半导体的制造方法篇1
abstract:insemiconductormanufacturingindustry,theproductsarevarious,andtheprocessiscomplex,soithasahigherdemandoftheutilizationofequipment.Forothermanufacturingindustry,productionplanningoptimizationisalsomorecomplex.thisarticlediscussestheheuristicalgorithmoftenusedinthesemiconductorindustryandtheoptimizationmethodbasedonlinearprogramming.
关键词：半导体制造；生产计划；半导体封装测试；线性规划
Keywords:semiconductormanufacturing；productionplanning；packagingandtestingofsemiconductor；linearprogramming
中图分类号：tn3文献标识码：a文章编号：1006-4311（2011）18-0046-01
0引言
在半导体企业的实际业务中，生产能力计划问题的常用解决方法一是靠从业者经验的积累，以一定的直观基础而构造的启发式算法；二是采用多次试验，比结果优劣定决策；三是建立数学模型，利用数学规划法等求解最优策略。目前在半导体工业中，生产能力规划也主要有三种方式：一是利用电子表格（例如mSexcel）来实现[1]，在制定生产计划时一般以月为单位，而设备生产能力一般是以天为单位来考虑的，故所需的设备数量等于当月加工任务除以设备月生产能力。一般采用此方法时，会根据不同的优先级来依次制定相应产品的生产计划。其二，一般用离散事件仿真法多次重复试验来进行生产能力规划，从而求得一个可使企业的关键绩效指标（Kpi）较优的结果。上述两种方法均需多次运行调整反复试验，而且所得的解不能保证是最优解，甚至仍可能远离最优解。第三种方法是综合考虑多方面的因素利用线性规划法以建立约束条件和目标函数对生产进行优化，相关的研究文献可以参考[2][3][4]。因为能够采用专业的优化解算器如iLoGCpLeX[5]在短暂时间取得模型的最优解，在半导体生产能力规划中，线性规划普遍地应用在各个领域，尤其是针对较大规模的问题，它的优点越能被凸显出来。
1优化计划模型
生产能力规划模型经历了从单时间段到多时间段，从单目标到多目标发展历程。从单时间段到多时间段的转变是只需增加时间段下标和相应的约束关系即可，而使用不同的权重系数的多目标规划也可以解决多目标的协调问题。由于目前对于半导体生产规划问题大多集中于前道工序即晶圆厂的生产规划，对于封装测试生产线涉及很少，本文将简单以在存储器封装测试领域应用线性规划为例说明。如前所述，半导体生产规划的实质上是如何安排产品的混合生产的问题。由于每种产品很可能都有多重可供选择的加工路线，对于设备也存在Re-entry的访问，因此半导体生产系统优化的核心问题也就在于选择最适合的加工路线上以求得生产量及生产周期等指标的最优解。启发式方法是根据经验来优先使用相对好的加工路线资源，而在半导体制造中，两个主要的参照标准就是产品的优先级priority以及加工设备的柔韧性。在没有充足的可用资源的情况下，首先要确保priority相对高的产品的生产，但是针对于加工路线的选择，就要首先采用具有较高柔韧性的设备。线性规划是按照所需达到的限制条件，抽象并简化生产系统，建立有关的数学模型，进而取得达到约束条件的最优策略。
2举例
试以某封测企业的简单示例来说明线性规划法的简单应用。该工厂测试生产线有三种teSteR设备m1，m2和m3，各设备的数量分别为3台，3台，2台。目前生产两种产品prod.a和产品prod.B，其市场销售平均价格分别为￥45和￥35，其中prod.a只能在设备m1与m2上生产，月别产能分别为110k和80k，而prod.B在三种设备上都可以生产，月别产能分别为130k，85k和90k。产品prod.a与prod.B的最小生产量分别为300k与250k，最大需求量分别为500K和400K，企业的实际需求是如何安排生产计划能使企业的收益最大。从上面的例子可以看出，各产品存在多种备选加工设备，即有多重加工路线的问题，优化计划也就是选择最好的加工路线。企业实际一般采用excel电子表格的形式，建立生产计划与效益的联动模型，由于prod.a售价较高且只能在二种设备生产，以经验判断需要优先安排，以此为基础不断调整，求得一个近似最优解。具体的解法一般使用VBa或人工调整试算，本文不再赘述。
如果使用线性规划的方法，建立数学模型，则该问题可以简要表述如下：
目标函数（objective）：
上式中，参数及变量说明如下：
参数部分：
①price.a与price.B为a、B两者产品的售价。②QL及QH为两种产品的生产量上下限。③K为每种产品在每种设备的生产能力。④m为设备保有台数限制。变量为X，及每种产品在每种设备的生产计划安排量；下标i=a，b代表两种产品，下标j=1，2，3代表3种设备。求解则可以利用iLoG公司的Cplex软件，由于此示例规模较小，本文使用在excel环境的CplexSolver求解，求解示例及结果如表1所示。
3小结
对于多品种混合生产，制造过程极其复杂的半导体制造业来说，线性规划在生产计划中的优化作用已经越来越明显，这方面的研究文献也越来越多，也给企业带来了巨大的经济收益。
参考文献：
[1]刑文训，谢金星.现代优化计算方法.北京：清华大学出版社，2003.
[2]LeachmanRC，CarmontF.oncapacitymodelingforproductionplanningwithalternativemachinetypes[J].iietrans.，1992，24：62~72.
[3]BermonS，HoodSJ.Capacityoptimizationplanningsystem（CapS）[J].interfaces，1999，29：31~50.
半导体的制造方法篇2
在其中，政府干预的影子在世界各国的半导体产业发展中随处可见。不管是半导体产品的钻研开发、出产制造，或者是与他国半导体产品的贸易，>文秘站:
各发达国家的产业政策比较
一.美国美国是半导体技术的起源地.半导体发展的原始目的主要在于支撑国防业以及宇航业，确保美国国防部能取得最早进的武器系统以及宇航局具有最精密的操作节制装备。因为这两个行业是半导体产品的主要需求者，从而抉择了半导体行业发展的最初方向以及性质。事实表明，美国国防部的采购对于美国半导体业的初期发展拥有抉择性的影响，为其后来长时间处于世界领先地位奠定了坚实基础。但二0世纪八0年代美国作为半导体的主要出产商在全世界的位次大幅度降落，这样的衰退被良多美国人认为是对于国家军事安全以及经济的严重要挟，不少人将其归咎于美国政府微电子产业的政策方向。
为了应答这类状态，除了美国政府继续以巨大的国防支出来资助半导体业的研发外，一九八七年美国半导体协会成立。美国政府亦在贸易领域出台了1系列政策以支撑其半导体产业的发展，如一九八六年美国政府与日本签定了《半导体协议》，缘由是美国声称日本出产商以超低价格向美国倾销芯片并限制美商进入日本国内市场。双方最初签定的公约于一九九一年到期后，美国政府又就该协议在下＿个5年中的施行问题与日本政府商量。而这次谈判的重点则是请求日本市场对于美国半导体出产商敞开大门。但是必需指出的是美国政府因从国防安全角度动身1直严格节制其尖端核心半导体装备的出口。但是跟着时期的发展，半导体技术的广泛渗入性所酿成的日趋扩展的国际市场不是由哪几家企业或者哪几个国家可以全体垄断的。美国政府较为严格的出口限制必将影响到美国半导体出产商在国际市场上的竞争力。
二.日本在日本，半导体产业政策的重心是半导体在工业以及消费领域中的利用。在日本半导体业发展中，为全面改变最初其技术依附于欧美的弱势地位,日本的miti施展了强大的引导作用，为日本半导体企业的有序竞争构建了有效框架。分析其政策沿革，演化进程大体上阅历了下列几个阶段。﹁是《电子工业振兴临时措施法》（简称"电振法"）于一九五七年制订。其颁布施行有效地增进了日本企业在学习美国先进技术的基础上，踊跃发展本国的半导体产业。2是《特定电子工业及特定机械工业振兴临时措施法》于一九七一年制订。该法进1步秉持了"电振法"的主旨，强化了发展以半导体为代表的电子产业的力度。该法的施行胜利地匡助日本企业通过加强本身研发、出产能力，有效地抵抗了欧美半导体厂商的冲击，进而使日本半导体制品不断走向世界。3是《特定机械情报产业振兴临时措施法》在一九七八年制订（于一九八五年失效）。该法进1步加强了以半导体为核心的信息产业的发展。上述3部专业法规在整体上加强了日本企业的竞争力。尔后日本没有颁布针对于以半导体为基础的电子、信息产业的专门法规，而是改成通过综合性法规在总体上推进包括半导体在内的高新技术的发展，其中较为首要的是于一九九五年出台的《科学技术基本法》。
miti还通过限制外商在日本半导体产业的投资以及请求通过直接购买方式来获取技术从而防止了日本在技术上遭到他国的节制以及安排。直到二0世纪七0年代末，日本政府1直奉行着严厉的产业维护政策，包含进行严格的进口管制。对于于外国企业在半导体领域的对于日投资，日本政府也1直采用严格的审批轨制，并附以制止设立独资企业、外国企业的所有专利技术需向合资公司公然等刻薄前提，而这些措施直到一九七五年才被放宽。以后，日本政府的政策略微有所放松，但日本在微电子竞争中拔患上头筹的雄心壮志涓滴没有减弱。无比显明的1个例子就是由miti提议的大范围综合项目VLSi的施行。这个由日本政府出资四0%的项目使日本5大半导体公司在1起通过合作共同研发更繁杂先进的新1代技术产品。此外,日本外贸组织Jeto通过其在全世界五五个以上国家所设有的分支机构为日本半导体出产商提供有关行业的最新资讯，有力的增进了科技信息的沟通与传布。同时在融资上，日本政府主要应用国家开发银行动半导体企业提供低利贷款，使企业借贷利率接近于零，这与美国同时代市场利率四%⑸%相比较，堪称是拥有极大优势。
三.韩国韩国相比美、日，韩国政府对于半导体产业的介入力度似乎更大了1些。韩国政府通过量种渠道去培育以及促使韩国大企业进入半导体领域。一九七六年政府成立了韩国电子技术学院（Kiet），其主要职责是“规划与调和半导体R&D、进口、吸收以及传布国外技术，为韩国企业提供技术支撑，进行市场调研”。一九八二年，“长时间半导体产业增进规划”宣布启动，韩国政府为4大主要半导体企业提供了大量的财政、税收优惠。一九八六年，韩国政府制定了半导体信息技术开发方向的投资规划，每一年向半导体产业投资近亿美元。“政策经济”的结果是韩国半导体市场的发展至关使人鼓舞。在欧、美地区双双衰退的情况下，韩国半导体产业二00二年产值反而从九五.八亿美元增至一一二亿美元，同比增长了一七％。尽人皆知，韩国半导体产业高度集中于记忆体领域，因为经营记忆体的财团违后有着政府气力的强力支持，因而尽管目前市场在供给多余的压力下利润已经渐趋淡薄，但3星、南亚科技等韩国企业凭仗其范围效益，仍成为全世界少数获利的记忆体厂商。
四.欧洲欧洲继美国以及亚洲以后，第3大半导体出产基地当数欧洲。西欧的半导体产业政策的演化可大致分为3个阶段：第1阶段是一九六五年前，除了政府对于与国防相干的R&D进行投资以及在政府采购中倾向于本国出产商外，基本上不存在政府对于半导体业发展的干预行动；第2阶段，一九六五年至一九七五年，欧洲政府无比注重计算机行业，对于半导体的科研给予了1些鼓励措施，但政府的介入仍有至关的局限性；第3阶段，自一九七五年以后，欧洲各国政府逐步加大了对于半导体产业的支撑力度，政策重心更集中于信息技术包含微电子方面。进入八0年代后，欧洲各国政府踊跃推进半导体产业重点企业的合作与发展，例如eSpRit以及JeSSi项目。其中,后者耗资四亿美元，主要致力于开发先
进的微芯片技术。另外,西欧各国政府还联合向非欧洲的半导体制造商施压，请求他们不能仅仅是在欧洲进行加工组装业务，而是更多的设立设计与技术部门。其目标则是但愿通过1系列措施，能加速欧洲半导体的技术立异，激励欧洲内部各国半导体企业间的交换与联络，从而在必定程度上维护欧洲本土的半导体核心技术和出产竞争力。
欧盟委员会也进1步加强了维护其半导体工业的力度。一九九0年欧盟与日本政府签署了1个自愿协定，规定了日本出产的标准存储器片在欧洲共同市场上的最低售价。另外，欧盟委员会还向韩国半导体商采用了反倾销措施。缘由是韩国倾销的芯片价格大大低于欧盟的可接受价格。一九九七年，最低售价又被再次强加到日本以及韩国的一四个半导体芯片制造商身上。二00三年欧盟在断定韩国政府不公平地向芯片厂商现代半导体公司提供补贴后随即抉择向现代半导体公司的内存芯片征收三四.八%的进口关税。
对于我国的启示与我国的对于策措施
从上文中咱们可以看出,不管是美国、欧洲仍是日本、韩国，没有1个国家的政府对于半导体产业的发展采用放任政策，而是通过1系列政策手腕进行扶植。即便是同1国家，政府在半导体工业发展的各个时代都制定了不同的策略。我国的半导体产业整体水平与这些发达国家比较，在出产能力、装备水平、开发手腕、工艺水平、产品技术指标、市场开辟等方面均存在很大差距。中国本土芯片制造企业目前只能知足芯片市场大约二0%的需求量，而其他近八0%的需求都不能不通过进口产品来补充。与此同时，中国所有半导体企业的总销售额仅占世界半导体总销售的一.五%。因此我国应通过鉴戒美国、日本等发达国家和韩国、欧洲的发展经验，并结合中国半导体业现阶段发展示状，明确在半导体领域的定位以及战略，并相应的改良或者调剂该产业的政府管理模式以及政策体系，以更好的增进中国半导体产业的发展，晋升我国半导体产业的国际竞争力。为此，我国政府还应在政策层面长进行进1步的深化改革。
一．中国应采用更为优惠的政策，构成优良的投资环境吸引外资更多投入到中国半导体产业。
