1.材料的分类
材料可以根据导电性分为导体、绝缘体和半导体。金属、石墨、人体等具有良好的导电能力，被称为导体。橡胶、塑料、干木头等是不导电的，或者说导电能力极差，属于绝缘体。而导电能力介于导体与绝缘体之间的硅、锗等材料，就是半导体。
金属导体的电导率一般在105s/cm量级；塑料、云母等绝缘体的电导率通常是10-22~10-14s/cm量级；半导体的电导率则在10-9~102s/cm量级。
2.半导体材料的独特性能
热敏性 —受温度的影响，半导体导电能力变化很大；
光敏性 —半导体受光照后，其导电能力大大增强；
掺杂性 —在半导体中掺入少量特殊杂质，其导电能力极大地增强；
3.第一代半导体材料是如何诞生的
1883年，托马斯·爱迪生在一次灯丝寿命测试中，将灯丝旁放了一根铜丝，在灯丝正常通电关闭后，铜丝上竟然也产生了电流，即灯丝被加热后，由于电子非常活跃，部分转移到了铜丝上，这种现象被称为“爱迪生效应”。
1901年，伽利尔摩·马可尼（无线电报发明人）与弗莱明启动了横跨大西洋的远程无线电通信实验，实验目的是为了研究如何增强无线信号的接收能力，其中包括检测、放大、解读三大步骤。
为了更好地检波信号，弗莱明利用“爱迪生效应”的电子流动，设计了一个新型的检波器。
1904年，弗莱明发明了世界第一支真空电子二极管，又叫“弗莱明阀”。
“弗莱明阀”结构如下，真空玻璃灯泡里，包括阴极（Cathode）和阳极（Anode），阴极加热后会将电子发送出去，阳极则可以接收电子。
1906年，德·福雷斯特在真空二极管中，加入栅板，成功发明真空三极管。
给予栅极正电压或负电压可以引导或压制电子移动，真正实现了用电控制电，它的诞生促进了各项电子科技产品的普及和应用。并在之后不断改进，如1926年，四极管诞生，同年，由霍尔斯特和泰莱根创造了五极管。
随着科技进步不断进步，叠加电子管具备单向导通特性，学者利用其特性，设计了一些逻辑电路，应用于计算机研究领域。
比如与运算的运算规则为：全一为一，有零为零，可以理解为 0·0=0、0·1=0、1·1=1；或运算：0+0=0、0+1=1、1+0=1、1+1=1。
以下为“或门电路”和“与门电路”，A、B为输入，F为输出。
虽然电子管能够设计逻辑电路，并应用于计算机领域，但其存在两个较大的弊端：一是电子管容易损坏；二是功耗较高。这就迫使科学家需要更好方法替代电子管，降低损坏率和功耗，这时半导体逐渐登上历史舞台中央。
1782年，亚历山德罗·伏特将固体物质分为三类，其中有一种物质伏特将其称为“Semiconducting Nature”，半导体第一次出现在历史的舞台上。
1874年，卡尔·布劳恩发现了天然矿石（金属硫化物）的电流单向导通特性。
1928年，马克斯·普朗克首次提出固体能带理论，该理论认为，在外电场作用下，半导体导电分为“空穴”参与的导电（即P型导电）和电子参与的导电（即N型导电）。
量子力学认为，在固体中，单原子的一个能级分裂成了多个原子共有的多个能级，形成了能带。
两个能带中间的为禁带（能带间隙）、上方的能带为导带，下方的能带为价带。禁带宽度是区分导体、绝缘体和半导体的重要标志。导体的禁带宽度为0，电子可以轻易进入导带，成为自由电子，因此导体的导电能力很强。而绝缘体的禁带宽度很大，电子要跃迁到导带需要很大的能量，只有极少的电子能越过禁带，因此绝缘体的导电能力极差。而半导体的禁带宽度较绝缘体小，电子越过禁带需要的能量小，有更多的电子能够越过禁带，因此导电能力比绝缘体略强，但仍然远逊于导体。（锗、硅、砷化镓、氮化镓以及氧化镓的禁带宽度分别为0.67eV、1.12 eV、1.43eV、3.4eV和4.8eV左右）
通过在半导体外施加不同的电压，来控制其导电能力的强弱，从而实现半导体电子器件的导通和关断。半导体器件的导通和关断两种状态可以看作二进制中的“1”和“0”。
