【科普專欄】論半導(dǎo)體技術(shù)與我們的生活

半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展

半導(dǎo)體是一個技術(shù)日新月異的產(chǎn)業(yè)。最新半導(dǎo)體采用以納米為單位的技術(shù)，1納米相當(dāng)于1米的十億分之一。用目前的20納米工藝舉例，意味著在作為半導(dǎo)體原料的直徑為30cm的晶圓上畫出一條線，然后把這張晶圓放大到地球大小尺寸，20納米的線的粗細(xì)大概相當(dāng)于85cm左右。如今的半導(dǎo)體技術(shù)，可以看成是一種把地球看作帆布、用85cm粗毛筆畫畫的技術(shù)。

但是，即便如此微細(xì)的技術(shù)也無法滿足未來半導(dǎo)體制造的要求。生產(chǎn)半導(dǎo)體時，就像平常照相成像的原理一樣，未來使用的半導(dǎo)體芯片因為必須有極為微細(xì)化的電路，而使用一般的光源會產(chǎn)生波長干涉，無法準(zhǔn)確地將電路投射到晶圓上，所以必須使用EUV這種波長極短的光源。然而EUV設(shè)備至今為止也沒有完全實現(xiàn)商用化，作為試用品的EUV設(shè)備，每臺的價格也大約達到1億美金。

上個世紀(jì)七八十年代，內(nèi)存芯片的技術(shù)競爭主要集中在容量上。誰更快生產(chǎn)出容量更大的半導(dǎo)體，誰就能在市場上取勝。當(dāng)時，半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展主要由美國和日本兩國主導(dǎo)。比起其它技術(shù)上落后的企業(yè)，美日兩國的企業(yè)會通過率先開發(fā)新一代大容量的產(chǎn)品而獲利，而當(dāng)其它企業(yè)在技術(shù)上漸漸追趕上來時，又開始大幅降價，使得后進企業(yè)很難獲利。

然而，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化伴隨著市場的拐點出現(xiàn)了。80年代末，只有研究所和企業(yè)才使用的電腦逐漸出現(xiàn)在普通消費者的家中，標(biāo)志著“個人電腦時代”的到來。而當(dāng)電腦成為個人消費品后，半導(dǎo)體市場則得到了飛速的發(fā)展。

準(zhǔn)確預(yù)測這一變化的有兩家公司，那就是英特爾和三星電子。英特爾為了避開多家公司參與的競爭日益激烈的內(nèi)存芯片市場，決定集中精力做CPU市場。三星雖然進入市場較晚，但是卻研發(fā)出了許多領(lǐng)先的技術(shù)。尤其是三星公司最新自主研發(fā)的NAND閃存，將現(xiàn)有半導(dǎo)體芯片的平面設(shè)計模式創(chuàng)新性地改為3D立體堆疊式設(shè)計，產(chǎn)品性能和容量都將得到大大提升。

半導(dǎo)體技術(shù)為我們帶來了什么？

20多年前，人們還很難想象今天的手機會發(fā)展到如此程度——現(xiàn)在的手機，不僅可以隨時隨地與人取得聯(lián)系、分享信息，還可以隨時上網(wǎng)。

這是多種電子技術(shù)綜合創(chuàng)新的結(jié)果。但是，半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展在中間起了關(guān)鍵的作用。半導(dǎo)體是導(dǎo)電性能可受控制，介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料，可以讓每秒十億次以上的計算變得可能，還可以將數(shù)百年閱讀容量的新聞內(nèi)容壓縮在指甲蓋大小的裝置上。不僅如此，有些半導(dǎo)體還能造出光、并能將光轉(zhuǎn)換成電子信號記錄下來。

移動電話的出現(xiàn)，同樣依賴將信號“裝”在電波里并傳輸出去的半導(dǎo)體的發(fā)展。笨重的顯像管電視發(fā)展成為壁掛式超薄電視，也依賴于半導(dǎo)體領(lǐng)域LCD的出現(xiàn)和可調(diào)節(jié)信號的顯示驅(qū)動IC（DDI）的發(fā)展。

同樣，現(xiàn)在拍照可以及時查看照片，不用像從前那樣沖洗，也是因為有了半導(dǎo)體圖像傳感器的發(fā)展。在乘坐公車和地鐵的時候，不用單獨準(zhǔn)備零錢，直接使用IC卡就能快速結(jié)算，也是多虧了智能卡里的RF芯片。

據(jù)統(tǒng)計，半導(dǎo)體涉及諸多日常生活用品，市場規(guī)模非常大。2014年，半導(dǎo)體市場規(guī)模預(yù)計達到3，370億美元，相當(dāng)于全球經(jīng)濟第30位國家GDP的規(guī)模。

因此，發(fā)展半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)潛力巨大。