美国、日本及韩国都是依托优惠的政策引导投资方向，使大量的资金涌入到半导体高技术领域，以加快产业结构向知识经济转变的步伐。我国目前也采用了1系列优惠性措施，比如二000年国务院颁布的《激励软件产业以及集成电路产业发展的若干政策》中规定，如果投资树立1个半导体产业，国家要跟进投资，如果申请银行贷款，国家将补贴一%到五%的利率。我国应制定比其他国家更具吸引力的政策，从而吸引更多投资以及技术进入这1国家战略产业，例如要学习韩国充沛应用入世三到五年的缓冲期维护幼稚产业的公道办法，对于半导体集成电路产业以及半导体产品在wto框架内给予更多的优惠激励政策。
二．在短时间内，可以鉴戒走引进、消化、吸收、赶超的门路，重点发展市场需求大的半导体合用技术以及产品，通过技术改造、资本累积以及市场开辟的互动实现半导体产业水平的转动发展。
在引进投资时，要注意选准市场主体产品，引导企业进入高附加值市场。但从长时间来看，咱们应鉴戒日本半导体企业奉行的自行设计、自行出产的原则，树立起设计与出产“1条龙”的行业体系，以官方为主导共同联合出产技术的发展战略，开发更多症结技术，增添具有自主知识产权半导体产品的比例。固然如果大企业技术合作的目标是开发商品，这样做因为利益冲突难获胜利。要学习美国、日本，先合作钻研开发技术，大企业自己再弄商品化，合作开发才可能胜利。除了了大公司间进行技术亲密合作外，还可以参考美国半导体工业主要由技术密集型中小企业形成的特色，踊跃激励国内的民营企业以及民营资本介入到半导体工业相干材料与装备钻研制造上来。这是由芯片制造进程对于装备、材料请求的多样性、繁杂性和产品快速更新的特色所抉择的。
三．良多半导体业内人士1谈及发展半导体的症结因素时，不谋而合的认为是人材。
目前我国发展半导体产业最缺少的就是人材，既包含技术人员，也包含半导体企业有经验的中高阶主管。咱们应学习马来西亚等东南亚国家的发展经验，制订高工资、低（零）个人所患上税的人材吸引政策，吸引海外半导体设计、制造、管理专家来华工作。对于少数高科技设计人员以及工艺技术人员采用高薪聘任，乃至给予更优惠的待遇，比如可持有企业股分等。同时决不可忽视对于技术人材的培育，为基层功课员、技工、工程师提供较好的专业素质培训，这对于1个以出产为导向的半导体企业来讲也是相当首要的。
半导体的制造方法篇3
【关键词】产业集群;制造业;山东半岛
从20世纪90年代开始,产业集群已经成为世界经济中颇具特色的、新的经济组织形式。它可以带动某一地区乃至整个国家经济的增长。山东半岛制造业具有明显优势且发展态势良好。因此,山东半岛应该建立以制造业产业竞争力为核心的现代产业集群。本文针对半岛制造业集群的发展现状,借鉴产业集群发达地区的经验,对集群发展过程中的问题提出了相应的对策。
一、半岛制造业集群发展存在的问题
山东半岛制造业集群的发展处于起步阶段,到目前为止,山东半岛的家电、造船、汽车、纺织、石化、钢铁及农副产品加工等产业的集聚发展已经初具规模,但还存在一系列问题,并将抑制半岛产业集群的发展。
1.半岛制造业集群人才引力弱
山东是人口大省,但山东人才密度指标却远远低于北京、上海、天津等地;人才总量偏少,高层次人才存在不足。产业集群成功发展的重要因素是人才,但山东半岛制造业集群人才引力弱,人力资本素质不高,可能对今后半岛经济发展形成长期的制约。
2.半岛制造业产业结构不合理
山东制造业结构中,传统制造业扮演主要角色。这种产业格局显然很难支撑半岛制造业未来的高增长。问题主要表现在两个方面:第一,山东省总体制造业结构层次偏低,科技含量相对较高的电子及通讯设备和仪器仪表制造业,仅占装备业的12.39%[2]。第二,与珠江三角洲、长江三角洲相比,山东半岛主导产业优势不明显,高附加值、高科技含量的产品少。
3.半岛制造业产业配套能力较弱
主导产业中的“断链”现象严重影响着区域产业规模的进一步扩张和整体产业结构的提升。根据山东省外经贸厅调研资料显示,目前,半岛地区最具优势的家电产业本地配套率不到20%,大部分关键配件在半岛地区仍然是空白。
4.半岛制造业集群内的基础设施不完善
半岛制造业集群内的基础设施不完善,这突出的表现两个方面。一方面,水环境问题严重。山东半岛的水资源较为短缺,而且人口城市化和经济高速发展导致的水污染问题也很严重。另一方面,半岛区域内交通体系仍不完善。以航空为例,半岛国际航线不仅与上海、广州空港存在非常大的差距,与大连相比也差距较大。
二、国内外典型产业集群区域发展的经验与启示
改革开放后,我国出现了许多产业集群区域,如以浙江温州为代表的由乡镇企业自然发展起来的特色产业群。在国外,印度班加罗尔的软件产业集群也取得了成功。这些产业集群的成长对山东半岛制造业集群的培育与持续发展起到重要的借鉴作用:第一,加快知识产业集群的发展。班加罗尔的产业集群具有高技术及强大的市场竞争力,而这些基础技术、高科技只有靠自我的努力和创新去开发,才能促进其进一步的发展。第二,培育产业集群与本地社会的互动机制。从浙江产业集群发展的经验来看,发展产业集群一定要注意其与本地社会的互动机制的培育,使其扎根于本土的历史和文化中。第三,良好的金融环境支持是产业集群发展的有力保障。在我国江浙一带,雄厚的民间资本为企业和集群发展提供了金融支持,没有资本,企业就难以为继。第四,要充分发挥地方政府的支持、引导作用。浙江产业集群今天的成就得益于当地政府在产业集群的形成初期、在产业集群的升级过程、在产业集群成长的外部环境改善等方面,提供了有力的扶持和引导。
三、半岛制造业集群发展的对策
产业集群这种组织形式的应用无疑将对半岛制造业的发展产生巨大的推动作用。基于此,在借鉴国内外典型产业集群区域发展的启示的基础上笔者提出相应对策。
1.强化半岛制造业集群人才引力
强化产业集群人才引力要立足于多个层面。一要改善政府政策措施。政府既要打破人才身份和所有制限制,又要为到山东工作的高层次人才提供身份确认、办理录用手续等“一站式”服务。二要优化企业人力资源环境。这需要企业做如下几方面的努力:明确发展方向,构建人才事业平台;更新人才观念,构建科学用人机制;设计科学的激励机制,通过多种方式激励人才;建设企业文化,营造和谐工作环境。
2.优化制造业产业结构
山东半岛制造业结构中,传统制造业位居主导地位,而现代制造业企业间的竞争,实际上是思想和技术的的竞争,因此应通过不断推进观念和体制创新,利用制造业FDi对传统制造业进行信息化改造和建立跨国联盟发展高科技产业来优化制造业结构。
3.增强制造业产业配套能力
首先政府应制定完善的产业政策体系,提出明确的发展规划、产业布局等,并以法律、法规等形式保证产业政策的落实,建立与产业政策项配套的保障体系。其次,建立专业化园区,引导园区产业发展。再次,要加强产业链内的专业化分工协作。每个企业都应该立足本企业的专业优势,增强自己的核心竞争力,从而增强集群内的产业配套能力。
4.完善支持制造业发展的基础设施
在解决水环境问题上,以水源工程建设为重点,抓紧实施南水北调和胶东引黄供水两大工程,建立合理的水价形成机制,提高水资源的利用系数。在半岛内的交通基础设施建设方面,着力建设好青岛、济南两大空港,青岛、烟台、日照三大主枢纽港,完善“五纵四横”高等级公路网。加快胶济铁路电气化改造,使之与规划中的京沪高速铁路相衔接,形成t形高速铁路干线系统,提高交通运输现代化水平。
四、结论
本文通过对半岛制造业集群发展中存在的问题进行分析,结合产业集群发达地区的经验与启示,对这些问题提出了相应的对策。这将会弥补半岛制造业集群发展中存在的缺陷,从而促进其今后的高效发展。
参考文献
[1]秦雅林.山东半岛制造业产业集群战略[D].中国乡镇企业会计,2007,(06):98-99.
[2]蔡文琴.山东半岛城市群区域经济一体化分析[J].中共青岛市委党校青岛行政学院学报,2007,(06):54-58.
[3]王海宏.山东半岛制造业基地产业集群化发展研究[D].山东:中国石油大学,2007.
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半导体的制造方法篇4
立体构成是设计艺术的基础课程。在初中立体构成教学中，通过对纸材的切、刻、裁、折、叠、曲、卷、粘、编等艺术加工方式，培养学生的造型能力、空间意识、设计应用能力，这是其最主要的目的。鉴于立体构成专业知识技能性强的特点，教学难度是很大的。但在实际教学过程中，笔者发现，较之二维的平面造型艺术，我校八年级学生对立体三维空间艺术似乎更有兴趣。因此，笔者针对学生的学习需要调整了教学内容，在认真研究分析立体构成知识的难易度之后，选择了较为合适的内容充实到教学中去。本文是对半立体构成之纸浮雕艺术中“切折法”的课堂教学实践所作的反思与总结，以期提升立体构成教学的观念，改进教学方法。
一、教学目的
有关纸浮雕“切折法”的学习，是基于“直线折”与“曲线折”而延伸的。在最初的学习中，笔者引领学生解决了在一张完整的纸面上按照直线与曲线的折叠痕迹，变化出三维立体空间的造型问题。而“切折法”是在不可折叠的情况下，采用开“切口”的方式，对完整的纸面进行空间的重组，从而实现再创造的一种方法。
无论是直线折叠、曲线折叠，还是“切折法”的半立体纸浮雕学习，都是基于训练学生的逻辑思维、造型能力、空间意识所展开的，目的在于培养有造型能力、想象力、创造力，有耐心、有毅力的初中学生，使之具备一定的动手操作和解决问题的能力，并且能够在将来的学习中以积极的心态、采取有效的方法克服困难、解决问题。
所以，初中阶段借助对半立体构成艺术的学习，目的在于培养学生态度积极、认真负责、不怕困难、勇于挑战的素养与品质。
在前段的学习中，我校初二学生利用直线折叠和曲线折叠的方式，已经解决了半立体作品中直线和曲线造型的问题，掌握了纸浮雕艺术造型的基本方法。利用切折法造型折出的纸浮雕半立体作品，造型手法更加多样灵活，艺术效果也更加丰富。
二、教学过程
（一）创设问题，导入新课
在“切折法”教学推进的过程中，笔者采用这样一个问题作为课堂导入：如何在不改变正方形卡片大小、面积的情况下，只允许切一下，就可以把一个正方形变成一个锥形体？
这个问题看似很简单，但按照要求做到也不是很容易的。有些学生忍不住要将纸剪去一个角，而有些学生则摸索到了合适的办法。这里，笔者采取了两种方式引导学生：要么在黑板上画，要么用实物来做。然后，在教学实践过程中，按照学生的思路，归纳出以下两种切法（图1、图2）。
这一问题，实际上是引导学生了解：有些情况下必须借助“外力”方可得到理想中的纸浮雕效果（图3）。所以，“直线折”和“曲线折”能够解决的问题是有限的，学生面临了新的困难与挑战。
为了说明“外力”的问题，笔者又举例作对比：正方形纸张中心的闭合图形，在纯闭合的情况下是无法折出半立体状态的，如图4至图6。
在以往的经验里，学生会提出给这样的图形添加一些辅助线，以帮助得到它们的半立体造型的想法，如图7至图9。
但是这就牵涉到一个问题：如何在没有辅助线的情况下，折出纯闭合图形的半立体造型？所以，导入环节关于“切折法”的功能介绍尤其重要，单一的平面空间若分割为可以利用的多个空间，对学习半立体纸浮雕来说是一个飞跃，也为更灵活地折叠半立体纸浮雕作品提供了更多便利。（图10至图12）
（二）核心方法的教与学
制作半立体纸浮雕作品离不开合适的工具材料，借助美工刀对纸张进行切割再造型，这是一种惯用思维，但如何由易到难、循序渐进地教，以及总结教学规律，反思核心技术的教学方式就显得尤为重要。
纸浮雕作品制作中，“切折法”通常分为“一切多折”与“多切多折”两种。通俗地说，“一切多折”即切一下以便造型：“多切多折”则是切多下以便造型，切法更灵活。
1．一切多折法
“一切多折法”是切折法中最简单，也是容易找到规律的一种做法。至于此法的教授方式，笔者采用的是学生自主探究、教师引导并归纳总结的办法。
首先，笔者请学生回顾以前学过的直线折与曲线折的半立体纸浮雕作品，思考一下，哪些作品的立体造型并不好，又是什么原因造成了作品的三维立体结构不明晰，并且请学生们思考解决问题的办法。
一般情况下，学生很少会提出用切割的方法来解决现有的问题，这需要创造性的思维方式来解决——在已有条件下，给学生搭设新“支架”，使学生获得解决问题的新途径。笔者将美工刀展示在学生眼前，学生开始顺着提出的新线索思考解决问题的方法：在纸张立体感体现不出来的地方，用美工刀轻轻划开一道缝，难题就迎刃而解了。
在这个环节中，“切”的理由是什么、“切割”的规律有哪些，这些要点恰恰很容易被忽略。所以在讲授的过程中，教师需要对“—切多折”的意义反复强调。在师生交流、讨论的过程中，总结出“一切多折”的切口大多以跨越中心点与不跨越中心点的直线与曲线较为多见，并出示图13至图24这些常见的“一切多折法”的切割线特点。同时，还可以举例说明以强调上述要点：图25、图26是跨中心点的切割线；图27、图28是不跨中心点的切割线。
2．多切多折法
在较为顺利地传授了“一切多折法”在纸浮雕艺术中的运用之后，“多切多折法”的推出也就水到渠成了，学生接受起来也更为容易。既然切一下为纸浮雕作品带来造型上的便利，如果多切几下，想必会使作品变得更加优美、造型更加丰富。
相对于“一切法”而言，“多切法”规则性较小，更讲究灵活运用；简而言之，使用原则就是视作品本身“是否需要”。基于“多切多折法”的这一特点，在授课的过程中似乎更难找到规律。
笔者在课堂上，首先强调了纸张完整性原则，因为在多切的同时，更容易造成纸张的断裂与破坏，这也是许多学生在初次接触“多切法”时常犯的错误。图29至图31是“多切多折法”的运用实例。
三、方法要点
“切折法”，顾名思义，是“切”兼“折”的综合方法；通常是在学习纸浮雕的造型基础之后，难度无法上升、造型无法突破时所采用的方式。
“切”与“折”是学习折纸或利用纸材造型时常常采用的手段，这其中包含了“创新与创造”的思想，是用多样化手段解决问题的具体表现。在实际教学过程中，会出现以下一些问题，这些问题都源于对“切”和“折”的本末倒置，在此列举一二，作为对“切折法”教学要点的思考：
（一）“切折法”的目的是什么？有何种意义？
不论是一切多折，还是多切多折，其目的都不是为了“切”而“切”；“切割”并不是目的，而是创作手段。这一点，体现在学生具体操作中，往往是先将纸面用刀划开一条缝，然后再设计造型并制作。这样的切割从意义到效果都是大打折扣的。
“切折法”真正的意义就在于，打破原有的平面限制，将一个平面变成多个平面，产生更多折叠的可能。而“切割”并不是一种固定的模式，也不是非切不可，它只是一种造型的方法，而不是必需的手段。
（二）“切”和“折”，到底哪种动作先发生？
