工作和興趣都在芯片行業(yè)，所以需要系統(tǒng)整理一下思路，本文只言簡(jiǎn)意賅的闡述三個(gè)問(wèn)題：1) 三代半導(dǎo)體材料；2)?半導(dǎo)體器件的產(chǎn)品功能分類(lèi)：集成電路、光電器件、分立器件和傳感器四個(gè)領(lǐng)域；半導(dǎo)體之集成電路的功能分類(lèi)：邏輯器件、存儲(chǔ)器件、微處理器、模擬器件；3)?半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈全景。

雖然讀書(shū)甚多，但很膚淺且雜亂，甚至沒(méi)做筆記，漏了許多資料來(lái)源，寫(xiě)得也不盡如人意，非常羞愧，不過(guò)自信學(xué)習(xí)能力是從無(wú)到有，會(huì)慢慢進(jìn)步的。

導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體之間的差別就是導(dǎo)電能力的不同，通常用電阻率的大小來(lái)區(qū)分，但三者之間沒(méi)有絕對(duì)的界限。半導(dǎo)體是一類(lèi)材料的總稱(chēng)，特指常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料，常見(jiàn)的半導(dǎo)體材料有硅、鍺、砷化鎵等。

半導(dǎo)體材料

硅和鍺是最常見(jiàn)的元素半導(dǎo)體，化合物半導(dǎo)體包括Ⅲ-Ⅴ族化合物（砷化鎵等）、Ⅱ-Ⅵ族化合物（硫化鋅等）、氧化物（錳、鉻、鐵、銅等的氧化物）、Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅵ族化合物組成的固溶體（鎵鋁砷或稱(chēng)砷化鋁鎵），此外還有玻璃半導(dǎo)體、有機(jī)半導(dǎo)體等非晶態(tài)半導(dǎo)體。

從行業(yè)習(xí)慣來(lái)說(shuō)，不是所有以半導(dǎo)體為材料做成的元器件都稱(chēng)為半導(dǎo)體器件。

第一代半導(dǎo)體材料主要是指硅（Si）和鍺（Ge）。硅是第一代半導(dǎo)體的代表，同時(shí)也是各種半導(dǎo)體材料應(yīng)用中最具有影響力的一種，構(gòu)成了一切邏輯器件的基礎(chǔ)，在集成電路、網(wǎng)絡(luò)、電腦、手機(jī)、電視、航空航天、軍工和新能源、硅光伏產(chǎn)業(yè)中都得到了極為廣泛的應(yīng)用，硅芯片在人類(lèi)社會(huì)的每一個(gè)角落無(wú)不閃爍著它的光輝。

第二代半導(dǎo)體材料主要是指化合物半導(dǎo)體材料，如砷化鎵（GaAs）、銻化銦（InSb）；三元化合物半導(dǎo)體，如GaAsAl、GaAsP；還有一些固溶體半導(dǎo)體，如Ge-Si、GaAs-GaP；玻璃半導(dǎo)體（又稱(chēng)非晶態(tài)半導(dǎo)體），如非晶硅、玻璃態(tài)氧化物半導(dǎo)體；有機(jī)半導(dǎo)體，如酞菁、酞菁銅、聚丙烯腈等。砷化鎵（GaAs）和磷化銦（InP）是第二代半導(dǎo)體的代表，其中GaAs在射頻功放器件中扮演重要角色，InP在光通信器件中應(yīng)用廣泛。

第三代半導(dǎo)體是指以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）、氧化鋅（ZnO）、金剛石、氮化鋁（AlN）為代表的寬禁帶半導(dǎo)體材料，主要應(yīng)用在半導(dǎo)體照明、電力電子器件、激光器和探測(cè)器等領(lǐng)域。碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）是第三代半導(dǎo)體的代表，具有寬禁帶、高擊穿電場(chǎng)、高飽和電子速度、高熱導(dǎo)率、高電子密度、高遷移率等特性，適用于射頻、功率等領(lǐng)域的特性要求，射頻器件主要采用GaN，功率器件主要采用SiC和GaN。

世間并不存在十全十美的半導(dǎo)體，能被業(yè)界選中并廣泛使用的，都是在各個(gè)性能指標(biāo)之間平衡的結(jié)果：頻率、功率、耐壓、溫度……而且，就算各個(gè)指標(biāo)表現(xiàn)優(yōu)異，還得考慮制造工藝復(fù)雜性和成本。

