「材料课堂」半导体基础知识大全你知道多少

引言

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”。

半导体定义

我们通常把导电性差的材料，如煤、人工晶体、琥珀、陶瓷等称为绝缘体（insulator）。

把导电性比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体（conductor）。

常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料称为半导体（semiconductor）。

与导体和绝缘体相比，半导体材料的发现是最晚的，直到20世纪30年代，当材料的提纯技术改进以后，半导体的存在才真正被学术界认可。

发展历史

1833年，英国科学家电子学之父法拉第最先发现硫化银的电阻随着温度的变化情况不同于一般金属，一般情况下，金属的电阻随温度升高而增加，但巴拉迪发现硫化银材料的电阻是随着温度的上升而降低。这是半导体现象的首次发现。

1839年法国的贝克莱尔发现半导体和电解质接触形成的结，在光照下会产生一个电压，这就是后来人们熟知的光生伏特效应，这是被发现的半导体的第二个特征。

1873年，英国的史密斯发现硒晶体材料在光照下电导增加的光电导效应，这是半导体又一个特有的性质。半导体的这四个效应，(jianxia霍尔效应的余绩──四个伴生效应的发现)虽在1880年以前就先后被发现了，但半导体这个名词大概到1911年才被考尼白格和维斯首次使用。而总结出半导体的这四个特性一直到1947年12月才由贝尔实验室完成。

在1874年，德国的布劳恩观察到某些硫化物的电导与所加电场的方向有关，即它的导电有方向性，在它两端加一个正向电压，它是导通的；如果把电压极性反过来，它就不导电，这就是半导体的整效应，也是半导体所特有的第三种特性。同年，舒斯特又发现了铜与氧化铜的整流效应。

很多人会疑问，为什么半导体被认可需要这么多年呢？主要原因是当时的材料不纯。没有好的材料，很多与材料相关的问题就难以说清楚。

半导体分类

按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体两大类。

锗和硅是最常用的元素半导体；化合物半导体包括第Ⅲ和第Ⅴ族化合物（砷化镓、磷化镓等）、第Ⅱ和第Ⅵ族化合物（硫化镉、硫化锌等）、氧化物（锰、铬、铁、铜的氧化物）,以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体（镓铝砷、镓砷磷等）。

按照其制造技术，半导体的分类可分为：集成电路器件，分立器件、光电半导体、逻辑IC、模拟IC、储存器等大类，一般来说这些还会被分成小类。

半导体的特点

半导体五大特性∶掺杂性，热敏性，光敏性，负电阻率温度特性，整流特性。

在形成晶体结构的半导体中，人为地掺入特定的杂质元素，导电性能具有可控性。在光照和热辐射条件下，其导电性有明显的变化。

半导体工作原理

本征半导体：不含杂质且无晶格缺陷的半导体称为本征半导体。在极低温度下，半导体的价带是满带，受到热激发后，价带中的部分电子会越过禁带进入能量较高的空带，空带中存在电子后成为导带，价带中缺少一个电子后形成一个带正电的空位，称为空穴。

空穴导电并不是实际运动，而是一种等效。电子导电时等电量的空穴会沿其反方向运动。它们在外电场作用下产生定向运动而形成宏观电流，分别称为电子导电和空穴导电。

这种由于电子-空穴对的产生而形成的混合型导电称为本征导电。导带中的电子会落入空穴，电子-空穴对消失，称为复合。复合时释放出的能量变成电磁辐射（发光）或晶格的热振动能量（发热）。在一定温度下，电子-空穴对的产生和复合同时存在并达到动态平衡，此时半导体具有一定的载流子密度，从而具有一定的电阻率。温度升高时，将产生更多的电子-空穴对，载流子密度增加，电阻率减小。无晶格缺陷的纯净半导体的电阻率较大，实际应用不多。

掺杂半导体

半导体之所以能广泛应用在今日的数位世界中，凭借的就是其能借由在其晶格中植入杂质改变其电性，这个过程称之为掺杂（doping）。

半导体中的杂质对电阻率的影响非常大。半导体中掺入微量杂质时，杂质原子附近的周期势场受到干扰并形成附加的束缚状态，在禁带中产生附加的杂质能级。例如四价元素锗或硅晶体中掺入五价元素磷、砷、锑等杂质原子时，杂质原子作为晶格的一分子，其五个价电子中有四个与周围的锗（或硅）原子形成共价结合，多余的一个电子被束缚于杂质原子附近，产生类氢能级。杂质能级位于禁带上方靠近导带底附近。杂质能级上的电子很易激发到导带成为电子载流子。这种能提供电子载流子的杂质称为施主，相应能级称为施主能级。