有不少学生在课堂中遇到这种情况：到底是先折，还是先切？基于对上述观点的思考，“切割”应是遇到不可折的情况才选择的一种方法，而且切割并不是目的，只是手段。所以，尽管有的学生通过“先切再折”的实践比较成功，由此也产生与上述观点不同的想法，但是，更多的实践则证明了，“先切再折”与“先折再切”之间，只存在着理念的不同，纸浮雕的艺术效果则是一致且唯一的追求。
采取“先折再切”的方式，通常是在设定了纸浮雕折线图之后，按照所画的折线进行纸浮雕造型，当造型遇到难度，某处不可能有立体感的时候，才用到“切”的方法。而“先切再折”，则是学生更为大胆的尝试，先在纸张上切刻，然后根据切口的大小和方向，进行纸浮雕造型设计，这样的制作过程与作品效果都充满了不可预知性，学生感到新鲜而富有挑战，在艺术效果更加丰富的同时，也增添了制作的趣味性。
所以，通过对切折法的教学反思，可以得到这样的认识，也不失为一种收获。教无定法，不必纠结于是先“切”还是先“折”，只要保证纸浮雕造型的艺术效果，学生最终也能从中获得学习的成就感与满足感，这就是一种好的办法。
四、内涵延伸
立体构成是占据一定空间的造型活动，它所表现出来的是真实的立体效果，而不是像平面构成那样，是在二维平面上表现出的立体感。
半立体纸浮雕的艺术课程学习，以平面构成为基础，将纸材进行立体化的表现，它同时兼具平面与立体的要素，将纸的某些部分立体化，在视觉和触觉上均产生实实在在的立体效果。所以，从立体化造型的表现方面来说，半立体纸浮雕的学习相较于平面上制造三维想象的二维造型来说，相对容易一些；但对我校的学生来说，在有规律与艺术感的立体空间创造方面，是一次前所未有的挑战。
因此，通过教学探索与实践反思，半立体纸浮雕艺术教学，尤其是“切折法”的运用与实践，折射出以下几点教育内涵：
（一）培养学生的综合素养与实践探索精神
初中高年级的美术课注重培养学生的综合审美能力，注重各学科间知识的渗透，以提升学生的艺术素养与人文气质。纸浮雕艺术课的设计目的在于增强学生立体造型的意识，同时融汇数理学科的几何思维，提高学生的逻辑思维能力与空间审美能力，培养学生的动手习惯与实践操作能力，以及提供学生实践和操作的机会。
（二）培养学生对空间造型的审美能力
立体或半立体知识（例如雕塑、浮雕、陶瓷艺术等专业知识），多出现在艺术赏析课上，在长期的艺术教学实践中，学生逐渐学会了对这类艺术语言的理解与应用，但是亲自体会、尝试半立体或立体造型的设计与制作，在初中美术课程中并不多见。所以，这一学习过程，目的在于促进学生感官刺激的多元化，接触半立体造型设计制作的更多细节，参与到空间造型的实践中去，掌握空间造型的形式语言，提高审美能力。
（三）培养学生的积极性与参与性，以及有效解决困难的精神
构成课程的教学内容与方法都是基于对学生主体性的分析而决定的，因此，半立体纸浮雕艺术教学中，将大量时间与空间留给学生思考、制作与交流，学生得到了许多额外的收获，比如，学习角色的转变、学习能动性的提高等。笔者不断为学生创造条件，用提问式、启发式、辨析式、讨论式、反思式等各种教学手段，培养学生主动、耐心、细致的态度，以及追求规则与方法的意识。在切折法的教学过程中，更是注重培养学生遇到困难时，勇于解决问题、坚韧不拔的精神。而“纸浮雕”这一纸的立体表现，其本身的形式与内涵也深深吸引着学生，从而有助于提高他们的学习品质与态度。
（四）成功培养学生的自信心与进取心
在纸浮雕单元，尤其是“切折法”引入之后，纸浮雕造型的规律与方法随着“切”“折”的灵活使用而变得越来越清晰，学生的自信心也越来越强。原因在于切折法带给学生的不是一种固定的模式，而是思维的启发。在这一点上，学生能够将自己前期学习中没有制作成功的作品拿出来重新尝试修改，用切折法重新思考，并能找到解决问题的方案。这种成功感激励着更多学生挑战自己，成就自己。
半导体的制造方法篇5
金融危机的到来让全球半导体行业受到了巨大的冲击，中国半导体行业同时也进入“立冬”已经是不争的事实。
宁波中纬公司因为资金亏空破产，在2008年10月6日以1.7亿元人民币的价格拍卖给深圳比亚迪有限公司――一家半导体“圈外”的企业。而在今年5月份，被称为“tD 芯片龙头企业”的凯明信息科技股份有限公司由于资金链断裂而破产，最直接的原因就是股东不再继续投资。位于上海张江高科技同区的鼎芯通讯(上海)有限公司，曾被誉为“中国射频第一芯”，由于行业原因不但放弃了上市计划，还裁员收缩成本，成为了一家不到20人的企业。不论是半导体制造业、设计业还是上下游产业公司，无一不收紧荷包，咬牙抗“寒”，整个半导体产业弥漫着浓重的悲观情绪。周身都淹没在夜幕中的半导体产业，似乎在茫茫黑夜中找不到任何出路。而根据Gartner的初步估计，在全球经济危机的影响下，预计2009年全球半导体行业收入增长幅度已经调低至1％。相对于之前业内观察者的乐观预计，Gartner的分析师们认为当今的形式已经大不相同，2009年全球半导体行业收入总计大概只能达到2820亿美元，这个数字比2008年的数据只增长了1％，也就是说2009年全球半导体行业收入将比之前预期的3077亿美元降低250多亿美元。
在当前严峻的形势下，中微半导体设备有限公司(ameC，以下简称为中微半导体)却再一次获得了来自美国华登国际风险投资公司(以下简称为华登国际)、上海创业投资有限公司等高达5800万美元的第三轮融资，这似乎又给业内带来一线生机。面对金融海啸的到来，中国半导体产业是否毫无反抗之力?如何才能够在“严冬”之中找到希望的生机?
受伤
“现在全世界每一个行业都是‘冬天’，半导体行业也不例外。”这是华登国际董事总经理黄庆在接受本刊记者采访时说的第一句话。事实上，经济危机的日渐衰退已经开始影响到了实体经济，而全球半导体制造商正在着日益恶化的业绩报告和订单减少的消息。作为全球领先的芯片制造商，美国德州仪器公司(tXn)在2008年第三季度收入疲软，将无线业务的开支削减了三分之一――超过了2亿美元，并将部分无线业务予以出售。不仅仅是美同，由于芯片需求的下滑，亚洲的半导体制造商也纷纷开始下调他们的产量、投资以及利润预期。日本neC公司旗下的neC电子也将2009年营运利润的预期下调了90％，降至10亿日元(约1033万美元)。中国台湾力晶半导体公司的硅晶圆也由于芯片制造商的库存调整策略而面对订单减少和取消的麻烦。
事实上，这一波金融海啸早已影响到了中国国内半导体产业。自2008年初开始，有关半导体产业的“泡沫论”已经传的沸沸扬扬。tD芯片核心厂商凯明公司以及CmmB芯片供应商安凡微电子公司的相继倒闭，数字电视芯片商清华凌讯的大幅裁员，tD射频芯片商鼎芯以及多媒体处理芯片智多微电子、杰得先后陷入资金困局，一系列的坏消息接踵而至，而这些仅仅是芯片设计环节中的问题。在半导体产业的制造环节和封装环节中同样存在着一大堆难题。业内人士认为，由于半导体行业的投资回报率太低，因此VC/pe已经乏于关注。根据全球半导体联盟GSa的报告，2008年第三季度，半导体公司从风险投资机构那里所得到的风险投资为2.316亿美元，比2007年第二季度下降了44％，比2007年同期下降了57％。报告中显示，2008年第三季度中总共有21家无工厂(fabless，即通过将半导体的生产制造外包予专业晶圆代工半导体制造厂商来取得优势的公司)半导体公司和集成设备制造商(iDm)获得风险投资，交易数量比第二季度下降10％，比2007年同期下降44％。
“华登国际会秉持着长线投资的策略继续关注半导体行业，不过我们投资的时候会更加谨慎了。”黄庆表示。“目前中国市场中，上市公司的表现都非常不好，而没有上市的公司都在挣扎之中，没有足够的竞争力，也无法与美国和中国台湾的太公司相竞争。”中国大陆半导体可谓成也foundry(代工模式)，败也foundry。早在2000年，中国大陆半导体就是依靠代工模式业兴起的，从华润上华科技150mm的生产线首开了大陆代工模式的先河之后，中芯国际、宏力半导体又开建了200mm的生产线，之后华虹neC向代工工厂转型，一时间代工模式几乎成为了大陆半导体的代名词。然而，国际代工工厂大者恒大的演变格局，终于使中国大陆代工模式的发展出现瓶颈――本土iC设计能力的匮乏。“美国是半导体产业的发源地，中国台湾的半导体产业也经过了二十多年的发展，中国大陆的半导体产业不过才几年的历史，所以在系统端和模组端都还不够成熟，尚处于需要积累的阶段。”智基创投投资副总裁何启勋表示。
疗伤
与无可争议的全球电子制造业霸主美国相比，无“芯”之痛一直是中国电子行业内最大的心病。从整个半导体产业链来分析，半导体产业的核心部分基本上分为芯片的设计、生产制造，以及测试、封装几个环节。大的半导体厂商一般不直接参与最终用户终端产品的制造，而是通过负责应用开发的系统和终端厂商与最终用户建立间接联系，因此，处于半导体产业链顶端的芯片设计就成为了兵家必争之地。
对于一个芯片设计公司而言，缺乏技术就意味着难以长久生存。“半导体行业范围很广，不论是代工、设计、封装都是各有特点，但是总体来说国内半导体行业不具有竞争力的主要原因就是技术。”黄庆表示，“换言之就是人才问题。由于半导体行业本身发展于美国，因此很多美国企业都有着多年的研发经验积累，而中国的技术根基还不够牢固，谈不上技术的积累，因此缺乏竞争力和抗风险能力。”事实上，中国芯片产业目前正遭遇两大发展瓶颈，一方面上游设备和材料产业严重滞后，另一方面芯片设计企业与下游整机企业缺乏战略联动，两者严重制约了中国芯片产业的发展速度。早在2000年出台的“18号文件”鼓励了芯片和软件产业的发展，使得芯片产业进入了一个高速成长期。海外产业巨头们看中了中国大陆廉价的制造成本，并迅速涌入，而芯片的核心设计技术却依旧没有踏入国门。
“除了芯片设计外，生产环节能否领先也十分依赖于技术。”黄庆表示。“从全世界的角度来看，中国台湾积体电路制造股份有限公司(tSmC，以下简称为台积电)是远远走在其他代工工厂之前的，公司的pS值(pricetoSales，即市销率)高达4，pS值这么高的原因就是技术遥遥领先。”技术就是发展的动力，面对飞速变化的市场，如果没有掌握核心的
技术，想要及时应对市场的变化而做出产品的调整是非常困难的。“半导体行业每三年要更换一代产品，没有强大的研发能力只能被淘汰。”
投资半导体产业，事实上是一个以小搏大的概念，而当初中国台湾的创投业关注半导体行业也正因为如此。“这个行业的‘冬天’来了，大环境的影响是第一个原因，技术不够先进而没有竞争力是第二个原因，第三个原因则是整个电子业发展到现在已经比较成熟了。”何启勋认为。由于电子业的市场日趋成熟，一些想要进人这个行业的小型公司将会遇到更大的门槛。而中国国内目前500多家大大小小的芯片设计公司可能绝大部分都熬不过这个“冬天”。“中国很多设计公司都太小，没有竞争实力，如果合并成为一个大公司，或许能增强竞争力而继续存活，所以年底可能会在这个领域中出现很多并购。”黄庆表示。
多数面临困境的芯片设计企业也许将自生自灭，而对于中星微电子、珠海炬力和展讯通信这样已经上市的企业来说，当下的日子一样不好过。据2008年第二季度财报显示，中星微电子净亏损100万美元，珠海炬力的净利润下滑超过20％，而展讯通信的净利润同比下滑6％，运营利润率由去年同期7.9％跌至4.2％。整个中国半导体市场笼罩在一片“寒冬”之气中。
愈伤
莫非“很受伤”的半导体产业在中国国内就根本毫无出路可言?2008年10月22日中微半导体顺利完成第三轮5800万美元融资的消息似乎给出了一个答案。作为首家专为中国和亚洲半导体产业开发加工亚微米及纳米级大规模集成线路关键设备的公司，其关于化学汽相沉积和等离子体蚀刻的产品受到了上海市政府及工业园区的支持。“中微半导体不论是在公司技术价值还是商业模式上都是非常成功的。”黄庆表示，“第一，中微半导体的公司团队十分优秀，都是来自于其最大竞争对手美国应用材料公司(appliedmaterials)中最精英的一部分；第二，中微半导体面向的市场是亚洲，而公司也设立在中国，这对于他们及时应对国内市场的变化十分有利；第三，半导体是一个庞大的产业，而设备公司是支撑这个产业的根基，所以政府也十分支持中微半导体。”黄庆还表示，由于设备公司的投资比较大，近期中微半导体还将有一系列的资金注入。
在金融风暴的冲击下，整个业界对于半导体产业短期的走向都感到悲观，然而把握住公司的方向同样能够适当抵抗经济危机带来的影响。“从消费芯电子角度来讲，个人电脑已经发展成熟，这个领域的芯片公司会而临更加剧烈的竞争，因此，选择一个有发展潜力的行业，并且投资在这个领域所应用的半导体是非常有意义的。”何启勋认为，“比如中国的汽车业和家电业，这两个行业所需的芯片应该会有很大的发展，毕竟要在‘红海’中发展是需要很高的整合能力与设计能力的。”
半导体的制造方法篇6
那是2002年的叫候，如影随形多年的老员工被无奈辞退，一个个相继离去，仓库里的产品堆积如山，迟迟不见减少的迹象，那些在公司兴岱时添置的昂贵机器一台台停止了转动，同曾经喧躁无比的半导体行业一起变得悄无声息……
让这位管理者庆幸的是，行业萧条像一阵飓风，让很多公司荡然无存，而自己的企业终于捱过寒冬，可以在2004年明媚的春光中露出笑容。
让这些半导体周期变迁中的幸存者感到无比温暖的数据是：2003年，全球半导体销售额达到1633亿美元，比2002年增长了15．8％，而在2002年增长率仅为1．6％，再往前一年的2001年，全球半导体销售额则足减少了32．1％。更鼓舞人心的是，2004年2月份，全球半导体销售额与去年同期相比增长了31％；2003年年初伞球半导体的库存为11亿美元，面到了2004年年初，这一数字不到4亿美元，达到三年来新低。
工厂里闲置的机器也纷纷开动起来，全球半导体产能利用率达到了90％左右；刘于2004年的资本支出，英特尔、台积电等各大公司开始做出乐观的预算，而中国内地，8英寸乃至12英寸生产线也纷纷破土开工。
资本币场上，由17家半导体公司细成的费城半导体指数率先作出反应。2003年，费城半导体指数上升67％。
环球同此凉热，内地的半导体行业也在这一波景气复苏中强劲反弹。以iC设计公司士兰微(600460)领衔的半导体板块大都超过了100%的涨幅，土兰微更是荣登两市第一高价股。另一家总部他于上海的芯片代工企业中芯国际(0981．HK)也是一路抢跑，成立不到四年，在尚未盈利的情况下就在香港、美国上市，以18亿美元的融资额成为今年全球第三大ipo。
芯片、从来都是一个让人心跳的行业，无论赚钱还是赔钱。是什么带动这次行业复苏，这样的好日子还能持续多久?