自從人類(lèi)1947年發(fā)明晶體管以來(lái)，50多年間半導(dǎo)體技術(shù)經(jīng)歷了硅晶體管、集成電路、超大規(guī)模集成電路、甚大規(guī)模集成電路等幾代，發(fā)展速度之快是其他產(chǎn)業(yè)所沒(méi)有的。半導(dǎo)體技術(shù)對(duì)整個(gè)社會(huì)產(chǎn)生了廣泛的影響。

半導(dǎo)體的功能分類(lèi)

半導(dǎo)體從產(chǎn)品功能劃分，有：集成電路、光電器件、分立器件和傳感器四個(gè)領(lǐng)域，其中規(guī)模最大的是集成電路。據(jù) WSTS 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2019 年這四種產(chǎn)品的市場(chǎng)規(guī)模分別為 3334 億美元、416 億美元、239 億美元和 135 億美元，占比分別為 81%、10%、6%和 3%。

廣義芯片包括集成電路、分立器件、光電子器件、傳感器，狹義芯片單指集成電路。

集成電路按照功能分為四大類(lèi)：邏輯器件、存儲(chǔ)器件、微處理器、模擬器件，根據(jù) WSTS 數(shù)據(jù)，2019 年這四種集成電路芯片的市場(chǎng)規(guī)模分別為 1065 億美元、1064 億美元、664 億美元和 539 億美元，占比分別為 32%、32%、20%和 16%。

分立器件

分立器件（Discrete Devices）就是具有單一功能的電路基本元件，如電阻、電容、電感、晶體管等，此前做元器件時(shí)寫(xiě)過(guò)一篇，主要講是電容，其余晶體管和功率半導(dǎo)體器件，也是半導(dǎo)體中非常重要的組成部分。

晶體管（Transistor）泛指一切以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)的單一元件，包括二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管、晶閘管等，具有檢波、整流、放大、開(kāi)關(guān)、穩(wěn)壓、信號(hào)調(diào)制等多種功能。

功率半導(dǎo)體器件又被稱(chēng)為電力電子器件，是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)，也是構(gòu)成電力電子變換裝置的核心器件。

功率半導(dǎo)體器件按集成程度可分為功率IC和功率半導(dǎo)體分立器件。功率IC是將功率分立器件與驅(qū)動(dòng)、保護(hù)等電路集成在一個(gè)半導(dǎo)體晶片上；功率分立器件可分為功率二極管、晶體管、晶閘管三大類(lèi)別，晶體管中的MOSFET、IGBT、BJT應(yīng)用最廣泛。

2019年全球功率半導(dǎo)體市場(chǎng)結(jié)構(gòu)中，功率IC、MOSFET、IGBT、二極管是四種運(yùn)用最為廣泛的功率半導(dǎo)體產(chǎn)品，四者分別占比54%、16%、12%、15%。功率IC中，DC/DC轉(zhuǎn)換器應(yīng)用最為廣泛，占比達(dá)到51%。

集成電路

與分立器件對(duì)應(yīng)，集成電路（Integrated Circuit）就是把基本的電路元件如晶體管、二極管、電阻、電容、電感等制作在一個(gè)小型晶片上然后封裝起來(lái)形成具有一定功能的單元。

集成電路是用半導(dǎo)體材料制成的電路的大型集合，它占據(jù)了半導(dǎo)體行業(yè)80%以上的份額，所以偶爾會(huì)以半導(dǎo)體代指集成電路；芯片是由不同種類(lèi)型的集成電路或者單一類(lèi)型集成電路形成的產(chǎn)品。

光電器件

光電器件（Photoelectric Device）是指能使光和電互相轉(zhuǎn)化的新型半導(dǎo)體器件，即利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)（或熱電效應(yīng)）制成的器件，主要類(lèi)型有：利用半導(dǎo)體光敏特性工作的光電導(dǎo)器件（如光敏電阻、光電二極管和三極管等）、利用半導(dǎo)體光伏效應(yīng)（Photo Voltaic Effect）工作的光電池和將電能轉(zhuǎn)換成光能的發(fā)光器件等；此外還有把半導(dǎo)體發(fā)光器件和光敏器件組合封閉裝在一起，組成的具有電-光-電轉(zhuǎn)換功能的光電耦合器，用作光電開(kāi)關(guān)，因?yàn)椴淮嬖诶^電器中機(jī)械點(diǎn)易疲勞的問(wèn)題，所以可靠性很高。