掺杂进入本质半导体（intrinsicsemiconductor）的杂质浓度与极性皆会对半导体的导电特性产生很大的影响。而掺杂过的半导体则称为外质半导体（extrinsicsemiconductor）。

杂质半导体： 通过扩散工艺，在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素，可得到杂质半导体。

P型半导体： 在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了P型半导体。

多数载流子： P型半导体中，空穴的浓度大于自由电子的浓度，称为多数载流子，简称多子。

少数载流子： P型半导体中，自由电子为少数载流子，简称少子。

受主原子： 杂质原子中的空位吸收电子，称受主原子。

P型半导体的导电特性： 它是靠空穴导电，掺入的杂质越多，多子（空穴）的浓度就越高，导电性能也就越强。

N型半导体： 在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置形成N型半导体。

多子： N型半导体中，多子为自由电子。

少子： N型半导体中，少子为空穴。

施主原子： 杂质原子可以提供电子，称施主原子。

N型半导体的导电特性： 掺入的杂质越多，多子（自由电子）的浓度就越高，导电性能也就越强。

半导体掺杂物

掺杂物依照其带给被掺杂材料的电荷正负被区分为施主（donor）与受主（acceptor）。施主原子带来的价电子（valence electrons）大多会与被掺杂的材料原子产生共价键，进而被束缚。而没有和被掺杂材料原子产生共价键的电子则会被施主原子微弱地束缚住，这个电子又称为施主电子。

和本质半导体的价电子比起来，施主电子跃迁至传导带所需的能量较低，比较容易在半导体材料的晶格中移动，产生电流。虽然施主电子获得能量会跃迁至传导带，但并不会和本质半导体一样留下一个电洞，施主原子在失去了电子后只会固定在半导体材料的晶格中。因此这种因为掺杂而获得多余电子提供传导的半导体称为n型半导体（n-type semiconductor），n代表带负电荷的电子。

和施主相对的，受主原子进入半导体晶格后，因为其价电子数目比半导体原子的价电子数量少，等效上会带来一个的空位，这个多出的空位即可视为电洞。受主掺杂后的半导体称为p型半导体（p-type semiconductor），p代表带正电荷的电洞。

以一个硅的本质半导体来说明掺杂的影响。硅有四个价电子，常用于硅的掺杂物有三价与五价的元素。当只有三个价电子的三价元素如硼（boron）掺杂至硅半导体中时，硼扮演的即是受主的角色，掺杂了硼的硅半导体就是p型半导体。反过来说，如果五价元素如磷（phosphorus）掺杂至硅半导体时，磷扮演施主的角色，掺杂磷的硅半导体成为n型半导体。

一个半导体材料有可能先后掺杂施主与受主，而如何决定此外质半导体为n型或p型必须视掺杂后的半导体中，受主带来的电洞浓度较高或是施主带来的电子浓度较高，亦即何者为此外质半导体的“多数载子”（majoritycarrier）。和多数载子相对的是少数载子（minoritycarrier）。对于半导体元件的操作原理分析而言，少数载子在半导体中的行为有着非常重要的地位。

掺杂对结构的影响

掺杂之后的半导体能带会有所改变。依照掺杂物的不同，本质半导体的能隙之间会出现不同的能阶。施主原子会在靠近传导带的地方产生一个新的能阶，而受主原子则是在靠近价带的地方产生新的能阶。假设掺杂硼原子进入硅，则因为硼的能阶到硅的价带之间仅有0.045电子伏特，远小于硅本身的能隙1.12电子伏特，所以在室温下就可以使掺杂到硅里的硼原子完全解离化（ionize）。

掺杂物对于能带结构的另一个重大影响是改变了费米能阶的位置。在热平衡的状态下费米能阶依然会保持定值，这个特性会引出很多其他有用的电特性。举例来说，一个p-n接面（p-n junction）的能带会弯折，起因是原本p型半导体和n型半导体的费米能阶位置各不相同，但是形成p-n接面后其费米能阶必须保持在同样的高度，造成无论是p型或是n型半导体的传导带或价带都会被弯曲以配合接面处的能带差异。

上述的效应可以用能带图（banddiagram）来解释，。在能带图里横轴代表位置，纵轴则是能量。图中也有费米能阶，半导体的本质费米能阶（intrinsicFermi level）通常以Ei来表示。在解释半导体元件的行为时，能带图是非常有用的工具。