好日子有多长
内地・位半导体研究人员告诉《新则经》记者，红今年2月份上海召开的“2004年中国半导体市场年会”上，与会人士刘于本轮周期基本达成了一致的看法――由于缺乏重大技术创新，本轮周期是由换机需求和下游消费增长带动，属于景气循环中的弱周期。
所硝“缺乏重大技术创新”，是相对半导体行业过去几十年的发展历史言。上世纪80年代以前的工程专用计算机、电视机的发叫，1981年至1995年间个人电脑的广泛应用，以及1995年至2000年间的手机、互联网兴起等，都曾带动半导体行业飞速发展。而从2000年以后，全球范围内没有出现类似的重大技术创新。
赛迪顾问咨询部的经理韩毅荣接受《新财经》记者采访时表示，半导体行业本次复苏主要由手机、数码产品等下游产品的需求带动。在经历两年萧条之后，半导体上游产能严重不足。随着产品价格一路上升，那些在“非典”时期减少了库存的厂商都后悔不已。韩毅荣近期次地走访了许多半导体厂家，发现许多厂家的流片订单都已经排到几个月之后，产能利用率极高。
其实，上次袅退出现之前，全球半导体行业的产能已经增加很多。华夏证券研究员董志强认为上一轮全球半导体行业衰退的原因正在于投资过热。当产能过剩之后产品价格下跌，从而引起半导体公司利涧下降。董志强并不认为只有重大技术创新才会带来半导体行业的兴盛，他认为，“对于半导体公司来说，只要有市场，能够赚到钱就够了。”
被压抑的需求终于复苏了――尽管复苏来得比期要晚。台湾KGl中证券驻上海的研究员张海滨认为，其实，这轮复苏在2002年就应该到来，但是全球经济发展速度放缓、美伊战争以及SaRS等因素使得行业衰退的周期拉长，不过，消费炎电子、电信运营商对无线设备的采购等因素最终还是让复苏来临。
迟到的复苏能够持续多久?黄志强认为，这要取决于目前产能的增长速度。虽然现在很多公司借行业复苏肝始扩大投资，但上一次的衰退给半导师体公司造成了很大的伤害，现征他们都显得比较谨慎，而且，从建设到投产还有一段时间，所以，这一轮周期应该至少持续到2005年底。
赛迪顾问的韩毅荣也认为，按照国际半导体行业的规律，下一轮衰退在2005年至2006年之间到来，不过，对内地半导体企业影响应该不会太大。韩指出，中国市场强大的内需保证了中国市场过去的发展，也会保证未来几年的增长空间。上一轮全球衰退时，2001年全球半导体行业的增长速度为一32%，但中国市场仍然保持了17．6％增K速度。所以，韩毅荣认为，当下一轮哀邀来临时，中国半导体企业仍然会像上一次一样保持正增长，仅是速度会有所减缓。
内地一家基金公司的半导体研究员持有不同的意见。这位研究员认为，全球半导体2004年的景气度应该高于2003年，这一轮复苏会持续到2005年上半年，因为中国企业所从事的以低端产品为主，所以，新的衰退来临时，中国企业受冲击的时间会相对滞后。至于上一轮全球衰退中中国市场还能保持正增长，主要原因还在于中国的基数太低，而到了下一轮衰退，情况会有不同。
KGi中信证券的张海滨也指出，尽管多数人都认为这一轮上升周期至少会延续到2005年上半年，但是如果届时移动通讯领域的3G技术能够大规模推行，景气周期还会延长。
日益重要的中国
上一次半导体行业的景气周期中，最大的赢家是中国台湾。尽管英特尔、德州仪器等美国半导体行业龙头依然威风不减，但以台积电为代表的台湾半导体企业却崭露头角，令台湾地区成了半导体生产的中心区域。
在新一轮复苏行情中，中国内地成了全球关注的焦点。2004年初，各专业机构在预测未来半导体行业发展时，都不能忽视中国内地在整个行业增长中日益重要的份额。iDC估计，2002年至2007年之间，中国内地对半导体需求的年复合增长率将达到27％，相比之下，远高于整个半导体行业12．5％的年复合增长率。这个时候，关于“中国经济是否过热”的争论正如火如荼，人们突然发现，在中国版图上再次掀起大炼钢铁、快造汽车、速建商品房的热潮同时，半导体领域的投资也是一个热点。
中国内地过快膨胀的投资让中国官方和经济界不无忧虑，随后一系列紧缩性政策出台，中国经济是否会因此“着陆”、或以何种方式“着陆”又成了新的问题。那些投资热点行业的未来前景也因此蒙上了阴影。
不过，半导体行业可能会是一个例外。
对2004年中国经济持谨慎担忧态度的瑞士信贷第一波士顿在年初一份聚集了该公司全球研究力量的报告中指出，尽管该公司策略及全球经济研究团队认为中国投资支出的放缓会对很多行业带来冲击，但是他们亦认为这对半导体行业影响甚微，甚至可以说“没有影响”。
瑞士信贷第一波士顿的科技行业分析师michaelmasdea解释了其中原因：中国经济和消费强劲的势头对半导体行业的推动作用，远远大于商品、建设和汽车领域投资放缓带来的消极影响。masdea指出，经济指标显示，中国城市消费者大多不会受到投资收紧的影响，将推动消费持续增长，而这正是推动半导体行业增长的真正关键因素。中国对装配用半导体的需求，出口和内需基本上不受紧缩性政策的影响。
考虑到中国的竞争优势，masdea预计，中国内地半导体领域的外商直接投资不会放缓。
产业链布局
就在内地对半导体的投资热情与目俱增，从iC设计、代工制造到封装测试各个环节均重金投入的情况下，如何有效平衡整个产业各个环节的发展问题被提上了议事日程。
不少专家认为，目前中国内地的iC设计能力严重不足。作为产业链的龙头，只有设计能力提高了，制造和封装才有可能拿到更多订单。2003年中国内地iC设计企业中，产值超过1亿元的仅有11家。据介绍，对于iC设计企业而言，首要的目标是要达到1亿美元的大关。
权威人士指出，其实，现在中国内地的半导体产业颇像30年前的台湾。当时的台湾也是出口导向政策，对各个环节征收增值税，但台湾地区从代工起家，在积累了足够的经验和人才之后，带动上游的iC设计和下游封装测试企业的发展，终于有了今日台湾半导体在世界范围内举足轻重的地位。相比之下，中国内地在各个产业链上同时发力，人才储备严重不足。
2003年，中国集成电路产值达到了352．5亿元，其中iC设计产值规模仅为44．9亿元，所占比重为12．7％，芯片制造领域的产伯为60．5亿元，所占比重为17．2％，封装测试为247．1亿元，所占比重达70．1％。不难看出，劳动力密集的封装测试业在整个中国内地半导体产业链中占据绝对比重。
相比之下，2003年台湾地区的整体集成电路产业产值(含设计、制造、封装、测试)达新台币8l88亿元，较2002年增长25．4％。其中设计业产值为1902亿元，所占比重为23．2％；制造业产值为4701亿元，所占比重为57．4％，成长率近24．2%；封装测试业为1585亿元，比重为19．4％。
不过，最近儿年中国内地芯片生产线的建设速度陡然加快，规格也逐渐提升。2000年底，中国内地共有25条4英寸至8英寸芯片生产线，其中以4英寸生产线为主，只有一条8英寸线。到了2003年底，芯片生产线达到了33条，其中新增5条8英寸生产线，而正在建设当中的还有l3条，其中包括1条12英寸生产线和3条8英寸生产线。
台积电董事长张忠谋曾预言中国在芯片生产线如此大幅的投入，将会造成产能过剩，可能成为下一波全球半导体不景气的元凶。
台湾KGi中信证券的张海滨不赞同这种说法。他认为现在世界上半导体制造的主要能量在台湾和日木等地区，以中国现在的发展速度，不可能造成全球的产能过剩。国内半导体权威、北京大学微电子研究所所长王阳元尽管一直不赞国全国各地不顾条件上芯片项目，但他同时认为内地目前的8英寸线并不算多，只有不加凋研大量上芯片项目才是盲目的行为，他认为“芯片产业存有泡沫”的说法并不可取。
政策双刃剑
在大多数人的印象中，内地的半导体行业始终受到国家政策高度保护，而前段时间美国和日本指责中国政府给予内地半导体公司增值税优惠，似乎更加印证了这一看法。但从内地的半导体公司传出的声音，多数在抱怨政府不仅扶持力度不够，甚至在一定程度上压制了公司的发展。
2004年3月18日，美旧商务部致函中国商务部，称中国政府对于本国半导体行业的税收优惠政策“与世界贸易组织要求的国民待遇原则相违背”，美方已向wt0提出了磋商请求。
争端来自2000年6月国务院的《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》(简称“18号文件”)。该文件的第4l条规定：芯片生产企业2010年前按17％的法定税率征收增值税，对实际税负超过6％的部分即征即退。
2001年，时任国务院副总理的李岚清在一次工作会议上，对18号文件进行了补充，形成了后来的国务院的51号文件。5l号文件规定，对部分芯片企业实际
税负达到3％的增值税实行即征即退，并对集成电路的政策作了补充。当时鼓励产业发展的措施有：税收减免、投资优惠、进出口政策、支持研究开发、加强人才培养、鼓励设备本地化以及知识产权保护等，这些方面列集成电路实施了优惠政策。
参加过18号文件起草的中闰电子信息产业发展研究院高级顾问杨学明解释了“实际税负”的含义：“，实际税负”，指集成电路企业在中国内地直接销售产品所交纳的全部增值税额和同期该企业的全部销售额之比。但问题的关键在于分子，即企业在中国内地直接销售产品所交纳的全部增值税额――由于企业实际交纳的增值税要扣除进项税额(生产资料购入货款总额×适应税率)，并月是在内地销售，所以，实际税负超过6％乃至3％的企业并不多。
内地多数专家和企业的观点是，如果以实际税负超过3％的标标准来计算，内地半导师体企业从18号文件受惠极其有限。另外还有情况是，即使有些企业达到了18号文件的优惠条件，实际上并没有得到政府的退税。内地某知名半导体公司的负责人就曾向《新财经》记者抱怨，自己就职的公司应该享有几百万元退税，但一直没有返还。
另一方面，国家鼓励半导体出口的政策，使得半导体产业链被切割，甚至扭曲。由于中国一直实行以出口为导向的税收政策，产品内销将征收17％的增值税，而出口产品将被退还已征收的增值税，因此，企业的内销成本要高于出口。18号文件的本意是鼓励外资来华设厂并将产品内销，但是由于国家对于半导体产品的出口没有征收增值税，而对于内地从设计到制造乃至封装测试每一环节均增收增值税，使得很多公司不愿意接受内地的订单。
现在全球制造业向中国转移的趋势日渐明显，很多分析人士认为，与其说这是为了贴近需求巨大的中国市场，还不说是因为内地劳动力成本低廉和对外商的优惠政策。但事实上，中国半导体市场确有很大的市场，供需缺口在80%以上，可是目前中国所使用的集成电路产品至少有80%以上是从境外进口。
现在来看，制造业的转移并未给中国半导体上下游产业链带来多少实惠。以内地代工大厂中芯国际为例，其来自上游设计公司的订单90%来自境外，而产品制成之后，封装测试工作也并未就近选择内地公司，而是运往境外。内地一流的封装测试公司长电科技(600584)就自称未接到过来自中芯国际的订单。长电科技董事会秘书朱正义称，其实，以长电科技的技术实力，承接中芯国际的产品封装业务是不成问题的，但是如果中芯国际的产品交给长电科技封装，必须交纳l7％的增值税，而运往境外则可省下这笔税。
半导体的制造方法篇7
芯片的由来
20世纪上半叶，几乎所有电器都有一个共同的特征就是十分庞大。比如，那时的电脑就很吓人，20世纪40年代的一台电脑的各种电子元件占满了一个几十平方米的房间。为什么那时的电器那么大呢？这是因为那些电器中的电子元件是用真空管制成的，那是一种被抽成真空的玻璃管，内有阴、阳两极，电子会由阴极流向阳极。1947年，美国的贝尔实验室发明了晶体管，电子仪器才开始走上逐渐“瘦身”的过程。
晶体管就像固态的真空管，制造晶体管的材料是半导体，原料包括硅、锗、砷化镓等。晶体管的出现，令工程师能设计出更多更复杂的电路。可是，体积细小的电子零件却带来另一个问题，就是需要人工把这些零件焊接在一起。这可是一件费力不讨好的工作，不仅要花费大量时间和金钱，差错率也很高。为此，美国军方开始推进“微模块计划”。这个计划的基本思路是将所有不同类型的电子零件制成统一的大小和形状，并在生产时加上电线。这样，在组装零件时，便可将大小统一的电阻、电容和晶体管等，像搭积木般组装成设计的电路，免去焊接的烦恼。
杰克・基尔比进入“微模块计划”研究小组后，决心进行创新，从根本上解决将大量电子零件整合成电路时的困难。他想，是不是能够抛开那些电子零件，直接在一块半导体上接上电线充当多个晶体管？
1958年9月，基尔比成功将一组电路安装在一片锗半导体上。人类历史上第一块原始的芯片产生了，它在很长一段时间内被称为半导体集成电路。基尔比因为这个发明在42年后获得了2000年诺贝尔物理学奖。
第一款实用芯片
1959年，英特尔公司的始创人之一罗伯特・诺伊斯继续改进基尔比设计的芯片。他在硅晶体的表面铺上不同的物料来制作晶体管，并在连接处铺上一层氧化物作保护。以硅取代锗就可使芯片的成本大为下降，令集成电路的大规模生产变得可行。可以说，是英特尔公司设计出了第一款实用的芯片。到20世纪60年代末期，接近90%的电子仪器是以芯片制成。
我们现在对芯片的定义是内含集成电路的硅片。其制作方法是一次性把所有的组件（主要是晶体管）一次性地用照相印刷的方法印制在硅片上，外观看上去像是画在硅片上的电线。芯片最重要的应用是充当中央处理器，也称CpU或微处理器，它是电脑和其他智能电器的运算控制部分。从20世纪60年代开始，电脑的体积越来越小，而运算速度却越来越快，功能越来越强大。这都归功于芯片对晶体管的集成度越来越高。
1965年，英特尔公司的另一个创始人戈登・摩尔提出了著名的“摩尔定律”：当价格不变时，一块芯片上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，电脑的性能也将提升一倍。当时，摩尔的实验室也只能将50只晶体管和电阻集成在一个芯片上，他却预测1975年的芯片将会有6.5万个晶体管。摩尔当时的预测听起来好像是科学幻想，然而后来的技术发展证明摩尔是对的，1975年的确出现了集成了6.5万个晶体管的芯片。至今，最先进的芯片已集成了超过17亿个晶体管。
未来之路
今天，充当微处理器的芯片不仅存在于电脑中，各种电器如数码相机、智能洗衣机、智能冰箱、互联网电视机、智能手机等，都有它的身影。就连汽车引擎控制、数控机床、导弹精确制导等，都要嵌入各类不同的微处理器。芯片不仅是电脑的核心部件，也是各种数字化智能设备的关键部件。未来，各种智能电子产品提高性能的关键因素之一就是提高芯片的运算速度。
从芯片的发展历史我们可以看出，要提高芯片的运算速度，就得集成更多的晶体管。这正是芯片的未来发展趋势。随着纳米技术的进步，晶体管可以小到纳米尺度。这不但可以使得芯片变得更小，而且芯片上集成的晶体管数量会更多。然而，如果一块越来越小的芯片上集成越来越多的晶体管，就会带来一个很严重的问题，那就是在运算时会产生过多热量。过热会降低芯片的运算速率，甚至可能烧坏芯片。
