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。

芯片行业是一个产业，而不是某一个企业，这里面所涉及的上下游企业比较多，有半导体材料，芯片设备，芯片设计、芯片制造、芯片产品封测等多个环节。这里面任何一个环节对技术的要求都非常高，而且很复杂，单凭一个企业不可能完成芯片所有程序的制造。

所以具体10年之后，哪些芯片企业有机会成为我国芯片行业的龙头，不应该从某个企业独立去分析，而是要从多个环节中当中的优秀企业去分析。我们就按照芯片制造的上下游从上到下来分析一下哪些企业有这样的潜力。

1、芯片设计代表企业：华为海思和紫光集团。

处理器代表企业：华为海思。

中国芯片设计跟世界其他国家仍然有较大的差距，目前唯一能拿得出手的就是华为海思，华为海思在一些关键芯片设计上已经处于世界先进水平。比如手机cpu，华为海思的麒麟系列已经达到了世界前5的水平，其中麒麟 980 处理器与苹果的 A12 处理器均采用了台积电的 7nm 工艺，是目前世界上少数采用 7nm 工艺的厂商之一。此外华为在ISP芯片、人工智能芯片等方面也具有一定的优势。  

存储器代表企业：紫光集团。

紫光集团是清华大学旗下的高科技企业，是国内的存储芯片设计龙头，目前紫光集团是中国最大的综合性集成电路企业，全球第三大手机芯片企业；在企业级IT服务细分领域排名中国第一、世界第二；  

2、半导体材料：浙江金瑞泓和南京国盛电子。

浙江金瑞泓，它是国内半导体硅材料行业的龙头，目前是我国大陆唯一具有硅单晶锭、硅研磨片、硅抛光片、硅仆延片、芯片制造的完整产业链的半导体企业。

南京国盛电子，这是中国电子科技集团第五十五研究所下属单位，主要从事高性能半导体硅外延片的研发、设计、制造和加工，多年来市场占有率一直稳居第一，是国内领先的硅外延材料供应商。

3、芯片制造设备：上海微电子和中微电子。

芯片制造是一个复杂的过程，而且需要很多高精尖的设备，目我国制作芯片的高端设备基本上都依赖于进口，不过目前我国也有一些企业技术已经取得一些突破，来10年将会有很大的进步空间，我们来列举两个典型的例子。

光刻机设备生产商代表：上海微电子

上海微电子是在国家科技部和上海市政府共同推动下，由国内多家企业集团和投资公司共同投资组建的高科技企业，目前是我国光刻机的领先企业，能够生产90纳米工艺的光刻机。  

除了上海微电子之外，未来我国还有可能诞生一家更加厉害的光刻机企业，因为目前中科院光电所已经研究出了光刻深度达到22nm级的技术，在经过曝光技术升级后可以应用制造10nm级芯片，关键是使用这一技术的光刻设备成本仅为国外同类设备的1/3，如果基于这个技术的光刻设备能够实现量产，那无疑会打破目前ASML在高端光刻机垄断的局面，不过目前这一技术什么时候能够用在芯片以及智能芯片制造上，仍然是一个未知数。

蚀刻机设备代表企业：中微半导体。

说到光刻机大家都熟悉，但说到蚀刻机可能很多朋友并不熟悉，但光刻机和蚀刻机都是生产芯片非常重要的设备，刻蚀机不同于光刻机。光刻机是激光将掩膜版上的电路临时复制到硅晶圆片上，而刻蚀机是按光刻机在硅片上刻好的电路结构在硅片上进行微观雕刻。  

目前我国在芯片制造设备上呈现两个极端，光刻机跟国际先进水平有很大的差距，但蚀刻机却已经达到世界先进水平，而蚀刻机的主要代表企业是中微电子。目前中微半导体能够提供7纳米蚀刻机，这个水平目前也是处于世界先进水平，中微半导体也是台积电5大蚀刻机供应商之一。更关键的是中微半导体自主研发的5纳米等离子体蚀刻机已通过台积电验证，而且性能表现优异，这也是目前全球集成电路芯片上的最小线宽，预计2020年它将用于台积电世界上第一条5纳米工艺生产线。

4、晶圆代工（芯片制造）：中芯国际和华虹集团。

最近几年中国在芯片制造方面的进步是非常明显的，目前中芯国际、华虹集团在中低端芯片制造市场具有一定竞争力的，其中中芯国际在高端芯片制造上也具有一定的能力。  

目前，中芯国际最为先进并已投入量产的工艺是28nm工艺，2019年中芯国际有望投产14nm工艺生产线，而且未来随着中芯国际从荷兰进口7纳米的光刻机，也有可能上线7纳米工艺生产线。

5、封装测试代表企业：长电科技

芯片并不是制造出来马上就能使用，还需要经过封装测试才能成为最终的成品。目前我国的芯片封装测试技术水平和世界一流水平已经不存在代差，体量已经进入世界前三位，且发展速度显著高于其他竞争对手。在芯片封测这个环节上，目前最具有代表性的企业是长电科技，长电科技成立于1972年，目前长电科技已成为全球知名的集成电路封装测试企业。

以上是目前芯片行业当中我国最具有代表性的企业，也是未来10年之内我国在芯片行业里最具潜力的企业。但是芯片行业的发展不是固定不变的，未来随着技术的不断进步，很有可能会出现一些更加先进的企业出来。不管怎么样，我们希望我国的芯片发展越来越好，能够诞生越来越多的优秀芯片企业，这样才能突破一些国家的封锁，真正做到独立自主。  

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