PN结

P型半导体与N型半导体相互接触时，其交界区域称为PN结。P区中的自由空穴和N区中的自由电子要向对方区域扩散，造成正负电荷在PN 结两侧的积累，形成电偶极层(图4)。电偶极层中的电场方向正好阻止扩散的进行。当由于载流子数密度不等引起的扩散作用与电偶层中电场的作用达到平衡时，P区和N区之间形成一定的电势差，称为接触电势差。由于P 区中的空穴向N区扩散后与N区中的电子复合，而N区中的电子向P区扩散后与P 区中的空穴复合，这使电偶极层中自由载流子数减少而形成高阻层，故电偶极层也叫阻挡层，阻挡层的电阻值往往是组成PN结的半导体的原有阻值的几十倍乃至几百倍。

PN结具有单向导电性，半导体整流管就是利用PN结的这一特性制成的。

PN结的另一重要性质是受到光照后能产生电动势，称光生伏打效应，可利用来制造光电池。半导体三极管、可控硅、PN结光敏器件和发光二极管等半导体器件均利用了PN结的特性。

PN结的单向导电性： P端接电源的正极，N端接电源的负极称之为PN结正偏。此时PN结如同一个开关合上，呈现很小的电阻，称之为导通状态。P端接电源的负极，N端接电源的正极称之为PN结反偏，此时PN结处于截止状态，如同开关打开。结电阻很大，当反向电压加大到一定程度，PN结会发生击穿而损坏。

半导体材料的制造

为了满足量产上的需求，半导体的电性必须是可预测并且稳定的，因此包括掺杂物的纯度以及半导体晶格结构的品质都必须严格要求。常见的品质问题包括晶格的错位（dislocation）、双晶面（twins），或是堆栈错误（stacking fault）都会影响半导体材料的特性。对于一个半导体元件而言，材料晶格的缺陷通常是影响元件性能的主因。

目前用来成长高纯度单晶半导体材料最常见的方法称为裘可拉斯基制程（Czochralski process）。这种制程将一个单晶的晶种（seed）放入溶解的同材质液体中，再以旋转的方式缓缓向上拉起。在晶种被拉起时，溶质将会沿着固体和液体的接口固化，而旋转则可让溶质的温度均匀。

半导体的应用

1.最早的实用半导体是电晶体（Transistor）/二极体（Diode）。在无线电收音机（Radio）及电视机（Television）半导体中，作为讯号放大器/整流器用。

2.发展太阳能（Solar Power），也用在光电池（Solar Cell）中。

3.半导体可以用来测量温度，测温范围可以达到生产、生活、医疗卫生、科研教学等应用的70%的领域，有较高的准确度和稳定性，分辨率可达0.1℃，甚至达到0.01℃也不是不可能，线性度0.2%，测温范围-100~+300℃，是性价比极高的一种测温元件。

4.半导体致冷器的发展,它也叫热电致冷器或温差致冷器,它采用了帕尔贴效应.

中国半导体器件型号命名方法

半导体器件型号由五部分（场效应器件、半导体特殊器件、复合管、PIN型管、激光器件的型号命名只有第三、四、五部分）组成。五个部分意义如下：

第一部分： 用数字表示半导体器件有效电极数目。2-二极管、3-三极管；

第二部分： 用汉语拼音字母表示半导体器件的材料和极性。表示二极管时：A-N型锗材料、B-P型锗材料、C-N型硅材料、D-P型硅材料。表示三极管时：A-PNP型锗材料、B-NPN型锗材料、C-PNP型硅材料、D-NPN型硅材料。

第三部分： 用汉语拼音字母表示半导体器件的内型。P-普通管、V-微波管、W-稳压管、C-参量管、Z-整流管、L-整流堆、S-隧道管、N-阻尼管、U-光电器件、K-开关管、X-低频小功率管(F<3MHz,Pc<1W)、G-高频小功率管（f>3MHz,Pc<1W)、D-低频大功率管（f<3MHz,Pc>1W)、A-高频大功率管（f>3MHz,Pc>1W)、T-半导体晶闸管（可控整流器）、Y-体效应器件、B-雪崩管、J-阶跃恢复管、CS-场效应管、BT-半导体特殊器件、FH-复合管、PIN-PIN型管、JG-激光器件。

第四部分： 用数字表示序号；

第五部分： 用汉语拼音字母表示规格号；

例如：3DG18表示NPN型硅材料高频三极管

日本半导体分立器件型号命名方法

日本生产的半导体分立器件，由五至七部分组成。通常只用到前五个部分，其各部分的符号意义如下：

第一部分： 用数字表示器件有效电极数目或类型。0-光电（即光敏）二极管三极管及上述器件的组合管、1-二极管、2三极或具有两个pn结的其他器件、3-具有四个有效电极或具有三个pn结的其他器件、┄┄依此类推。