半导体的制造方法篇8
我国历年对半导体产业的总投入约260亿元人民币（含126亿元外资）。现有集成电路生产技术主要来源于国外技术转让，其中相当部分集成电路前道工序和封装厂是与美、日、韩公司合资设立。其中三资企业的销售额约占总销售额的88%（1998年）。民营的集成电路企业开始萌芽。
设计：集成电路的设计汇集电路、器件、物理、工艺、算法、系统等不同技术领域的背景，是最尖端的技术之一。我国目前以各种形态存在的集成电路设计公司、设计中心等约80个，工程师队伍还不足3000人。2000年，集成电路设计业销售额超过300万元的企业有20多家，其中超过1000万的约10家。超过1亿的4家（华大、矽科、大唐微电子和士兰公司）。总销售额10亿元左右。年平均设计300种左右（其中不到200种形成批量）。
现主要利用外商提供的eda工具，运用门阵列、标准单元，全定制等多种方法进行设计。并开始采用基于机构级的高层次设计技术、vhdl，和可测性设计技术等先进设计方法。设计最高水平为0.25微米，700万元件，3层金属布线，主线设计线宽0.8-1.5微米，双层布线。[1]目前，我国在通信类集成电路设计有一定的突破。自行设计开发的熊猫2000系列cad软件系统已开发成功并正在推广。这个系统的开发成功，使我国继美国、欧共体、日本之后，第四个成为能够开发大型的集成电路设计软件系统的国家。目前逻辑电路、数字电路100万门左右的产品已可以用此设计。
前工序制造：1990年代以来，国家通过投资实施“908”、“909”工程，形成了国家控股的骨干生产企业。其中，中日合资、中方控股的华虹nec（8英寸硅片，0.35-0.25微米，月投片2万片），总投资10亿美元，以18个月的国际标准速度建成，99年9月试投片，现已达产。该工程使我国芯片制造进入世界主流技术水平，增强了国内外产业界对我国半导体产业能力的信心。
在前8家生产企业中，三资企业占6家，总投资7.15亿美元，外方4.69亿美元，占66%.目前芯片生产技术多为6英寸硅片、0.8-1.5微米特征尺寸。7个主干企业生产线的月投片量已超过17万片，其中6～8英寸圆片的产量占33％以上。
目前这些企业生产经营情况良好。2000年，七个骨干企业总销售额达到56亿元人民币，利润7.5亿元，利润率达到13%.同年全国电子信息产业总销售额5800亿元人民币，利润380亿，利润率6.5%.
封装：由于
芯片制造设备，我国只具备部分浅层次设计制造能力，如电子45所已有能力制造0.5微米光刻机等。
半导体分立器件：2000年，全年分立器件的销售额60亿，产量341亿只。
供需情况和近期发展形势
20世纪90年代，我国集成电路产业呈加速发展趋势，年均增长率在30%以上。2000年，我国集成电路产量达到58.8亿块，总产值约200亿人民币（其中设计业10亿，芯片制造56亿，封装130亿）。如果加上半导体分立器件，总产值达到260亿元。预计2001年，集成电路产量可达70亿块。
2000年，全球半导体销售额达到1950亿美元，我国半导体生产从价值量上看，占世界半导体生产的1.6%（含封装、设计产值），从加工数量看占全世界份额不足1%（美国占32%，日本占23%）。
从需求方面看，据信息产业部有关人员介绍，2000年，国内集成电路总销售量240亿块，1200亿人民币。业内普遍估计，今后10年，半导体的国内需求仍将以20%的速率递增，估计2005年，我国集成电路国内市场的需求约为300亿块、800亿元人民币；2010年，达到700亿块、2100亿元人民币。
从近几年统计数字分析看，国内生产芯片（包括外商独资企业的生产和在国内封装的进口芯片）占国内需求量的20%～25%，但国内生产部分的80%为出口，按此计算，我国集成电路产业的自给率仅4%～5%.但是，有两个因素影响了对芯片生产自给率的准确估计。首先是我国集成电路的产品销售有很大一部分通过外贸渠道出口转内销，据信息产业部估计，出口转内销约占出口量的一半。如此推算，国内半导体生产满足国内市场的实际比重在12%～15%.实际上，国内生产的芯片质量已过关，主要是缺乏市场信任度，而销售渠道又往往掌握在三资企业外方手中。
但芯片走私的因素，可能又使自给率12%～15%的估计过分夸大。台湾合晶科技公司蔡南雄指出：官方统计，1997年
我国微电子科技水平与国外的差距，至少是10年。[5]现有科技力量分散，科技与产业界联系不紧密。产业内各重要环节（基础行业、设计、制造工艺、封装），尚未掌握足以跨国公司对等合作的关键技术专利。
半导体基础（支撑）行业落后：目前硅材料已有能力自给，各项原料在不同程度上可以满足国内要求（材料半数国产化，关键材料仍需进口）。
但如上所述，几乎所有尖端设备，我们自己都不能设计制造，基本依赖进口。业内认为我国半导体基础行业和国际水平差距约20年。
一般地说，西方对我引进设备放松的程度和时机，取决于我国自身的技术进展，所以我国半导体设备技术的进步，成为争取引进先进设备的筹码（尽管代价高昂）。如没有这方面的工作，设备引进受到限制，连参与设备工艺的国际联合研制的资格也没有（韩台可以参与）。
已引进的先进生产线，经营控制权不在我手中，妨碍电路设计和工艺自主研发现有较先进的集成电路生产线（包括华虹nec、首钢nec），其技术、市场和管理尚未掌握在
由于缺乏技术的积累，我国还远没有形成具有自主知识产权的ip库，与国外超大规模ic的模块化设计和s0c技术差距甚远。设计软件基本用外国软件，即使设计出来，也往往因加工企业ip库的不兼容而遭拒绝。
集成电路的设计与加工技术是相互依存的。因为我国微细加工工艺水平落后，人才缺乏，目前不具备设计先进电路的水平，更没有具备设计cpu及大容量存储器的水平。也有的客户眼睛向外，不愿意在国内加工，但到国外加工还要受欺负。尽管我们花了100%的制版费，板图也拿不回来。
超大规模集成电路的设计，难度最大的是系统设计和系统集成的能力，最需要的人才是系统设计的领头人，这是我国最缺的人力资源。国内现有人才多数是设计后道的能力，做系统的能力差。国内现有环境，培养这样的人才比较难。
国内的设计制造行业，就单个企业来说很难开发需要高技术含量的超前性、引导性产品。多数民营中小企业只能跟在别人后面走仿制道路（所谓反向设计）。反向设计只能适应万门以下电路的设计开发。故目前还无法与国外先进设计公司竞争。
缺乏市场信任度由于总体技术水平低，市场多年被外国产品占领，自己的供给能力还没有赢得国内市场的信任，以致出现外商一手向国内ic厂定货，再转手卖给国内用户的现象。这是当前外（台）商大举在国内投资集成电路生产线的客观背景。
国内设计、制造的产品往往受到比国外产品更严格的挑剔，要打开市场需要更多的时间和精力，这就难免被国外同行抢先。半导体市场瞬息万变，竞争十分残酷，而我国对自己的半导体产业，似取过分自由放任态度，几乎完全暴露在国际竞争中。有必要对有关政策上给以重新评估。
我国电子整机厂多为组装厂，自己设计开发芯片的极少，由于多头引进，整机品种繁多，规格不一，批量较小，成本高。另外，象汽车电子、新一代“信息家电”等产品市场很大，但需要高水平且配套的芯片产品，而我国单个电路设计企业无力完成，设计和生产能力还尚待磨合。如欲进军这方面的市场，需要高层有明确的市场战略和行业级的协调。我国微电子行业目前因技术能力所限，可适应市场领域还比较狭窄，又面临着国际市场的巨大压力。要争得技术和资本的积累期和机会，必须有政府的组织作用。
还没有形成完整的产业体系从整体看，我国半导体产业还没有形成有机联系的生态群，或刚刚处于萌芽状态，产业内各环节上下游间互补性薄弱。目前少数先进生产能力，置于跨国公司的全球制造～营销体系内，外（台）商做oem接单，来大陆工厂生产，国内芯片厂商被动打工。国家体制内的科研力量和现有生产体系的结合渠道不顺畅，国内科技型中小型民营（设计）企业和大型制造企业的互补关系正在建立中。
“集成电路设计与生产都需要有很强的队伍，能够根据国内整机的需要设计出产品，按照我们的工艺规则来生产。他的设计拿过来我们能做，做好了能够测试，测试以后能够用到整机单位去应用。这条路要把它走通。另外还有一批人能够打开市场。其他的暂时可以慢一点。”[7]所以，目前我国微电子领域与国际水平的差距，并非单项技术的差距，而是包括各环节在内的系统性的差距。单从技术和资金要素来看，“908”“909”工程的实践，可以说是试图以类似韩国的大规模投资来实现生产技术的“跨越”。但实践证明，单项发展，不足以带动一个科技-产业系统的整体进步。不仅要克服资金、人才、市场的瓶颈，也要克服体制、政策的瓶颈，非此不能吸引人才，不能调动各方面的积极性。
我国半导体产业发展的现有条件
经过20年的发展和积累，特别是近年来我国电子信息产业的高速发展，半导体产业在我国经济、国防建设中的重要地位，以及加快发展的必要性，已基本形成共识。应该说，我国已经在多方面具备了微电子大发展所必须的条件。
首先是经过多年的引进和国家大规模投资，已形成一定产业基础，初步形成从设计、前工序到后封装的产业轮廓。广义电子产业布局呈现向京津地区、华东地区和深穗地区集中的态势，已经形成了几个区域性半导体产业群落。这对信息知识的交流，技术的扩散，新机会的创造，以及吸引海外高级人才、都十分重要。
技术引进和国内科研工作的长期积累，也具备了自主研发的基础。“909”工程初步成功，说明投资机制有了巨大进步，直接鼓励了外商投资
其次，国内投资环境大幅度改善。尤其是沿海经济发达地区，市场经济初见轮廓，法制和政策环境日益改善，人才和资金集中，信息基础设施完备，各种类型的民营企业已开始显现其经营管理能力，已有问鼎高效益高风险的微电子领域的苗头，各种类型的设计公司正在兴起。
近两年来，海外半导体产业界已经对我国大陆的半导体业投资环境表示了极大兴趣。外（台）商对大陆的半导体投资热，虽然并不能使我们在短期内掌握技术市场控制权（甚至可能对我人才产生逆向吸附作用），但有助于形成、壮大产业群，有助于冲破西方设备、技术封锁。长远看是利大于弊。
人才优势。国内软件人才潜力巨大，而软件设计和芯片设计是相通的。这是集成电路设计业的有力后盾。
再次是随着国内电子产品制造业的飞速发展，半导体产业市场潜力巨大。1990年代，我国电子产品制造业产值年均增长速度约27％，1999年为4300亿元人民币，2000年达5800亿（总产值1万亿）。其中，pc机和外部设备年增率平均40％以上，某些产品的产量已名列世界前茅；互联网用户和网络业务的年增率超过300％；公用固定通讯交换设备平均每年新增2000万线，预计2005年总量将超过3亿线；手机用户数每年增长1500-2000万户，2001年已突破1亿户。各类ic卡的需求量也猛增。据信息产业部预计，我国电子产品制造业未来5年平均增长率将超过15%（一般电子工业增长率比gdp增长率高1倍）。预计2005年，信息制造业的市场总规模达到2万亿。
最后是国家对半导体产业十分重视。官方人士多次表示：要想根本改变我国的电子信息产业目前落后状况，需要“十五”计划中，把推进超大规模集成电路的产业化作为加速发展信息产业的第一位的重点领域。并相应制定了产业优惠政策。这些政策将随着产业的发展逐步落实并进一步完善。[8]
注释：
[1]陈文华，1998年。
[2]《产业论坛》1998年第18期。
[3]陈文华，1998年。
[4]《关于加快我国微电子产业发展的建议》，工程科技与发展战略报告集，2000年。
[5]叶甜春，2000年。
[6]吴德馨院士访谈录，2001年3月。
半导体的制造方法篇9
关键词半导体材料量子线量子点材料光子晶体
1半导体材料的战略地位
上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和Gaas激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米科学技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路，必将深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式。
2几种主要半导体材料的发展现状与趋势
2.1硅材料
从提高硅集成电路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）单晶的直径和减小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si发展的总趋势。目前直径为8英寸（200mm）的Si单晶已实现大规模工业生产，基于直径为12英寸（300mm）硅片的集成电路（iC‘s）技术正处在由实验室向工业生产转变中。目前300mm，0.18μm工艺的硅ULSi生产线已经投入生产，300mm，0.13μm工艺生产线也将在2003年完成评估。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功，直径27英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。
从进一步提高硅iC‘S的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外，Soi材料，包括智能剥离（Smartcut）和SimoX材料等也发展很快。目前，直径8英寸的硅外延片和Soi材料已研制成功，更大尺寸的片材也在开发中。
理论分析指出30nm左右将是硅moS集成电路线宽的“极限”尺寸。这不仅是指量子尺寸效应对现有器件特性影响所带来的物理限制和光刻技术的限制问题，更重要的是将受硅、Sio2自身性质的限制。尽管人们正在积极寻找高K介电绝缘材料（如用Si3n4等来替代Sio2），低K介电互连材料，用Cu代替al引线以及采用系统集成芯片技术等来提高ULSi的集成度、运算速度和功能，但硅将最终难以满足人类不断的对更大信息量需求。为此，人们除寻求基于全新原理的量子计算和Dna生物计算等之外，还把目光放在以Gaas、inp为基的化合物半导体材料，特别是二维超晶格、量子阱，一维量子线与零维量子点材料和可与硅平面工艺兼容GeSi合金材料等，这也是目前半导体材料研发的重点。
2.2Gaas和inp单晶材料
Gaas和inp与硅不同，它们都是直接带隙材料，具有电子饱和漂移速度高，耐高温，抗辐照等特点；在超高速、超高频、低功耗、低噪音器件和电路，特别在光电子器件和光电集成方面占有独特的优势。