光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)，目前在我國(guó)應(yīng)用非常廣泛。

發(fā)光二極管加電后可以將電能轉(zhuǎn)換成光能。發(fā)光二極管的發(fā)光顏色（波長(zhǎng)）因半導(dǎo)體材料及摻雜成分不同而不同。常用的有黃、綠、紅等顏色的發(fā)光二極管。如氮化鎵（GaN）被選出來(lái)作半導(dǎo)體材料的初衷，就是為了藍(lán)光 LED 。

傳感器

傳感器（transducer/sensor）是一種新型半導(dǎo)體器件，它能夠能實(shí)現(xiàn)電、光、溫度、聲、位移、壓力等物理量之間的相互轉(zhuǎn)換；傳感器的主要工作就是將非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，以滿(mǎn)足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求，適合計(jì)算機(jī)的要求，所以被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)中；其特點(diǎn)包括：微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化。

傳感器是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)，根據(jù)其基本感知功能，分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線(xiàn)敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類(lèi)。

傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、變換電路和輔助電源四部分組成：

如圖所示，敏感元件直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量有確定關(guān)系的物理量信號(hào)；轉(zhuǎn)換元件將敏感元件輸出的物理量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；變換電路負(fù)責(zé)對(duì)轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大調(diào)制；轉(zhuǎn)換元件和變換電路一般還需要輔助電源供電。傳感器的微型化建立在微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)基礎(chǔ)上。

半導(dǎo)體傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括工業(yè)自動(dòng)化、遙測(cè)、工業(yè)機(jī)器人、家用電器、環(huán)境污染監(jiān)測(cè)、醫(yī)療保健、醫(yī)藥工程和生物工程。

集成電路的四大類(lèi)

廣義上我們統(tǒng)稱(chēng)集成電路為芯片，通常芯片都是如圖所見(jiàn)的手指甲大小的黑盒子，這種都是封裝好的：

集成電路可以把模擬和數(shù)字電路集成在一個(gè)單芯片上，做出如模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器和數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器等器件。

微處理器

具有中央處理器功能的大規(guī)模集成電路器件，被統(tǒng)稱(chēng)為微處理器（Micro Processor），中央處理器（central processing unit，CPU）是指計(jì)算機(jī)內(nèi)部對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并對(duì)處理過(guò)程進(jìn)行控制的部件，伴隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，芯片集成密度越來(lái)越高，CPU可以集成在一個(gè)半導(dǎo)體芯片上。

微處理器無(wú)處不在，無(wú)論是錄像機(jī)、智能洗衣機(jī)、移動(dòng)電話(huà)等家電產(chǎn)品，還是汽車(chē)引擎控制，以及數(shù)控機(jī)床、導(dǎo)彈精確制導(dǎo)等都要嵌入各類(lèi)不同的微處理器，它不僅是微型計(jì)算機(jī)的核心部件，也是各種數(shù)字化智能設(shè)備的關(guān)鍵部件。

微處理器由算術(shù)邏輯單元（ALU，ArithmeTIc Logical Unit）、累加器和通用寄存器組、程序計(jì)數(shù)器、時(shí)序和控制邏輯部件、數(shù)據(jù)與地址鎖存器/緩沖器、內(nèi)部總線(xiàn)等組成，其中運(yùn)算器和控制器是其主要組成部分，如下圖。

微處理器大致可以分為三類(lèi)：通用高性能微處理器、嵌入式微處理器和微控制器。一般而言，通用處理器追求高性能，它們用于運(yùn)行通用軟件，配備完備、復(fù)雜的操作系統(tǒng)；嵌入式微處理器強(qiáng)調(diào)處理特定應(yīng)用問(wèn)題的高性能，主要用于運(yùn)行面向特定領(lǐng)域的專(zhuān)用程序，配備輕量級(jí)操作系統(tǒng)，主要用于蜂窩電話(huà)、CD播放機(jī)等消費(fèi)類(lèi)家電；微控制器價(jià)位相對(duì)較低，在微處理器市場(chǎng)上需求量最大，主要用于汽車(chē)、空調(diào)、自動(dòng)機(jī)械等領(lǐng)域的自控設(shè)備。

廣義來(lái)說(shuō)，一臺(tái)計(jì)算機(jī)（PC或手機(jī)等）內(nèi)部包含的CPU數(shù)量不會(huì)少于10個(gè)，其中：北橋、南橋、GPU、硬盤(pán)、SSD、基帶芯片里面都不止一個(gè)CPU，作為任務(wù)調(diào)度的控制器，只不過(guò)這些CPU對(duì)程序與用戶(hù)來(lái)說(shuō)都是透明的。