第二部分： 日本电子工业协会JEIA注册标志。S-表示已在日本电子工业协会JEIA注册登记的半导体分立器件。

第三部分： 用字母表示器件使用材料极性和类型。A-PNP型高频管、B-PNP型低频管、C-NPN型高频管、D-NPN型低频管、F-P控制极可控硅、G-N控制极可控硅、H-N基极单结晶体管、J-P沟道场效应管、K-N 沟道场效应管、M-双向可控硅。

第四部分： 用数字表示在日本电子工业协会JEIA登记的顺序号。两位以上的整数-从“11”开始，表示在日本电子工业协会JEIA登记的顺序号；不同公司的性能相同的器件可以使用同一顺序号；数字越大，越是最新产品。

第五部分： 用字母表示同一型号的改进型产品标志。A、B、C、D、E、F表示这一器件是原型号产品的改进产品。

美国半导体分立器件型号命名方法

美国晶体管或其他半导体器件的命名法较混乱。美国电子工业协会半导体分立器件命名方法如下：

第一部分： 用符号表示器件用途的类型。JAN-军级、JANTX-特军级、JANTXV-超特军级、JANS-宇航级、（无）-非军用品。

第二部分： 用数字表示pn结数目。1-二极管、2=三极管、3-三个pn结器件、n-n个pn结器件。

第三部分： 美国电子工业协会（EIA）注册标志。N-该器件已在美国电子工业协会（EIA）注册登记。

第四部分： 美国电子工业协会登记顺序号。多位数字-该器件在美国电子工业协会登记的顺序号。

第五部分： 用字母表示器件分档。A、B、C、D、┄┄-同一型号器件的不同档别。如：JAN2N3251A表示PNP硅高频小功率开关三极管，JAN-军级、2-三极管、N-EIA 注册标志、3251-EIA登记顺序号、A-2N3251A档。

国际电子联合会半导体型号命名方法

德国、法国、意大利、荷兰、比利时等欧洲国家以及匈牙利、罗马尼亚、南斯拉夫、波兰等东欧国家，大都采用国际电子联合会半导体分立器件型号命名方法。这种命名方法由四个基本部分组成，各部分的符号及意义如下：

第一部分： 用字母表示器件使用的材料。A-器件使用材料的禁带宽度Eg=0.6~1.0eV 如锗、B-器件使用材料的Eg=1.0~1.3eV 如硅、C-器件使用材料的Eg>1.3eV 如砷化镓、D-器件使用材料的Eg<0.6eV 如锑化铟、E-器件使用复合材料及光电池使用的材料

第二部分： 用字母表示器件的类型及主要特征。A-检波开关混频二极管、B-变容二极管、C-低频小功率三极管、D-低频大功率三极管、E-隧道二极管、F-高频小功率三极管、G-复合器件及其他器件、H-磁敏二极管、K-开放磁路中的霍尔元件、L-高频大功率三极管、M-封闭磁路中的霍尔元件、P-光敏器件、Q-发光器件、R-小功率晶闸管、S-小功率开关管、T-大功率晶闸管、U-大功率开关管、X-倍增二极管、Y-整流二极管、Z-稳压二极管。

第三部分： 用数字或字母加数字表示登记号。三位数字-代表通用半导体器件的登记序号、一个字母加二位数字-表示专用半导体器件的登记序号。

第四部分： 用字母对同一类型号器件进行分档。A、B、C、D、E┄┄-表示同一型号的器件按某一参数进行分档的标志。

除四个基本部分外，有时还加后缀，以区别特性或进一步分类。常见后缀如下：

1．稳压二极管型号的后缀。其后缀的第一部分是一个字母，表示稳定电压值的容许误差范围，字母A、B、C、D、E分别表示容许误差为±1%、±2%、±5%、±10%、±15%；其后缀第二部分是数字，表示标称稳定电压的整数数值；后缀的第三部分是字母V，代表小数点，字母V之后的数字为稳压管标称稳定电压的小数值。

