾驶 汽车 正在推动高端性能封装的采用，以及从技术角度来看的演变。今天的趋势是在云、边缘计算和设备级别拥有更大的计算资源。因此，不断增长的需求正在推动高端高性能封装设备的采用。
电子发烧友网报道（文/吴子鹏）对于美国半导体的“圈子文化”，电子发烧友网曾经有过专门报道，在题为《美国大搞IC圈子文化，多个联盟先后成立，中国芯要警惕这个问题》文章中，笔者着重分析了美国组建各个半导体联盟的目的，并点出了在美国这些联盟中，各成员之间的心并不齐。借用著名电影《无间道》里面的经典台词，那就是：有“内鬼”。近日，日媒报道称，美国打算和日本两国组建一个“美日芯片同盟”，将此描述为“最安全”的技术同盟。这个联盟有两个主要目的：一是美日联手攻克先进制造工艺2nm研发和量产，摆脱全球芯片先进制造工艺对韩国和中国台湾的依赖；二是美日联盟将打造一个近乎封闭的半导体供应链，杜绝核心关键技术外泄到中国大陆。
这个新联盟的出现无疑印证了笔者此前的推论，在美国建立的所谓“美国半导体联盟SIAC”、“Chip 4联盟”和“Mitre Engenuity联盟”中，包括台积电、三星和欧洲一众IDM厂商，这些公司定然是出工不出力的。回过头来，或者是厂商自己，或者是当地政府又会继续搞自己的技术研究，因为部分政府和企业并不想完全被美国拿捏住。
但我们需要注意到的是，根据相关报道，此次的“美日芯片同盟”是由日本方面发起的，美国虽然可能是最大受益方，但这一次却是受邀方，那么这个新的联盟和新的发起方式会起到不一样的效果吗？
在全面解读“美日芯片同盟”之前，我们说一个结论，这个联盟的出现让此前的Chip 4联盟成了一个笑话，因为这明显是一个“自己人”掉转q头打“自己人”的行为，必然让韩国和中国台湾非常不爽。
那么从另一个方面来说，日本此举算是完全投美国所好，帮助美国完善目前处于第二梯队水平的芯片制造环节。
根据日媒的报道，日本政府之所以主动出击迎合美国政府，一个重要的原因是台积电对于芯片制造技术的管理和保密非常严格，不会在中国台湾岛以外的地方建立尖端工艺的晶圆代工厂。虽然台积电美国工厂规划的工艺是5nm，但这个工厂的进度非常缓慢，预计将会在2024年才会出第一批量产产品，从规划到量产跨越了4年多，这和台湾岛内5nm工厂小于18个月的建设速度完全不可同日而语，以台积电的速度，2025年该公司预计将开始量产2nm，因此美国5nm工厂也差不多满足了工艺至少落后两代的要求。
并且，日媒的评估更为悲观，认为台积电在美国和日本的工厂仍然将会是以10-20nm工艺为主流，这让美日领先的半导体厂商依然要对台积电在台湾岛的先进晶圆代工厂非常依赖。
按照当前的规划，“美日芯片同盟”不仅要攻克2nm的研发和制造，还会建立一个非常安全的供应链体系，在这方面，日本政府手里算是带着诱人筹码的。我们都知道日本在半导体材料和设备方面拥有不俗的实力，尤其是前者。
比如在硅片供应上，根据相关机构截止到2020年9月份的统计数据，日本信越化学在全球硅晶圆制造市场的份额高达29.4%，稳居第一，第二名同样是日本企业，日本胜高（SUMCO）的市场份额为21.9%。虽然环球晶圆在收购Siltronic AG之后超越了胜高，但并不影响日本厂商在硅晶圆制造市场过半的市占比。
而在半导体材料的光刻胶方面，日本JSR、东京应化是唯二两家能够量产所有主流类型光刻胶产品的公司，包括EUV光刻胶。
在半导体设备方面，日本拥有东京电子（TEL）、爱德万测试（Advantest）、SCREEN、KOKUSAI ELECTRIC、日立高新 科技 等众多全球领先厂商。统计数据显示，日本半导体设备厂商大约提供了全球37%的半导体设备，影响力可以说仅次于美国。
根据报道，此次“美日芯片同盟”的筹建，日本方面包括东京电子、佳能和国立先进工业科学技术研究所等企业和组织都有很大的可能参与其中。而美国方面，除了一些半导体设备厂商，IBM和英特尔预计将参与其中。
再算上美国对ASML的影响力，可以说“美日芯片同盟”要设备有设备，要材料有材料，唯独缺的就是技术，如果能够如愿攻克2nm，那么美国在全球半导体市场的影响力将进一步增强。
为什么说美国会欣然接受日本的邀约呢？一项数据表明，美国在过去几年里，对台积电的依赖越来越严重，这是美政府不想看到的，想要极力挽回这样的局面，一切可能的方法都会尝试。
这并非是空口无凭的猜测，而是有真实的数据作为支撑。先看美国自己的官方数据，根据美国半导体行业协会（SIA）的数据统计，2021年美国半导体公司的全球市场依然稳居第一，份额占比达到46%，但过去8年间，美国半导体制造占全球的份额下降了10%以上。
而我们看一下台积电的财报数据，2021年，美国是台积电最大的市场，贡献1.01万亿新台币，同比增长24%，占营收比重为64%。其中，苹果公司作为台积电最大客户，一家就贡献了4054亿新台币，同比增长20.4%，占比总营收从25%提升至26%。
而从全球晶圆代工市场格局来看，截止到2021年Q3的统计数据显示，目前在全球晶圆代工市场，台积电依然占据着过半的市场份额，占比达到53.1%。
台积电不在岛外建尖端晶圆厂的行为，以及张忠谋多次强调台湾岛外无法复刻台积电成功的言论让美政府定然非常不爽，只要有一丝机会能够取而代之，都会去尝试。
笔者曾在《美国大搞IC圈子文化，多个联盟先后成立，中国芯要警惕这个问题》这篇文章中讲过，美国此前组建的“美国半导体联盟SIAC”、“Chip 4联盟”和“Mitre Engenuity联盟”都有bug，盟友之间有太多的芥蒂和心眼，绝非是铁板一块。
我们看，“Chip 4联盟”把之前SIAC联盟中的欧盟和英国给踢掉了。因为，美国看到了欧盟的“二心”，欧盟出台《芯片法案》的核心意图是提升欧盟自身的芯片产业实力，包括确立欧洲在更小、更快、更节能的芯片方面的研究和技术领先地位；加强欧洲在先进芯片设计、制造和封装方面的创新能力；以及建立合适的政策框架，确保欧洲在2030年前大幅提升芯片产能等等。
已经成为既定事实的台积电就够美国烦恼的了，欧盟还要来添乱，说明其心必异。
而让美国政府更加难堪的是，“Chip 4联盟”中的韩国到现在都还在洽谈中，多家韩国媒体报道称，韩国政府和企业很难接受这一提议。
“Chip 4联盟”的另一方就是中国台湾，也就是台积电的大本营。“Chip 4联盟”的出发点是确保美国半导体制造技术拥有全球领先地位，这是要割台积电的肉而肥美国本土半导体制造，台积电会鼎力支持？美政府自己估计都不信。
虽然这些联盟成员肯定都会帮着美国对中国大陆进行技术外泄的封锁，但并不能让美国达到自己半导体从设计到制造全面领先的目的。
笔者赞同很多业者的说法，就剩下美日双边的技术同盟最有可能顺利地开展下去，虽然不一定能够达成目标，但是双方构建安全供应链体系的目标较为一致，算是趣味相投，且彼此都是有利可图。
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