目前，世界Gaas单晶的总年产量已超过200吨，其中以低位错密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生长的2－3英寸的导电Gaas衬底材料为主；近年来，为满足高速移动通信的迫切需求，大直径（4，6和8英寸）的Si－Gaas发展很快。美国莫托罗拉公司正在筹建6英寸的Si－Gaas集成电路生产线。inp具有比Gaas更优越的高频性能，发展的速度更快，但研制直径3英寸以上大直径的inp单晶的关键技术尚未完全突破，价格居高不下。
Gaas和inp单晶的发展趋势是：
（1）。增大晶体直径，目前4英寸的Si－Gaas已用于生产，预计本世纪初的头几年直径为6英寸的Si－Gaas也将投入工业应用。
（2）。提高材料的电学和光学微区均匀性。
（3）。降低单晶的缺陷密度，特别是位错。
（4）。Gaas和inp单晶的VGF生长技术发展很快，很有可能成为主流技术。
2.3半导体超晶格、量子阱材料
半导体超薄层微结构材料是基于先进生长技术（mBe，moCVD）的新一代人工构造材料。它以全新的概念改变着光电子和微电子器件的设计思想，出现了“电学和光学特性可剪裁”为特征的新范畴，是新一代固态量子器件的基础材料。
（1）Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料。
Gaaias／Gaas，Gainas／Gaas，aiGainp／Gaas；Galnas／inp，alinas／inp，inGaasp／inp等Gaas、inp基晶格匹配和应变补偿材料体系已发展得相当成熟，已成功地用来制造超高速，超高频微电子器件和单片集成电路。高电子迁移率晶体管（Hemt），赝配高电子迁移率晶体管（p－Hemt）器件最好水平已达fmax=600GHz，输出功率58mw，功率增益6.4db；双异质结双极晶体管（HBt）的最高频率fmax也已高达500GHz，Hemt逻辑电路研制也发展很快。基于上述材料体系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探测器，红、黄、橙光发光二极管和红光激光器以及大功率半导体量子阱激光器已商品化；表面光发射器件和光双稳器件等也已达到或接近达到实用化水平。目前，研制高质量的1.5μm分布反馈（DFB）激光器和电吸收（ea）调制器单片集成inp基多量子阱材料和超高速驱动电路所需的低维结构材料是解决光纤通信瓶颈问题的关键，在实验室西门子公司已完成了80×40Gbps传输40km的实验。另外，用于制造准连续兆瓦级大功率激光阵列的高质量量子阱材料也受到人们的重视。
虽然常规量子阱结构端面发射激光器是目前光电子领域占统治地位的有源器件，但由于其有源区极薄（～0.01μm）端面光电灾变损伤，大电流电热烧毁和光束质量差一直是此类激光器的性能改善和功率提高的难题。采用多有源区量子级联耦合是解决此难题的有效途径之一。我国早在1999年，就研制成功980nminGaas带间量子级联激光器，输出功率达5w以上；2000年初，法国汤姆逊公司又报道了单个激光器准连续输出功率超过10瓦好结果。最近，我国的科研工作者又提出并开展了多有源区纵向光耦合垂直腔面发射激光器研究，这是一种具有高增益、极低阈值、高功率和高光束质量的新型激光器，在未来光通信、光互联与光电信息处理方面有着良好的应用前景。
为克服pn结半导体激光器的能隙对激光器波长范围的限制，1994年美国贝尔实验室发明了基于量子阱内子带跃迁和阱间共振隧穿的量子级联激光器，突破了半导体能隙对波长的限制。自从1994年inGaas／inaias／inp量子级联激光器（QCLs）发明以来，Bell实验室等的科学家，在过去的7年多的时间里，QCLs在向大功率、高温和单膜工作等研究方面取得了显着的进展。2001年瑞士neuchatel大学的科学家采用双声子共振和三量子阱有源区结构使波长为9.1μm的QCLs的工作温度高达312K，连续输出功率3mw.量子级联激光器的工作波长已覆盖近红外到远红外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光谱、超高灵敏气体传感器、高速调制器和无线光学连接等方面显示出重要的应用前景。中科院上海微系统和信息技术研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子级联激光器；中科院半导体研究所于2000年又研制成功3.7μm室温准连续应变补偿量子级联激光器，使我国成为能研制这类高质量激光器材料为数不多的几个国家之一。
目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作为超薄层微结构材料发展的主流方向，正从直径3英寸向4英寸过渡；生产型的mBe和m0CVD设备已研制成功并投入使用，每台年生产能力可高达3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英国卡迪夫的moCVD中心，法国的picogigamBe基地，美国的QeD公司，motorola公司，日本的富士通，ntt，索尼等都有这种外延材料出售。生产型mBe和moCVD设备的成熟与应用，必然促进衬底材料设备和材料评价技术的发展。
（2）硅基应变异质结构材料。
硅基光、电器件集成一直是人们所追求的目标。但由于硅是间接带隙，如何提高硅基材料发光效率就成为一个亟待解决的问题。虽经多年研究，但进展缓慢。人们目前正致力于探索硅基纳米材料（纳米Si／Sio2），硅基SiGeC体系的Si1－yCy/Si1－xGex低维结构，Ge／Si量子点和量子点超晶格材料，Si／SiC量子点材料，Gan／Bp／Si以及Gan／Si材料。最近，在Gan／Si上成功地研制出LeD发光器件和有关纳米硅的受激放大现象的报道，使人们看到了一线希望。
另一方面，GeSi／Si应变层超晶格材料，因其在新一代移动通信上的重要应用前景，而成为目前硅基材料研究的主流。Si/GeSimoDFet和moSFet的最高截止频率已达200GHz，HBt最高振荡频率为160GHz，噪音在10GHz下为0.9db，其性能可与Gaas器件相媲美。
尽管Gaas／Si和inp／Si是实现光电子集成理想的材料体系，但由于晶格失配和热膨胀系数等不同造成的高密度失配位错而导致器件性能退化和失效，防碍着它的使用化。最近，motolora等公司宣称，他们在12英寸的硅衬底上，用钛酸锶作协变层（柔性层），成功的生长了器件级的Gaas外延薄膜，取得了突破性的进展。
2.4一维量子线、零维量子点半导体微结构材料
基于量子尺寸效应、量子干涉效应，量子隧穿效应和库仑阻效应以及非线性光学效应等的低维半导体材料是一种人工构造（通过能带工程实施）的新型半导体材料，是新一代微电子、光电子器件和电路的基础。它的发展与应用，极有可能触发新的技术革命。
目前低维半导体材料生长与制备主要集中在几个比较成熟的材料体系上，如Gaalas／Gaas，in（Ga）as／Gaas，inGaas／inalas／Gaas，inGaas／inp，in（Ga）as／inalas／inp，inGaasp／inalas／inp以及GeSi／Si等，并在纳米微电子和光电子研制方面取得了重大进展。俄罗斯约飞技术物理所mBe小组，柏林的俄德联合研制小组和中科院半导体所半导体材料科学重点实验室的mBe小组等研制成功的in（Ga）as／Gaas高功率量子点激光器，工作波长lμm左右，单管室温连续输出功率高达3.6～4w.特别应当指出的是我国上述的mBe小组，2001年通过在高功率量子点激光器的有源区材料结构中引入应力缓解层，抑制了缺陷和位错的产生，提高了量子点激光器的工作寿命，室温下连续输出功率为1w时工作寿命超过5000小时，这是大功率激光器的一个关键参数，至今未见国外报道。
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半导体材料研究的新进展
在单电子晶体管和单电子存贮器及其电路的研制方面也获得了重大进展，1994年日本ntt就研制成功沟道长度为30nm纳米单电子晶体管，并在150K观察到栅控源－漏电流振荡；1997年美国又报道了可在室温工作的单电子开关器件，1998年Yauo等人采用0.25微米工艺技术实现了128mb的单电子存贮器原型样机的制造，这是在单电子器件在高密度存贮电路的应用方面迈出的关键一步。目前，基于量子点的自适应网络计算机，单光子源和应用于量子计算的量子比特的构建等方面的研究也正在进行中。
与半导体超晶格和量子点结构的生长制备相比，高度有序的半导体量子线的制备技术难度较大。中科院半导体所半导体材料科学重点实验室的mBe小组，在继利用mBe技术和SK生长模式，成功地制备了高空间有序的inas／inai（Ga）as／inp的量子线和量子线超晶格结构的基础上，对inas／inalas量子线超晶格的空间自对准（垂直或斜对准）的物理起因和生长控制进行了研究，取得了较大进展。
王中林教授领导的乔治亚理工大学的材料科学与工程系和化学与生物化学系的研究小组，基于无催化剂、控制生长条件的氧化物粉末的热蒸发技术，成功地合成了诸如Zno、Sno2、in2o3和Ga2o3等一系列半导体氧化物纳米带，它们与具有圆柱对称截面的中空纳米管或纳米线不同，这些原生的纳米带呈现出高纯、结构均匀和单晶体，几乎无缺陷和位错；纳米线呈矩形截面，典型的宽度为20－300nm，宽厚比为5－10，长度可达数毫米。这种半导体氧化物纳米带是一个理想的材料体系，可以用来研究载流子维度受限的输运现象和基于它的功能器件制造。香港城市大学李述汤教授和瑞典隆德大学固体物理系纳米中心的LarsSamuelson教授领导的小组，分别在Sio2／Si和inas／inp半导体量子线超晶格结构的生长制各方面也取得了重要进展。
低维半导体结构制备的方法很多，主要有：微结构材料生长和精细加工工艺相结合的方法，应变自组装量子线、量子点材料生长技术，图形化衬底和不同取向晶面选择生长技术，单原子操纵和加工技术，纳米结构的辐照制备技术，及其在沸石的笼子中、纳米碳管和溶液中等通过物理或化学方法制备量子点和量子线的技术等。目前发展的主要趋势是寻找原子级无损伤加工方法和纳米结构的应变自组装可控生长技术，以求获得大小、形状均匀、密度可控的无缺陷纳米结构。
2.5宽带隙半导体材料
宽带隙半导体材主要指的是金刚石，iii族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（Zno等）及固溶体等，特别是SiC、Gan和金刚石薄膜等材料，因具有高热导率、高电子饱和漂移速度和大临界击穿电压等特点，成为研制高频大功率、耐高温、抗辐照半导体微电子器件和电路的理想材料；在通信、汽车、航空、航天、石油开采以及国防等方面有着广泛的应用前景。另外，iii族氮化物也是很好的光电子材料，在蓝、绿光发光二极管（LeD）和紫、蓝、绿光激光器（LD）以及紫外探测器等应用方面也显示了广泛的应用前景。随着1993年Gan材料的p型掺杂突破，Gan基材料成为蓝绿光发光材料的研究热点。目前，Gan基蓝绿光发光二极管己商品化，Gan基LD也有商品出售，最大输出功率为0.5w.在微电子器件研制方面，Gan基Fet的最高工作频率（fmax）已达140GHz，ft=67GHz，跨导为260ms／mm；Hemt器件也相继问世，发展很快。此外，256×256Gan基紫外光电焦平面阵列探测器也已研制成功。特别值得提出的是，日本Sumitomo电子工业有限公司2000年宣称，他们采用热力学方法已研制成功2英寸Gan单晶材料，这将有力的推动蓝光激光器和Gan基电子器件的发展。另外，近年来具有反常带隙弯曲的窄禁带inasn，inGaasn，Ganp和Ganasp材料的研制也受到了重视，这是因为它们在长波长光通信用高t0光源和太阳能电池等方面显示了重要应用前景。
以Cree公司为代表的体SiC单晶的研制已取得突破性进展，2英寸的4H和6HSiC单晶与外延片，以及3英寸的4HSiC单晶己有商品出售；以SiC为Gan基材料衬低的蓝绿光LeD业已上市，并参于与以蓝宝石为衬低的Gan基发光器件的竟争。其他SiC相关高温器件的研制也取得了长足的进步。目前存在的主要问题是材料中的缺陷密度高，且价格昂贵。
ii－Vi族兰绿光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美国3m公司成功地解决了ii－Vi族的p型掺杂难点而得到迅速发展。1991年3m公司利用mBe技术率先宣布了电注入（Zn，Cd）Se／ZnSe兰光激光器在77K（495nm）脉冲输出功率100mw的消息，开始了ii－Vi族兰绿光半导体激光（材料）器件研制的高潮。经过多年的努力，目前ZnSe基ii－Vi族兰绿光激光器的寿命虽已超过1000小时，但离使用差距尚大，加之Gan基材料的迅速发展和应用，使ii－Vi族兰绿光材料研制步伐有所变缓。提高有源区材料的完整性，特别是要降低由非化学配比导致的点缺陷密度和进一步降低失配位错和解决欧姆接触等问题，仍是该材料体系走向实用化前必须要解决的问题。
宽带隙半导体异质结构材料往往也是典型的大失配异质结构材料，所谓大失配异质结构材料是指晶格常数、热膨胀系数或晶体的对称性等物理参数有较大差异的材料体系，如Gan／蓝宝石（Sapphire），SiC／Si和Gan／Si等。大晶格失配引发界面处大量位错和缺陷的产生，极大地影响着微结构材料的光电性能及其器件应用。如何避免和消除这一负面影响，是目前材料制备中的一个迫切要解决的关键科学问题。这个问题的解泱，必将大大地拓宽材料的可选择余地，开辟新的应用领域。
目前，除SiC单晶衬低材料，Gan基蓝光LeD材料和器件已有商品出售外，大多数高温半导体材料仍处在实验室研制阶段，不少影响这类材料发展的关键问题，如Gan衬底，Zno单晶簿膜制备，p型掺杂和欧姆电极接触，单晶金刚石薄膜生长与n型掺杂，ii－Vi族材料的退化机理等仍是制约这些材料实用化的关键问题，国内外虽已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。
3光子晶体