1947年12月23日，贝尔实验室的约翰·巴丁和沃尔特·布拉顿基于锗半导体做成了世界上第一只半导体三极管放大器（晶体管）。
1958年，德州仪器员工基尔比，造出世界上第一集成电路。
4.半导体的进化
随着下游应用对需求的不断提高，至今半导体材料已经发展到第四代，从下图可以看到，随着半导体材料的演变，其禁带宽度不断增大。这主要是因为由于半导体材料的特性，温度、电场、辐射等都会改变其导电能力，而越高的禁带宽度，可以使半导体在极端环境下，具有更高的稳定性。另外，禁带宽度越高，用这种材料制备出的光电器件所发出的光或能够探测的光的波长就越短。
5.摩尔定律
摩尔定律是什么：英特尔创始人之一的戈登·摩尔认为，集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月到24个月便会增加一倍。换言之，处理器的性能大约每两年翻一倍，同时价格下降为之前的一半。
6.半导体相关的基本定义
半导体：（1）狭义上是指半导体材料，包括以硅、锗等元素， 和以砷化镓 、氮化镓、碳化硅、氧化镓等化合物半导体材料（第二代至第四代半导体材料）；（2）广义上是指基于半导体材料制造的各类器件产品。
集成电路：是指通过一系列特定的加工工艺， 将晶体管、 二极管等有源器件和电阻器、 电容器等被动元件及布线“ 集成、 封装”在半导体晶片上， 执行特定功能的电路或系统。
芯片：通常就是指集成电路芯片，因此绝大多数时候，芯片、集成电路、IC等术语可以混用。
按产品类型可分为：集成电路、分立器件、光电子器件、传感器。
按应用场景可分为：消费级、车规级、工业级、军工级、航天级等。
下图为部分产品分类：
7.半导体产业链介绍
半导体行业包括设计、 制造、 封测三个环节。 设计环节主要根据终端客户需求设计出相应的电路图并最终输出版图供晶圆制造企业使用， 在设计电路中需要使用自动设计软件EDA，部分设计还需要使用授权的 IP 核。 制造环节指由晶圆制造厂完成的前道工艺， 包括氧化/扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜生长、 清洗与抛光、金属化等七大工艺步骤，在制造过程中需要使用各类半导体前道设备和半导体材料。封测环节指由封测厂完成的后道工艺，包括贴膜、磨片、贴片、划片、装片、键合、测试等，在封测过程中需要使用各类封装材料和半导体后道设备。
半导体企业的经营模式分为 IDM（垂直整合制造） 和垂直分工两种主要模式。IDM模式企业内部完成芯片设计、制造、封测全环节，具备产业链整合优势。 垂直分工模式芯片设计、制造、封测分别由芯片设计企业（Fabless）、晶圆代工厂（Foundry）、 封测厂（OSAT）完成，形成产业链协同效应。
垂直整合制造的优势与劣势：
（1）IDM模式具备重资产的特点。我们通过对比英特尔、台积电、英伟达、高通的总资产周转率和EDITDA率与净利率的差值，这里EBITDA率与利润率的差值可以代指折旧摊销率，可以发现，英特尔呈现了低总资产周转率和高差值的特点。
（2）未充分通过市场竞争和享受规模化优势。垂直整合制造的模式，企业内部完成了设计、制造、封测全部流程，使得制造环节客户结构单一，未能充分参与市场化竞争，可能造成其成本、性能和交付上的技术落后。
（3）具备产业链协同优势，提升产业链各环节适配度以满足客户需求，可挖掘产业链各环节技术的创新升级，基于优势聚集效应让IDM 企业具备更强资源聚集能力。
下一篇将梳理半导体产业的成长性与周期性。
上篇文章链接《PB-ROE策略初认识与四点启示》
本篇文章链接《半导体产业链梳理及学习笔记（一）》
参考资料：
鲜枣课堂《半导体芯片，到底是如何工作的？》
石英石网《从硅到氧化镓，半导体材料的发展史》
半导体产业纵横《“摩尔定律”的过去、现在和未来》
国信证券《多维度复盘半导体产业发展， 碎片化场景下辅芯片受益》
五矿证券《本轮半导体周期走到哪里了？》