2．整流二极管后缀是数字，表示器件的最大反向峰值耐压值，单位是伏特。

3．晶闸管型号的后缀也是数字，通常标出最大反向峰值耐压值和最大反向关断电压中数值较小的那个电压值。

如：BDX51-表示NPN硅低频大功率三极管，AF239S-表示PNP锗高频小功率三极管。

欧洲早期半导体分立器件型号命名法

欧洲有些国家命名方法

第一部分： O-表示半导体器件

第二部分： A-二极管、C-三极管、AP-光电二极管、CP-光电三极管、AZ-稳压管、RP-光电器件。

第三部分：多位数字-表示器件的登记序号。

第四部分： A、B、C┄┄-表示同一型号器件的变型产品。

半导体与集成电路的关系

半导体是指导电性能介于导体和绝缘体之间的材料。我们知道，电路之所以具有某种功能，主要是因为其内部有电流的各种变化，而之所以形成电流，主要是因为有电子在金属线路和电子元件之间流动（运动/迁移）。所以，电子在材料中运动的难易程度，决定了其导电性能。常见的金属材料在常温下电子就很容易获得能量发生运动，因此其导电性能好；绝缘体由于其材料本身特性，电子很难获得导电所需能量，其内部很少电子可以迁移，因此几乎不导电。而半导体材料的导电特性则介于这两者之间，并且可以通过掺入杂质来改变其导电性能，人为控制它导电或者不导电以及导电的容易程度。这一点称之为半导体的可掺杂特性。

前面说过，集成电路的基础是晶体管，发明了晶体管才有可能创造出集成电路，而晶体管的基础则是半导体，因此半导体也是集成电路的基础。半导体之于集成电路，如同土地之于城市。很明显，山地、丘陵多者不适合建造城市，沙化土壤、石灰岩多的地方也不适合建造城市。“建造”城市需要选一块好地，“集成”电路也需要一块合适的基础材料——就是半导体。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓（化合物），其中应用最广的、商用化最成功的当推“硅”。

那么半导体，特别是硅，为什么适合制造集成电路呢？有多方面的原因。硅是地壳中最丰富的元素，仅次于氧。自然界中的岩石、砂砾等存在大量硅酸盐或二氧化硅，这是原料成本方面的原因。硅的可掺杂特性容易控制，容易制造出符合要求的晶体管，这是电路原理方面的原因。硅经过氧化所形成的二氧化硅性能稳定，能够作为半导体器件中所需的优良的绝缘膜使用，这是器件结构方面的原因。最关键的一点还是在于集成电路的平面工艺，硅更容易实施氧化、光刻、扩散等工艺，更方便集成，其性能更容易得到控制。因此后续主要介绍的也是基于硅的集成电路知识，对硅晶体管和集成电路工艺有了解后，会更容易理解这个问题。

除了可掺杂性之外，半导体还具有热敏性、光敏性、负电阻率温度、可整流等几个特性，因此半导体材料除了用于制造大规模集成电路之外，还可以用于功率器件、光电器件、压力传感器、热电制冷等用途；利用微电子的超微细加工技术，还可以制成MEMS（微机械电子系统），应用在电子、医疗领域。

半导体未来发展

以GaN（氮化镓）为代表的第三代半导体材料及器件的开发是新兴半导体产业的核心和基础，其研究开发呈现出日新月异的发展势态。GaN基光电器件中，蓝色发光二极管LED率先实现商品化生产 成功开发蓝光LED和LD之后，科研方向转移到GaN紫外光探测器上GaN材料在微波功率方面也有相当大的应用市场。氮化镓半导体开关被誉为半导体芯片设计上一个新的里程碑。美国佛罗里达大学的科学家已经开发出一种可用于制造新型电子开关的重要器件，这种电子开关可以提供平稳、无间断电源。

半导体领域基本知识科普

半导体领域基本知识科普

转载自【2019.01.15 AA探针台 阅读 190】

我们先说说芯片行业的基本划分，基本上可以分为三种模式：

一、无晶圆厂

无晶圆厂（英语：Fabless Semiconductor Company）是指只进行硬件芯片的电路设计，然后设计交由晶圆代工厂制造为成品，并负责销售产品的公司。由于半导体器件制造耗资极高，将集成电路产业的设计和制造两大部分分开，使得无厂半导体公司可以将精力和成本集中在市场研究和电路设计上。而专门从事晶圆代工的公司则可以同时为多家无厂半导体公司提供服务，尽可能提高其生产线的利用率，并将资本与营运投注在昂贵的晶圆厂。“无厂半导体公司－晶圆代工模式”的概念最初是由Xilinx的伯尼·冯德施密特（Bernie V. Vonderschmitt）和C&T的戈登·A.坎贝尔（Gordon A. Campbell）所提出。

好处很明显了，负担很轻，自己只管设计就行了，不用耗费巨资去兴建晶圆厂、开发新工艺，但坏处同样很突出：你设计出来了，能否造出来、即便造出来又是个什么样子你就无法做主了，得看代工伙伴的能耐。这方面的教训当然很多：台积电40/28nm两代工艺最初都很不成熟，产能也是迟迟上不来，让整个行业为之拖累。