光子晶体是一种人工微结构材料，介电常数周期的被调制在与工作波长相比拟的尺度，来自结构单元的散射波的多重干涉形成一个光子带隙，与半导体材料的电子能隙相似，并可用类似于固态晶体中的能带论来描述三维周期介电结构中光波的传播，相应光子晶体光带隙（禁带）能量的光波模式在其中的传播是被禁止的。如果光子晶体的周期性被破坏，那么在禁带中也会引入所谓的“施主”和“受主”模，光子态密度随光子晶体维度降低而量子化。如三维受限的“受主”掺杂的光子晶体有希望制成非常高Q值的单模微腔，从而为研制高质量微腔激光器开辟新的途径。光子晶体的制备方法主要有：聚焦离子束（FiB）结合脉冲激光蒸发方法，即先用脉冲激光蒸发制备如ag/mno多层膜，再用FiB注入隔离形成一维或二维平面阵列光子晶体；基于功能粒子（磁性纳米颗粒Fe2o3，发光纳米颗粒CdS和介电纳米颗粒tio2）和共轭高分子的自组装方法，可形成适用于可光范围的三维纳米颗粒光子晶体；二维多空硅也可制作成一个理想的3－5μm和1.5μm光子带隙材料等。目前，二维光子晶体制造已取得很大进展，但三维光子晶体的研究，仍是一个具有挑战性的课题。最近，Campbell等人提出了全息光栅光刻的方法来制造三维光子晶体，取得了进展。
4量子比特构建与材料
随着微电子技术的发展，计算机芯片集成度不断增高，器件尺寸越来越小（nm尺度）并最终将受到器件工作原理和工艺技术限制，而无法满足人类对更大信息量的需求。为此，发展基于全新原理和结构的功能强大的计算机是21世纪人类面临的巨大挑战之一。1994年Shor基于量子态叠加性提出的量子并行算法并证明可轻而易举地破译目前广泛使用的公开密钥Rivest，Shamir和adlman（RSa）体系，引起了人们的广泛重视。
所谓量子计算机是应用量子力学原理进行计的装置，理论上讲它比传统计算机有更快的运算速度，更大信息传递量和更高信息安全保障，有可能超越目前计算机理想极限。实现量子比特构造和量子计算机的设想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一个实现大规模量子计算的方案。其核心是利用硅纳米电子器件中磷施主核自旋进行信息编码，通过外加电场控制核自旋间相互作用实现其逻辑运算，自旋测量是由自旋极化电子电流来完成，计算机要工作在mK的低温下。
这种量子计算机的最终实现依赖于与硅平面工艺兼容的硅纳米电子技术的发展。除此之外，为了避免杂质对磷核自旋的干扰，必需使用高纯（无杂质）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅单晶；减小Sio2绝缘层的无序涨落以及如何在硅里掺入规则的磷原子阵列等是实现量子计算的关键。量子态在传输，处理和存储过程中可能因环境的耦合（干扰），而从量子叠加态演化成经典的混合态，即所谓失去相干，特别是在大规模计算中能否始终保持量子态间的相干是量子计算机走向实用化前所必需克服的难题。
5发展我国半导体材料的几点建议
鉴于我国目前的工业基础，国力和半导体材料的发展水平，提出以下发展建议供参考。
5.1硅单晶和外延材料硅材料作为微电子技术的主导地位
至少到本世纪中叶都不会改变，至今国内各大集成电路制造厂家所需的硅片基本上是依赖进口。目前国内虽已可拉制8英寸的硅单晶和小批量生产6英寸的硅外延片，然而都未形成稳定的批量生产能力，更谈不上规模生产。建议国家集中人力和财力，首先开展8英寸硅单晶实用化和6英寸硅外延片研究开发，在“十五”的后期，争取做到8英寸集成电路生产线用硅单晶材料的国产化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我国应有8～12英寸硅单晶、片材和8英寸硅外延片的规模生产能力；更大直径的硅单晶、片材和外延片也应及时布点研制。另外，硅多晶材料生产基地及其相配套的高纯石英、气体和化学试剂等也必需同时给以重视，只有这样，才能逐步改观我国微电子技术的落后局面，进入世界发达国家之林。
5.2Gaas及其有关化合物半导体单晶材料发展建议
Gaas、inp等单晶材料同国外的差距主要表现在拉晶和晶片加工设备落后，没有形成生产能力。相信在国家各部委的统一组织、领导下，并争取企业介入，建立我国自己的研究、开发和生产联合体，取各家之长，分工协作，到2010年赶上世界先进水平是可能的。要达到上述目的，到“十五”末应形成以4英寸单晶为主2－3吨／年的Si－Gaas和3－5吨／年掺杂Gaas、inp单晶和开盒就用晶片的生产能力，以满足我国不断发展的微电子和光电子工业的需术。到2010年，应当实现4英寸Gaas生产线的国产化，并具有满足6英寸线的供片能力。
5.3发展超晶格、量子阱和一维、零维半导体微结构材料的建议
（1）超晶格、量子阱材料从目前我国国力和我们已有的基础出发，应以三基色（超高亮度红、绿和蓝光）材料和光通信材料为主攻方向，并兼顾新一代微电子器件和电路的需求，加强mBe和moCVD两个基地的建设，引进必要的适合批量生产的工业型mBe和moCVD设备并着重致力于Gaalas／Gaas，inGaalp／inGap，Gan基蓝绿光材料，inGaas／inp和inGaasp／inp等材料体系的实用化研究是当务之急，争取在“十五”末，能满足国内2、3和4英寸Gaas生产线所需要的异质结材料。到2010年，每年能具备至少100万平方英寸mBe和moCVD微电子和光电子微结构材料的生产能力。达到本世纪初的国际水平。
宽带隙高温半导体材料如SiC，Gan基微电子材料和单晶金刚石薄膜以及Zno等材料也应择优布点，分别做好研究与开发工作。
（2）一维和零维半导体材料的发展设想。基于低维半导体微结构材料的固态纳米量子器件，目前虽然仍处在预研阶段，但极其重要，极有可能触发微电子、光电子技术新的革命。低维量子器件的制造依赖于低维结构材料生长和纳米加工技术的进步，而纳米结构材料的质量又很大程度上取决于生长和制备技术的水平。因而，集中人力、物力建设我国自己的纳米科学与技术研究发展中心就成为了成败的关键。具体目标是，“十五”末，在半导体量子线、量子点材料制备，量子器件研制和系统集成等若干个重要研究方向接近当时的国际先进水平；2010年在有实用化前景的量子点激光器，量子共振隧穿器件和单电子器件及其集成等研发方面，达到国际先进水平，并在国际该领域占有一席之地。可以预料，它的实施必将极大地增强我国的经济和国防实力。
半导体的制造方法篇10
关键词半导体材料量子线量子点材料光子晶体
1半导体材料的战略地位
上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和gaas激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米科学技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路，必将深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式。
2几种主要半导体材料的发展现状与趋势
2.1硅材料
从提高硅集成电路成品率，降低成本看，增大直拉硅（cz－si）单晶的直径和减小微缺陷的密度仍是今后cz－si发展的总趋势。目前直径为8英寸（200mm）的si单晶已实现大规模工业生产，基于直径为12英寸（300mm）硅片的集成电路（ic‘s）技术正处在由实验室向工业生产转变中。目前300mm，0.18μm工艺的硅ulsi生产线已经投入生产，300mm，0.13μm工艺生产线也将在2003年完成评估。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功，直径27英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。
从进一步提高硅ic‘s的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外，soi材料，包括智能剥离（smartcut）和simox材料等也发展很快。目前，直径8英寸的硅外延片和soi材料已研制成功，更大尺寸的片材也在开发中。
理论分析指出30nm左右将是硅mos集成电路线宽的“极限”尺寸。这不仅是指量子尺寸效应对现有器件特性影响所带来的物理限制和光刻技术的限制问题，更重要的是将受硅、sio2自身性质的限制。尽管人们正在积极寻找高k介电绝缘材料（如用si3n4等来替代sio2），低k介电互连材料，用cu代替al引线以及采用系统集成芯片技术等来提高ulsi的集成度、运算速度和功能，但硅将最终难以满足人类不断的对更大信息量需求。为此，人们除寻求基于全新原理的量子计算和dna生物计算等之外，还把目光放在以gaas、inp为基的化合物半导体材料，特别是二维超晶格、量子阱，一维量子线与零维量子点材料和可与硅平面工艺兼容gesi合金材料等，这也是目前半导体材料研发的重点。
2.2gaas和inp单晶材料
gaas和inp与硅不同，它们都是直接带隙材料，具有电子饱和漂移速度高，耐高温，抗辐照等特点；在超高速、超高频、低功耗、低噪音器件和电路，特别在光电子器件和光电集成方面占有独特的优势。
目前，世界gaas单晶的总年产量已超过200吨，其中以低位错密度的垂直梯度凝固法（vgf）和水平（hb）方法生长的2－3英寸的导电gaas衬底材料为主；近年来，为满足高速移动通信的迫切需求，大直径（4，6和8英寸）的si－gaas发展很快。美国莫托罗拉公司正在筹建6英寸的si－gaas集成电路生产线。inp具有比gaas更优越的高频性能，发展的速度更快，但研制直径3英寸以上大直径的inp单晶的关键技术尚未完全突破，价格居高不下。
gaas和inp单晶的发展趋势是：
（1）。增大晶体直径，目前4英寸的si－gaas已用于生产，预计本世纪初的头几年直径为6英寸的si－gaas也将投入工业应用。
（2）。提高材料的电学和光学微区均匀性。
（3）。降低单晶的缺陷密度，特别是位错。
（4）。gaas和inp单晶的vgf生长技术发展很快，很有可能成为主流技术。
2.3半导体超晶格、量子阱材料
半导体超薄层微结构材料是基于先进生长技术（mbe，mocvd）的新一代人工构造材料。它以全新的概念改变着光电子和微电子器件的设计思想，出现了“电学和光学特性可剪裁”为特征的新范畴，是新一代固态量子器件的基础材料。
（1）ⅲ－v族超晶格、量子阱材料。
gaaias／gaas，gainas／gaas，aigainp／gaas；galnas／inp，alinas／inp，ingaasp／inp等gaas、inp基晶格匹配和应变补偿材料体系已发展得相当成熟，已成功地用来制造超高速，超高频微电子器件和单片集成电路。高电子迁移率晶体管（hemt），赝配高电子迁移率晶体管（p－hemt）器件最好水平已达fmax=600ghz，输出功率58mw，功率增益6.4db；双异质结双极晶体管（hbt）的最高频率fmax也已高达500ghz，hemt逻辑电路研制也发展很快。基于上述材料体系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探测器，红、黄、橙光发光二极管和红光激光器以及大功率半导体量子阱激光器已商品化；表面光发射器件和光双稳器件等也已达到或接近达到实用化水平。目前，研制高质量的1.5μm分布反馈（dfb）激光器和电吸收（ea）调制器单片集成inp基多量子阱材料和超高速驱动电路所需的低维结构材料是解决光纤通信瓶颈问题的关键，在实验室西门子公司已完成了80×40gbps传输40km的实验。另外，用于制造准连续兆瓦级大功率激光阵列的高质量量子阱材料也受到人们的重视。
虽然常规量子阱结构端面发射激光器是目前光电子领域占统治地位的有源器件，但由于其有源区极薄（～0.01μm）端面光电灾变损伤，大电流电热烧毁和光束质量差一直是此类激光器的性能改善和功率提高的难题。采用多有源区量子级联耦合是解决此难题的有效途径之一。我国早在1999年，就研制成功980nmingaas带间量子级联激光器，输出功率达5w以上；2000年初，法国汤姆逊公司又报道了单个激光器准连续输出功率超过10瓦好结果。最近，我国的科研工作者又提出并开展了多有源区纵向光耦合垂直腔面发射激光器研究，这是一种具有高增益、极低阈值、高功率和高光束质量的新型激光器，在未来光通信、光互联与光电信息处理方面有着良好的应用前景。
为克服pn结半导体激光器的能隙对激光器波长范围的限制，1994年美国贝尔实验室发明了基于量子阱内子带跃迁和阱间共振隧穿的量子级联激光器，突破了半导体能隙对波长的限制。自从1994年ingaas／inaias／inp量子级联激光器（qcls）发明以来，bell实验室等的科学家，在过去的7年多的时间里，qcls在向大功率、高温和单膜工作等研究方面取得了显着的进展。2001年瑞士neuchatel大学的科学家采用双声子共振和三量子阱有源区结构使波长为9.1μm的qcls的工作温度高达312k，连续输出功率3mw.量子级联激光器的工作波长已覆盖近红外到远红外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光谱、超高灵敏气体传感器、高速调制器和无线光学连接等方面显示出重要的应用前景。中科院上海微系统和信息技术研究所于1999年研制成功120k5μm和250k8μm的量子级联激光器；中科院半导体研究所于2000年又研制成功3.7μm室温准连续应变补偿量子级联激光器，使我国成为能研制这类高质量激光器材料为数不多的几个国家之一。
目前，ⅲ－v族超晶格、量子阱材料作为超薄层微结构材料发展的主流方向，正从直径3英寸向4英寸过渡；生产型的mbe和m0cvd设备已研制成功并投入使用，每台年生产能力可高达3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英国卡迪夫的mocvd中心，法国的picogigambe基地，美国的qed公司，motorola公司，日本的富士通，ntt，索尼等都有这种外延材料出售。生产型mbe和mocvd设备的成熟与应用，必然促进衬底材料设备和材料评价技术的发展。
（2）硅基应变异质结构材料。
硅基光、电器件集成一直是人们所追求的目标。但由于硅是间接带隙，如何提高硅基材料发光效率就成为一个亟待解决的问题。虽经多年研究，但进展缓慢。人们目前正致力于探索硅基纳米材料（纳米si／sio2），硅基sigec体系的si1－ycy/si1－xgex低维结构，ge／si量子点和量子点超晶格材料，si／sic量子点材料，gan／bp／si以及gan／si材料。最近，在gan／si上成功地研制出led发光器件和有关纳米硅的受激放大现象的报道，使人们看到了一线希望。