微處理器包括MCU、MPU、CPU、GPU、DSP等，其發(fā)展史、指令集架構(gòu)、微架構(gòu)、處理器架構(gòu)、CPU架構(gòu)、內(nèi)核等學(xué)習(xí)筆記，單開(kāi)一章也不一定能寫(xiě)完。

存儲(chǔ)芯片

存儲(chǔ)芯片可以說(shuō)是大數(shù)據(jù)時(shí)代的基石，計(jì)算機(jī)中的原始數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)程序、中間運(yùn)行結(jié)果和最終運(yùn)行結(jié)果都保存在存儲(chǔ)器中，手機(jī)、平板、PC和服務(wù)器等產(chǎn)品都會(huì)用到存儲(chǔ)芯片。報(bào)告顯示，存儲(chǔ)芯片是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的重要分支，約占全球半導(dǎo)體市場(chǎng)的三分之一，被韓國(guó)和美國(guó)三大存儲(chǔ)器公司壟斷，韓國(guó)三星、SK海力士、美光占據(jù)了全球市場(chǎng)份額的95%。上一篇文章就是的，寫(xiě)得很匆忙，希望有機(jī)會(huì)重寫(xiě)一遍。

邏輯芯片

計(jì)算類(lèi)芯片（邏輯電路）按照產(chǎn)業(yè)鏈劃分，有設(shè)備、材料、集成電路設(shè)計(jì)、晶圓代工和封裝測(cè)試五大領(lǐng)域，我國(guó)大陸芯片公司只占5%的市場(chǎng)份額，且處于芯片產(chǎn)業(yè)鏈的低端，從芯片產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)軟件、底層架構(gòu)、光刻膠及配套試劑等芯片材料，再到高端顯示芯片、基礎(chǔ)操作系統(tǒng)、集成電路專(zhuān)用裝備和高精度加工設(shè)備，我國(guó)都依賴(lài)進(jìn)口。

模擬芯片

用來(lái)處理模擬信號(hào)的集成電路，也就是模擬電路芯片，在汽車(chē)電子領(lǐng)域和5G時(shí)代的物聯(lián)網(wǎng)中得以廣泛應(yīng)用。但全球模擬電路芯片的高端市場(chǎng)主要由ADI、TI等美國(guó)廠(chǎng)商占據(jù)，我國(guó)在高端的核心模擬電路芯片，比如高速數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片、射頻芯片等方面對(duì)外依賴(lài)度較高。

1）放大電路：用于信號(hào)的電壓、電流或功率放大。

2）濾波電路：用于信號(hào)的提取、變換或抗干擾。

3）運(yùn)算電路：完成信號(hào)的比例、加、減、乘、除、積分、微分、對(duì)數(shù)、指數(shù)等運(yùn)算。

4）信號(hào)轉(zhuǎn)換電路：電流與電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換、直流與交流信號(hào)的轉(zhuǎn)換等。

5）信號(hào)發(fā)生電路：用于產(chǎn)生正弦波、矩形波、三角波、鋸齒波等。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈全景

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈可以劃分為上游、中游和下游：上游包括半導(dǎo)體材料、生產(chǎn)設(shè)備、EDA、IP核；中游包括設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)三大環(huán)節(jié)；下游主要為半導(dǎo)體應(yīng)用，例如3C（計(jì)算機(jī)、通信、消費(fèi)類(lèi)電子）、醫(yī)療、物聯(lián)網(wǎng)、信息安全、汽車(chē)、新能源、工業(yè)等。

1990s，臺(tái)積電開(kāi)啟了晶圓代工（Foundry）模式，無(wú)產(chǎn)線(xiàn)的設(shè)計(jì)公司（Fabless）紛紛成立，垂直分工成為全球性趨勢(shì)，形成設(shè)計(jì)（Fabless）→制造（Foundry）→封測(cè)（OSAT）三大環(huán)節(jié)的垂直分工。

參考文章

01.，從半導(dǎo)體概念到分類(lèi)再到下游應(yīng)用進(jìn)行了全面分析。

02.，半導(dǎo)體的概念、發(fā)展簡(jiǎn)史、產(chǎn)業(yè)鏈全景等角度進(jìn)行了系統(tǒng)介紹，比上面八篇系列文章要簡(jiǎn)潔。

03.，從EDA使用角度對(duì)芯片的設(shè)計(jì)流程進(jìn)行了解析。汽車(chē)電子領(lǐng)域和5G時(shí)代的物聯(lián)網(wǎng)中得以廣泛應(yīng)用。