GlobalFoundries32nm工艺没有达到AMD的预期水平，第一代FX/APU处理器的频率和电压就跟设计得差很多，28nm工艺吹了那么久直到现在才刚刚上路，迫使AMD一度放弃了整整一代的低功耗APU，不得不重新设计再去找台积电。

二、IDM模式

也就是垂直整合模式。与“无晶圆厂－芯片外包代工模式”相对的半导体设计制造模式为“垂直整合模式”（英语：IDM, Integrated Design and Manufacture），即一个公司包办从设计、制造到销售的全部流程，需要雄厚的运营资本才能支撑此营运模式，如英特尔和三星。

三星电子一方面是垂直整合模式，能制造自己设计的芯片；另一方面，它也扮演代工厂的角色，同时给苹果公司为iPhone、iPad设计的处理器提供代工服务。

三、IP设计模式

这些公司只负责设计电路，不负责制造、销售的公司则称为IP核公司，如ARM。 不制造、不销售任何芯片，只是自己设计IP，包括指令集架构、微处理器、图形核心、互连架构，然后谁喜欢就把授权卖给谁。客户拿着ARM IP可以自己想怎么干就怎么干。

好，介绍完了这几个基本模式以后，就来了解一下行内几个大厂家的现状了。

Intel：芯片制造商

一、公司的基本情况

英特尔公司Intel是世界上最大的半导体公司，也是第一家推出x86架构处理器的公司。在1980年代时，英特尔在全球是前十大的半导体销售的业者（1987年是第10名），而在1991年以后，英特尔达到了第一名的位置之后就没有再变动了。而其次的半导体公司包括AMD、三星、德州仪器、东芝与意法半导体。

二、商业模式

芯片设计+制造+销售

芯片的设计与制造是英特尔的核心优势。英特尔涵盖芯片的设计、生产以及到最终上市的整个过程。

当前全球半导体产业主要由台积电、英特尔、三星电子（Samsung Electronics）及GlobalFoundries等四家业者盘据，其中台积电、三星及GlobalFoundries为纯晶圆代工厂，只负责为外部客户制造芯片，并非为自家企业设计、推出及自售芯片产品。即使三星有为公司内部打造部分客制化芯片，但基本上大部分晶圆业务仍是为外部客户做代工为主。但英特尔与上述三家业者的业务模式不同，多年来英特尔均自建晶圆厂房，只为生产自家设计的微处理器，属于整合元件制造（IDM）半导体业者，直到过去几年才打破此一惯例，开始接外部客户晶圆代工订单。

ARM：芯片设计商

一、公司基本情况

ARM成为一家独立的处理器公司，从事研发低费用、低功耗、高性能芯片。主要的产品是ARM架构处理器的设计，将其以知识产权的形式向客户进行授权，同时也提供软件开发工具。ARM自己不制造芯片，将其技术知识产权（IP核）授权给世界上许多著名的半导体厂，其中包括Intel、IBM、LG半导体、NEC、SONY、飞利浦、Atmel、Broadcom、Cirrus Logic、Freescale、Actions等。

ARM是移动设备时代最大的技术霸主，取代了当年Intel在PC电脑时代的地位，并且Intel屡次试图冲击ARM均告失败。但是，ARM采取了完全不同于Intel的商业模式。

2016年7月18日，日本软银同意以243亿英镑（约309亿美元），以全现金方式收购ARM公司。

二、商业模式

1.只设计，与生产完全脱钩（不管产品是不是生产、能否生产、如何生产，也不管产品销售）

ARM并不自己生产芯片，而是将自己的技术授权给其他芯片生产厂商，比如高通、德州仪器、英伟达等等。 ARM位居在所有半导体供应链的最上端，将微处理器设计蓝图卖给IC设计公司，比如联发科；其后再协助联发科开发出符合其需求的微处理器。这就像是盖房子，ARM卖的是一套房子的基本设计蓝图。IC设计公司买下蓝图之后，可以根据自己的需求对其进行修改，比如要设计几个房间？餐厅和卫生间各要多大？”

ARM透过卖蓝图给IC设计公司，收取授权金，等到IC设计公司卖出根据蓝图所设计、生产出来的芯片之后，每卖出一颗芯片，就要付给ARM每一颗芯片的专利费，大约是每颗芯片售价的百分比来计算。这样的经营模式，使得ARM 并不需要自己投资数十亿美元来兴建芯片生产厂房，而是成为一家完全依靠头脑盈利的公司。这一模式同时也非常有利于生态圈的建设。正因为如此，ARM才能够以2000人左右的规模，同时服务超过800家的签约合作授权公司，并同时进行1000个以上的芯片开发计划。