另一方面，gesi／si应变层超晶格材料，因其在新一代移动通信上的重要应用前景，而成为目前硅基材料研究的主流。si/gesimodfet和mosfet的最高截止频率已达200ghz，hbt最高振荡频率为160ghz，噪音在10ghz下为0.9db，其性能可与gaas器件相媲美。
尽管gaas／si和inp／si是实现光电子集成理想的材料体系，但由于晶格失配和热膨胀系数等不同造成的高密度失配位错而导致器件性能退化和失效，防碍着它的使用化。最近，motolora等公司宣称，他们在12英寸的硅衬底上，用钛酸锶作协变层（柔性层），成功的生长了器件级的gaas外延薄膜，取得了突破性的进展。
2.4一维量子线、零维量子点半导体微结构材料
基于量子尺寸效应、量子干涉效应，量子隧穿效应和库仑阻效应以及非线性光学效应等的低维半导体材料是一种人工构造（通过能带工程实施）的新型半导体材料，是新一代微电子、光电子器件和电路的基础。它的发展与应用，极有可能触发新的技术革命。
目前低维半导体材料生长与制备主要集中在几个比较成熟的材料体系上，如gaalas／gaas，in（ga）as／gaas，ingaas／inalas／gaas，ingaas／inp，in（ga）as／inalas／inp，ingaasp／inalas／inp以及gesi／si等，并在纳米微电子和光电子研制方面取得了重大进展。俄罗斯约飞技术物理所mbe小组，柏林的俄德联合研制小组和中科院半导体所半导体材料科学重点实验室的mbe小组等研制成功的in（ga）as／gaas高功率量子点激光器，工作波长lμm左右，单管室温连续输出功率高达3.6～4w.特别应当指出的是我国上述的mbe小组，2001年通过在高功率量子点激光器的有源区材料结构中引入应力缓解层，抑制了缺陷和位错的产生，提高了量子点激光器的工作寿命，室温下连续输出功率为1w时工作寿命超过5000小时，这是大功率激光器的一个关键参数，至今未见国外报道。
在单电子晶体管和单电子存贮器及其电路的研制方面也获得了重大进展，1994年日本ntt就研制成功沟道长度为30nm纳米单电子晶体管，并在150k观察到栅控源－漏电流振荡；1997年美国又报道了可在室温工作的单电子开关器件，1998年yauo等人采用0.25微米工艺技术实现了128mb的单电子存贮器原型样机的制造，这是在单电子器件在高密度存贮电路的应用方面迈出的关键一步。目前，基于量子点的自适应网络计算机，单光子源和应用于量子计算的量子比特的构建等方面的研究也正在进行中。
与半导体超晶格和量子点结构的生长制备相比，高度有序的半导体量子线的制备技术难度较大。中科院半导体所半导体材料科学重点实验室的mbe小组，在继利用mbe技术和sk生长模式，成功地制备了高空间有序的inas／inai（ga）as／inp的量子线和量子线超晶格结构的基础上，对inas／inalas量子线超晶格的空间自对准（垂直或斜对准）的物理起因和生长控制进行了研究，取得了较大进展。
王中林教授领导的乔治亚理工大学的材料科学与工程系和化学与生物化学系的研究小组，基于无催化剂、控制生长条件的氧化物粉末的热蒸发技术，成功地合成了诸如zno、sno2、in2o3和ga2o3等一系列半导体氧化物纳米带，它们与具有圆柱对称截面的中空纳米管或纳米线不同，这些原生的纳米带呈现出高纯、结构均匀和单晶体，几乎无缺陷和位错；纳米线呈矩形截面，典型的宽度为20－300nm，宽厚比为5－10，长度可达数毫米。这种半导体氧化物纳米带是一个理想的材料体系，可以用来研究载流子维度受限的输运现象和基于它的功能器件制造。香港城市大学李述汤教授和瑞典隆德大学固体物理系纳米中心的larssamuelson教授领导的小组，分别在sio2／si和inas／inp半导体量子线超晶格结构的生长制各方面也取得了重要进展。
低维半导体结构制备的方法很多，主要有：微结构材料生长和精细加工工艺相结合的方法，应变自组装量子线、量子点材料生长技术，图形化衬底和不同取向晶面选择生长技术，单原子操纵和加工技术，纳米结构的辐照制备技术，及其在沸石的笼子中、纳米碳管和溶液中等通过物理或化学方法制备量子点和量子线的技术等。目前发展的主要趋势是寻找原子级无损伤加工方法和纳米结构的应变自组装可控生长技术，以求获得大小、形状均匀、密度可控的无缺陷纳米结构。
2.5宽带隙半导体材料
宽带隙半导体材主要指的是金刚石，iii族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（zno等）及固溶体等，特别是sic、gan和金刚石薄膜等材料，因具有高热导率、高电子饱和漂移速度和大临界击穿电压等特点，成为研制高频大功率、耐高温、抗辐照半导体微电子器件和电路的理想材料；在通信、汽车、航空、航天、石油开采以及国防等方面有着广泛的应用前景。另外，iii族氮化物也是很好的光电子材料，在蓝、绿光发光二极管（led）和紫、蓝、绿光激光器（ld）以及紫外探测器等应用方面也显示了广泛的应用前景。随着1993年gan材料的p型掺杂突破，gan基材料成为蓝绿光发光材料的研究热点。目前，gan基蓝绿光发光二极管己商品化，gan基ld也有商品出售，最大输出功率为0.5w.在微电子器件研制方面，gan基fet的最高工作频率（fmax）已达140ghz，ft=67ghz，跨导为260ms／mm；hemt器件也相继问世，发展很快。此外，256×256gan基紫外光电焦平面阵列探测器也已研制成功。特别值得提出的是，日本sumitomo电子工业有限公司2000年宣称，他们采用热力学方法已研制成功2英寸gan单晶材料，这将有力的推动蓝光激光器和gan基电子器件的发展。另外，近年来具有反常带隙弯曲的窄禁带inasn，ingaasn，ganp和ganasp材料的研制也受到了重视，这是因为它们在长波长光通信用高t0光源和太阳能电池等方面显示了重要应用前景。
以cree公司为代表的体sic单晶的研制已取得突破性进展，2英寸的4h和6hsic单晶与外延片，以及3英寸的4hsic单晶己有商品出售；以sic为gan基材料衬低的蓝绿光led业已上市，并参于与以蓝宝石为衬低的gan基发光器件的竟争。其他sic相关高温器件的研制也取得了长足的进步。目前存在的主要问题是材料中的缺陷密度高，且价格昂贵。
ii－vi族兰绿光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美国3m公司成功地解决了ii－vi族的p型掺杂难点而得到迅速发展。1991年3m公司利用mbe技术率先宣布了电注入（zn，cd）se／znse兰光激光器在77k（495nm）脉冲输出功率100mw的消息，开始了ii－vi族兰绿光半导体激光（材料）器件研制的高潮。经过多年的努力，目前znse基ii－vi族兰绿光激光器的寿命虽已超过1000小时，但离使用差距尚大，加之gan基材料的迅速发展和应用，使ii－vi族兰绿光材料研制步伐有所变缓。提高有源区材料的完整性，特别是要降低由非化学配比导致的点缺陷密度和进一步降低失配位错和解决欧姆接触等问题，仍是该材料体系走向实用化前必须要解决的问题。
宽带隙半导体异质结构材料往往也是典型的大失配异质结构材料，所谓大失配异质结构材料是指晶格常数、热膨胀系数或晶体的对称性等物理参数有较大差异的材料体系，如gan／蓝宝石（sapphire），sic／si和gan／si等。大晶格失配引发界面处大量位错和缺陷的产生，极大地影响着微结构材料的光电性能及其器件应用。如何避免和消除这一负面影响，是目前材料制备中的一个迫切要解决的关键科学问题。这个问题的解泱，必将大大地拓宽材料的可选择余地，开辟新的应用领域。
目前，除sic单晶衬低材料，gan基蓝光led材料和器件已有商品出售外，大多数高温半导体材料仍处在实验室研制阶段，不少影响这类材料发展的关键问题，如gan衬底，zno单晶簿膜制备，p型掺杂和欧姆电极接触，单晶金刚石薄膜生长与n型掺杂，ii－vi族材料的退化机理等仍是制约这些材料实用化的关键问题，国内外虽已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。
3光子晶体
光子晶体是一种人工微结构材料，介电常数周期的被调制在与工作波长相比拟的尺度，来自结构单元的散射波的多重干涉形成一个光子带隙，与半导体材料的电子能隙相似，并可用类似于固态晶体中的能带论来描述三维周期介电结构中光波的传播，相应光子晶体光带隙（禁带）能量的光波模式在其中的传播是被禁止的。如果光子晶体的周期性被破坏，那么在禁带中也会引入所谓的“施主”和“受主”模，光子态密度随光子晶体维度降低而量子化。如三维受限的“受主”掺杂的光子晶体有希望制成非常高q值的单模微腔，从而为研制高质量微腔激光器开辟新的途径。光子晶体的制备方法主要有：聚焦离子束（fib）结合脉冲激光蒸发方法，即先用脉冲激光蒸发制备如ag/mno多层膜，再用fib注入隔离形成一维或二维平面阵列光子晶体；基于功能粒子（磁性纳米颗粒fe2o3，发光纳米颗粒cds和介电纳米颗粒tio2）和共轭高分子的自组装方法，可形成适用于可光范围的三维纳米颗粒光子晶体；二维多空硅也可制作成一个理想的3－5μm和1.5μm光子带隙材料等。目前，二维光子晶体制造已取得很大进展，但三维光子晶体的研究，仍是一个具有挑战性的课题。最近，campbell等人提出了全息光栅光刻的方法来制造三维光子晶体，取得了进展。
4量子比特构建与材料
随着微电子技术的发展，计算机芯片集成度不断增高，器件尺寸越来越小（nm尺度）并最终将受到器件工作原理和工艺技术限制，而无法满足人类对更大信息量的需求。为此，发展基于全新原理和结构的功能强大的计算机是21世纪人类面临的巨大挑战之一。1994年shor基于量子态叠加性提出的量子并行算法并证明可轻而易举地破译目前广泛使用的公开密钥rivest，shamir和adlman（rsa）体系，引起了人们的广泛重视。
所谓量子计算机是应用量子力学原理进行计的装置，理论上讲它比传统计算机有更快的运算速度，更大信息传递量和更高信息安全保障，有可能超越目前计算机理想极限。实现量子比特构造和量子计算机的设想方案很多，其中最引人注目的是kane最近提出的一个实现大规模量子计算的方案。其核心是利用硅纳米电子器件中磷施主核自旋进行信息编码，通过外加电场控制核自旋间相互作用实现其逻辑运算，自旋测量是由自旋极化电子电流来完成，计算机要工作在mk的低温下。
这种量子计算机的最终实现依赖于与硅平面工艺兼容的硅纳米电子技术的发展。除此之外，为了避免杂质对磷核自旋的干扰，必需使用高纯（无杂质）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29si）的硅单晶；减小sio2绝缘层的无序涨落以及如何在硅里掺入规则的磷原子阵列等是实现量子计算的关键。量子态在传输，处理和存储过程中可能因环境的耦合（干扰），而从量子叠加态演化成经典的混合态，即所谓失去相干，特别是在大规模计算中能否始终保持量子态间的相干是量子计算机走向实用化前所必需克服的难题。
5发展我国半导体材料的几点建议
鉴于我国目前的工业基础，国力和半导体材料的发展水平，提出以下发展建议供参考。
5.1硅单晶和外延材料硅材料作为微电子技术的主导地位
至少到本世纪中叶都不会改变，至今国内各大集成电路制造厂家所需的硅片基本上是依赖进口。目前国内虽已可拉制8英寸的硅单晶和小批量生产6英寸的硅外延片，然而都未形成稳定的批量生产能力，更谈不上规模生产。建议国家集中人力和财力，首先开展8英寸硅单晶实用化和6英寸硅外延片研究开发，在“十五”的后期，争取做到8英寸集成电路生产线用硅单晶材料的国产化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我国应有8～12英寸硅单晶、片材和8英寸硅外延片的规模生产能力；更大直径的硅单晶、片材和外延片也应及时布点研制。另外，硅多晶材料生产基地及其相配套的高纯石英、气体和化学试剂等也必需同时给以重视，只有这样，才能逐步改观我国微电子技术的落后局面，进入世界发达国家之林。
5.2gaas及其有关化合物半导体单晶材料发展建议
gaas、inp等单晶材料同国外的差距主要表现在拉晶和晶片加工设备落后，没有形成生产能力。相信在国家各部委的统一组织、领导下，并争取企业介入，建立我国自己的研究、开发和生产联合体，取各家之长，分工协作，到2010年赶上世界先进水平是可能的。要达到上述目的，到“十五”末应形成以4英寸单晶为主2－3吨／年的si－gaas和3－5吨／年掺杂gaas、inp单晶和开盒就用晶片的生产能力，以满足我国不断发展的微电子和光电子工业的需术。到2010年，应当实现4英寸gaas生产线的国产化，并具有满足6英寸线的供片能力。
5.3发展超晶格、量子阱和一维、零维半导体微结构材料的建议
（1）超晶格、量子阱材料从目前我国国力和我们已有的基础出发，应以三基色（超高亮度红、绿和蓝光）材料和光通信材料为主攻方向，并兼顾新一代微电子器件和电路的需求，加强mbe和mocvd两个基地的建设，引进必要的适合批量生产的工业型mbe和mocvd设备并着重致力于gaalas／gaas，ingaalp／ingap，gan基蓝绿光材料，ingaas／inp和ingaasp／inp等材料体系的实用化研究是当务之急，争取在“十五”末，能满足国内2、3和4英寸gaas生产线所需要的异质结材料。到2010年，每年能具备至少100万平方英寸mbe和mocvd微电子和光电子微结构材料的生产能力。达到本世纪初的国际水平。
宽带隙高温半导体材料如sic，gan基微电子材料和单晶金刚石薄膜以及zno等材料也应择优布点，分别做好研究与开发工作。
（2）一维和零维半导体材料的发展设想。基于低维半导体微结构材料的固态纳米量子器件，目前虽然仍处在预研阶段，但极其重要，极有可能触发微电子、光电子技术新的革命。低维量子器件的制造依赖于低维结构材料生长和纳米加工技术的进步，而纳米结构材料的质量又很大程度上取决于生长和制备技术的水平。因而，集中人力、物力建设我国自己的纳米科学与技术研究发展中心就成为了成败的关键。具体目标是，“十五”末，在半导体量子线、量子点材料制备，量子器件研制和系统集成等若干个重要研究方向接近当时的国际先进水平；2010年在有实用化前景的量子点激光器，量子共振隧穿器件和单电子器件及其集成等研发方面，达到国际先进水平，并在国际该领域占有一席之地。可以预料，它的实施必将极大地增强我国的经济和国防实力。