半導體

 

半導體( semiconductor)，指常溫下導電性能介於絕緣體(insulator)與導體(conductor)之間的材料。人們通常把導電性差的材料，如煤、人工晶體、琥珀、陶瓷等稱為絕緣體。而把導電性比較好的金屬如金、銀、銅、鐵、錫

、鋁等稱為導體。

 

與導體和絕緣體相比，半導體材料的發現是最晚的
，直到20世紀30年代，當材料的提純技術改進以後，半導體才得到工業界的重視。常見的半導體材料有矽、鍺、砷化镓等，而矽則是各種半導體材料中
，在商業應用上最具有影響力的一種。

 

芯片

 

芯片(chip)
，又稱微芯片(microchip)、集成電路(integrated circuit， IC)。是指內含集成電路的矽片
，體積很小。一般而言，芯片(IC)泛(fan)指(zhi)所(suo)有(you)的(de)半(ban)導(dao)體(ti)元(yuan)器(qi)件(jian)，是(shi)在(zai)矽(gui)板(ban)上(shang)集(ji)合(he)多(duo)種(zhong)電(dian)子(zi)元(yuan)器(qi)件(jian)實(shi)現(xian)某(mou)種(zhong)特(te)定(ding)功(gong)能(neng)的(de)電(dian)路(lu)模(mo)塊(kuai)。它(ta)是(shi)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)中(zhong)最(zui)重(zhong)要(yao)的(de)部(bu)分(fen)，承(cheng)擔(dan)著(zhe)運(yun)算(suan)和(he)存(cun)儲(chu)的(de)功(gong)能(neng)。廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)於(yu)軍(jun)工(gong)、民用等幾乎所有的電子設備。

 

講到這裏你大概對於半導體和芯片有個簡單了解了
，接下來我們來聊聊半導體芯片。

 

半導體芯片是什麼？

 

一般情況下，半導體

、集成電路、芯片這三個東東是可以劃等號的
，因為講的其實是同一個事情。

 

 

半導體是一種材料
，分為表格中四類，由於集成電路的占比非常高，超過80%，行業習慣把半導體行業稱為集成電路行業。而芯片就是集成電路的載體，廣義上我們就將芯片等同於了集成電路。

 

所以對於小白來說，隻需要記住，當芯片、集成電路、半導體出現的時候，別慌
，是同一碼事兒。

 

半導體芯片內部結構

 

半導體芯片雖然個頭很小。但是內部結構非常複雜
，尤其是其最核心的微型單元——chengqianshangwangejingtiguan。womenjiulaiweidajiaxiangjieyixiabandaotixinpianjichengdianludeneibujiegou。yibande，womenyongcongdadaoxiaodejiegoucengjilairenshijichengdianlu，zheyanghuigenghaolijie。

 

1係統級

 

我們還是以手機為例，整個手機是一個複雜的電路係統
，它可以玩遊戲、可以打電話、可以聽音樂... ... 

 

它的內部結構是由多個半導體芯片以及電阻、電感、電容相互連接組成的，稱為係統級。(當然
，隨著技術的發展，將一整個係統做在一個芯片上的技術也已經出現多年——SoC技術)

 

2模塊級

 

zaizhenggexitongzhongfenweihenduogongnengmokuaigesiqizhi。youdeguanlidianyuan
，youdefuzetongxin，youdefuzexianshi，youdefuzefasheng，youdefuzetonglingquanjudejisuan，dengdeng —— 我們稱為模塊級，這裏麵每一個模塊都是一個宏大的領域。

 

 

3寄存器傳輸級(RTL)

 

那麼每個模塊都是由什麼組成的呢？以占整個係統較大比例的數字電路模塊(它專門負責進行邏輯運算，處理的電信號都是離散的0和1)為例。它是由寄存器和組合邏輯電路組成的。

 

寄存器是一個能夠暫時存儲邏輯值的電路結構
，它需要一個時鍾信號來控製邏輯值存儲的時間長短。

 

shijiyingyongzhong
，womenxuyaoshizhonglaihengliangshijianchangduan
，dianluzhongyexuyaoshizhongxinhaolaitongchouanpai。shizhongxinhaoshiyigezhouqiwendingdejuxingbo。xianshizhongmiaozhongdongyixiashiwomendeyigejibenshijianchidu，dianluzhongjuxingbozhendangyigezhouqishitamenshijiedeyigeshijianchidu。dianluyuanjianmengenjuzhegeshijianchiduxiangyingdizuochudongzuo，lvxingyiwu。

 

什麼是組合邏輯呢

，就是由很多“與(AND)
、或(OR)、非(NOT)”邏輯門構成的組合。比如兩個串聯的燈泡
，各帶一個開關，隻有兩個開關都打開
，燈才會亮，這叫做與邏輯。

 

一個複雜的功能模塊正是由這許許多多的寄存器和組合邏輯組成的。把這一層級叫做寄存器傳輸級。

 

4門級

 

寄存器傳輸級中的寄存器其實也是由與或非邏輯構成的，把它再細分為與
、或、非邏輯，便到達了門級(它們就像一扇扇門一樣，阻擋/允許電信號的進出，因而得名)。

 

5晶體管級

 

無論是數字電路還是模擬電路
，到最底層都是晶體管級了。所有的邏輯門(與、或、非
、與非、或非
、異或
、同或等等)都是由一個個晶體管構成的。因此集成電路從宏觀到微觀，達到最底層，滿眼望去其實全是晶體管以及連接它們的導線。

 

雙極性晶體管(BJT)在早期的時候用的比較多，俗稱三極管。它連上電阻、電源、電容，本身就具有放大信號的作用。

 

像堆積木一樣，可以用它構成各種各樣的電路，比如開關、電壓/電流源電路
、上麵提到的邏輯門電路、濾波器


、比較器
、加法器甚至積分器等等。由BJT構建的電路我們稱為TTL(Transistor-TransistorLogic)電路。BJT的電路符號長這個樣子：

 

　

 

但是後來金屬-氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)的出現
，以優良的電學特性、超低的功耗橫掃IC領域。除了模擬電路中BJT還有身影外，基本上現在的集成電路都是由MOS管組成的了。

 

同樣的
，由它也可以搭起來成千上萬種電路。而且它本身也可以經過適當連接用來作電阻、電容等基本電路元件。MOSFET的電路符號如下：

 

 

綜(zong)上(shang)所(suo)述(shu)
，在(zai)實(shi)際(ji)工(gong)業(ye)生(sheng)產(chan)中(zhong)
，芯(xin)片(pian)的(de)製(zhi)造(zao)，實(shi)際(ji)上(shang)就(jiu)是(shi)成(cheng)千(qian)上(shang)萬(wan)個(ge)晶(jing)體(ti)管(guan)的(de)製(zhi)造(zao)過(guo)程(cheng)。隻(zhi)不(bu)過(guo)現(xian)實(shi)中(zhong)製(zhi)造(zao)芯(xin)片(pian)的(de)層(ceng)級(ji)順(shun)序(xu)正(zheng)好(hao)反(fan)過(guo)來(lai)了(le)
，是(shi)從(cong)最(zui)底(di)層(ceng)的(de)晶(jing)體(ti)管(guan)開(kai)始(shi)一(yi)層(ceng)層(ceng)向(xiang)上(shang)搭(da)建(jian)。

 

也就是說，按照“晶體管->芯片->電路板”的順序，我們最終可以得到電子產品的核心部件——電路板。