在PC产业中，无厂半导体公司并不少见（比如Nvidia和现在的AMD）。无厂半导体公司进行芯片的所有设计，但最后的生产工作会交付给代工厂（比如台积电和三星）。这样的合作方式能给制造商们节约相当一部分成本。不过同时，这也意味着整个流程就不完全在你的掌握之中了代工方会影响到产能、质量和时间点。

ARM在模式上比无圆晶厂走得更远。ARM不针对市场输出任何的芯片；而是向其他的供应商提供设计IP（指令集架构、微处理器、图形处理器…）和使用许可。ARM的客户买下他们所需IP的许可，然后采用这些设计来生产自己的芯片。客户本身可以是无厂半导体公司或者是芯片制造商。在许可费用之外，此后芯片使用的流程中ARM还会获得下游的版税。

ARM向客户提供3种许可：POP，处理器以及架构许可。

（1）POP：最完整的方案

POP全称是处理器优化包，属于标配基础上的加强版。如果客户没有足够的团队来整合自己的设计，那么ARM可以卖给你一个处理器优化方案，然后你拿着这个优化方案就可以直接找厂商生产ARM保证一定程度的性能指标。

（2）处理器许可：标准版方案

处理器许可只允许客户使用他们设计的CPU或者GPU，相当于是“标配”。你不能更改他们的设计，但可以在他们的基础上整合你想要的设计。ARM同时还向客户提供将设计整合的指南，不过最后的设计整合和实体整合还是需要你自己的team去做。

（3）架构许可：仅框架方案

如果你实力雄厚，可以仅购买ARM的架构/指令集(ARMv7、ARMv8)，然后自己研究设计芯片。架构许可相当于DIY包。ARM会把它的某个架构完全放给你（比如ARMv7、ARMv8）。由此你可以在原架构的基础上进行你想要的更改。高通Krait、苹果Swift就是典型代表。ARM旗下拥有大约1000种不同的许可，320个许可持有方/合作伙伴。而在这320个许可方中，只有15家拥有架构许可。

ARM模式与Intel模式对比

ARM跟PC领域的巨头Intel相比，两者的差异非常之大。Intel打造自己的架构，尔后根据不同的市场定位设计一系列的芯片，最后设计会由自家的工厂负责生产。Intel可以说集成了芯片生产中的所有流程。当然这其中的工作量相当大，同时它也能从产品中获得很高的回报。

ARM创立之后，开始像一个独立的商业化公司那样去运作，但是一直比较艰难。在产品研发上，ARM避开在电脑领域大行其道的英特尔CISC指令，转而开发不被市场看好的RISC精简指令。与此同时，重新定义产品的核心：低成本，低功耗，高效率。

由于缺乏资金，ARM做出了一个意义深远的决定：自己不制造芯片，只将芯片的设计方案授权（licensing）给其他公司，对方可以在ARM技术的基础上添加自己的设计DIY，并由它们来生产。正是这个模式，最终使得ARM芯片遍地开花，将封闭设计的Intel公司置于”人民战争”的汪洋大海。

在其开放授权的商业模式下，基本上全球所有的半导体大佬都成了ARM的合作伙伴。开发新产品时，这些公司都不再需要消耗大把的时间，精力和成本从头设计研究芯片架构，相反，他们只需要查看一下ARM公司的芯片名册，购买，然后添加自定义设计就行。 ARM向这些客户收取年费或者使用费，甚至同一个技术可以重复收费，并用这些利润研究下一个技术。这种售卖知识产权的模式更是让ARM处于行业价值链顶端，客户无论盈亏，都与ARM无关，他就一直在那里卖创新。英特尔将要PK的对手绝不只是ARM，而是其背后的整个“ARM联盟”。

高通：无晶圆厂+芯片设计商

一、公司基本情况

高通公司（Qualcomm）是一个位于美国加州圣迭戈的无线电通信技术研发公司。高通公司在CDMA技术的基础上开发了一个数字蜂窝通信技术，目前是全球二十大半导体厂商之一。

高通曾开发和销售CDMA手机和CDMA基站设备。近年来，高通公司把其基站业务和手机研发业务分别卖给爱立信和京瓷，现在主要从事开发、无线电技术许可和出售他们的专用集成电路（ASIC）。

二、商业模式

高通主要由四个业务部门组成，分别是高通CDMA技术部门(QCT)，高通技术授权部门（QTL）、高通无线&互联网部门（QWI）、高通战略方案部门（QSL）等，2012财年CDMA技术部门、技术授权部门、无线&互联网部门营收依次对应88.59亿美元、54.21亿美元、6.56亿美元，三者占比分别为59.2%、36.2%、4.4%，而战略方案部门则主要是业务相关（专利技术产品等等）投资收购。从收入上可以看到，高通的CDMA技术部门和技术授权部门（QTL）是其最核心的两个部门。

