一文读懂半导体集成电路

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刚开始接触半导体的相关股票时,我只想着只要是半导体那就是风口上,现在想来当时确实挺离谱,半导体和集成电路傻傻分不清。其实半导体是指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料,常见的半导体材料涉及硅、锗、砷化镓、碳化硅、氮化镓等,我们所说的有投资机会的产品如集成电路、分立器件、光电子器件及传感器这些是半导体的产品,而不是半导体本身。

集成电路是我们技术最缺乏的部分,并且也是这几年大力扶持激励的部分。集成电路一种微型电子器件或部件,采用集成电路加工工艺,将所需的晶体管、电阻、电容和电感等电子元器件按照要求连接起来,制作在同一晶圆衬底上,实现特定功能的电路。集成电路技术包括芯片制造技术与设计技术,主要体现在加工设备,加工工艺,封装测试,批量生产及设计创新的能力上。

集成电路的产生是基于缩小电子计算机体积的需求产生的,1946年在美国诞生的世界上第一台电子计算机——占地150平方米、重达30吨,里面的电路使用了17468只电子管、7200只电阻、10000只电容、50万条线,耗电量150千瓦,科学家达默在1952年的一次会议上提出:可以把电子线路中的分立元器件,集中制作在一块半导体晶片上,一小块晶片就是一个完整电路,这样一来,电子线路的体积就可大大缩小,可靠性大幅提高。这就是初期集成电路的构想,晶体管的发明使这种想法成为了可能,1947年在美国贝尔实验室制造出来了第一个晶体管,而在此之前要实现电流放大功能只能依靠体积大、耗电量大、结构脆弱的电子管。晶体管具有电子管的主要功能,并且克服了电子管的上述缺点,因此在晶体管发明后,很快就出现了基于半导体的集成电路的构想,也就很快发明出来了集成电路。目前硅集成电路是主流,就是把实现某种功能的电路、所需的各种元件都放在一块硅片上,所形成的整体被称作集成电路

集成电路根据功能不同分为三类:模拟集成电路、数字集成电路和数/模混合集成电路

模拟集成电路又称线性电路,用来产生、放大和处理各种模拟信号(指幅度随时间变化的信号。例如半导体收音机的音频信号、录放机的磁带信号等),其输入信号和输出信号成比例关系。而数字集成电路用来产生、放大和处理各种数字信号(指在时间上和幅度上离散取值的信号。例如5G手机、数码相机、电脑CPU、数字电视的逻辑控制和重放的音频信号和视频信号)。

集成电路产业链的关键环节主要为EDA、IP、材料、设备、设计、制造等,目前参与者主要为国外企业,国产化率低,这也是为啥老美能这么卡我们脖子的原因:

所谓EDA(Electronic Design Automation,电子设计自动化)是指利用计算机软件完成大规模集成电路的设计、仿真、验证等流程的设计方式,融合了图形学、计算数学、 微电子学,拓扑逻辑学、材料学及人工智能等技术

IP核(Intellectual Property Core)是指在集成电路设计中那些可以重复使用的、具有自主知识产权功能的设计模块

封装:安装集成电路芯片的外壳,这个外壳不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强电热性能的作用,而且是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁

测试:IC封装后需要对IC的功能、电参数进行测量以筛选出不合格的产品,并通过测试结果来发现芯片设计、制造及封装过程中的质量缺陷。

晶圆代工:以8英寸或12英寸的晶圆为原材料,借助载有电路信息的光掩模,运用光刻和刻蚀等工艺流程,将客户要求的电路布图集成于晶圆上

每个半导体产品制造需要上百个工艺,但整体制造过程可以分为这么几个步骤:

首先是晶圆加工——氧化——光刻——刻蚀——薄膜沉积——互连——测试——封装

最重要的是晶圆加工,所谓晶圆是指将硅制作的晶柱体切割成圆薄片。晶圆加工主要分为三步:

氧化:

光刻是通过光线把集成电路印刷到晶圆体上,电路图越精细,成品芯片集成度越高(当然前提是晶圆代工技术也得越好才行),光刻一共有三个步骤:

刻蚀是用液体、等离子体等材料去除晶圆上多余的氧化膜,确保晶圆上只留下半导体电路图。刻蚀又分为干法与湿法两种类型:

薄膜沉积是将薄膜放到晶圆上面的过程,主要这么几种方法

兆易创新:国内存储芯片设计龙头

国科微:国内广播电视芯片和智能监控芯片龙头

韦尔股份:模拟芯片龙头、半导体器件和电源管理IC等设计及分销龙头

富瀚微:数字信号处理芯片设计龙头

北京君正:嵌入式CPU芯片、可穿戴芯片设计龙头

北方华创:半导体设备龙头

中芯国际:晶圆代工龙头

华天科技:集成电路封测龙头

长电科技:半导体封测龙头

斯达半岛:IGBT龙头

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2022-10-15 19:52

$兆易创新(SH603986)$ DRAM牛股