高通的CDMA技术部门采取无厂半导体公司模式，主要负责CDMA芯片设计、外包生产和销售。技术授权部门（QTL）则采取类似ARM的模式，只负责技术许可，不参与产品生产。

1. 无厂半导体公司模式：芯片设计+外包生产+销售

高通公司设计各种ARM架构的CDMA，专为移动站点调制解调器设计的芯片（MSM系列），基带无线电芯片和电源处理芯片。这些芯片组卖给移动电话制造商，譬如京瓷、摩托罗拉和HTC、三星电子集成到CDMA手机里。

高通客户主要是使用芯片的无线设备制造商，如苹果、三星、HTC、华为等，高通在其年报称目前的竞争对手主要有博通，飞思卡尔、英特尔、富士通、联发科、展讯、英伟达等，以及部分客户爱立信、三星（一些产品芯片由自己设计）。

高通公司的外包生产，采取“集成的无生产线模式”，与外包制造商的关系更紧密，以规避外包生产供应不稳定的问题。高通要求无生产线的设计公司与EDA（半导体电子设计自动化）、代工厂商和封装/测试公司紧密合作，以各自的技术专长共同推动生产和设计的一体化，它的主要目标是为半导体开发领域的各方之间建立紧密的技术接口，从而提高效率、降低成本并缩短新品上市时间。这样一种类似虚拟“联盟”的紧密协作关系让无生产线厂商取了IDM模式之所长，从而可以和英特尔、德州仪器等厂商直接竞争；也让产业链上的其它环节更有能力规避风险，更加灵活，否则半导体产品长达60至120天的成熟周期将无法应对目前日新月异的消费者市场。

高通公司授权的手机厂商可以采取多种方式生产和上市产品：

（1）它们可以从高通公司直接购买芯片和软件；

（2）它们可以从高通公司的专业集成电路授权厂商处购买芯片；

（3）它们可以自行设计和制造芯片。在这三种情况下，授权的手机厂商可以根据与高通公司单独订立的专利许可协议在其产品上使用高通公司的专利。

2.技术许可：只许可，不参与生产

高通的专利授权部门已成为高通的盈利的主要来源，毛利率达90%以上，2011财年营收占比36.5%，却贡献高通税前利润的69.5%，这也是卖产品与卖标准的区别，我们知道卖产品的收益取决于销售收入减生产成本的毛利和市场占有率，而标准技术标准取决于你能把目标市场做多大，市场认可程度，能有多少伙伴，然后就是坐地收钱了，下图是高通授权厂设备（包括CDMA、OFDMA以及CDMA/OFDMA多模终端等）销售额变化趋势，高通大致能获得终端设备销售额的3-5%（协议期间内费率不变）。

高通专利授权许可费的基数并不是按照“芯片收费”来计算的，而是按照手机整机成本价来计算，这是其在全球推行的重要模式，这也就意味着，高通有可能一方面可以通过低于成本出售部分产品赶走竞争对手，而另一方面它仍然可以获得很好的利润，因为芯片定价降低的比例反映到整机成本价的降幅上就微乎其微了。

3.参与标准设计

为了扩大芯片及技术的市场，高通极力参与技术标准的制定。高通公司付出了巨大的努力高通公司参与制定开放标准，并把成果和所有人共用。目前，公司在负责提出和改进UMTS/ WCDMA和CDMA2000标准的标准组织（分别是3GPP和3GPP2）中有广泛的参与和贡献。高通公司认为自己在标准上的广泛参与和贡献对于保持技术的稳定性以及不同厂商手机和系统设备间的互操作性至关重要对标准的成功也非常关键，无论是CDMA2000还是WCDMA。

AMD：无晶圆厂半导体公司

一、公司基本情况

目前除了英特尔以外，AMD是最大的x86架构微处理器供应商，自收购冶天科技以后，则成为除了英伟达以外仅有的独立图形处理器供应商，自此成为一家同时拥有中央处理器（CPU）和图形处理器（GPU）技术的半导体公司，也是唯一可与英特尔和英伟达匹敌的厂商。

AMD为工业级市场及消费电子市场供应各种电脑（包括工作站、服务器、个人电脑以及嵌入式系统）、通信用之集成电路产品，其中包括中央处理器、图形处理器、闪存、芯片组以及其他半导体技术。

二、商业模式

1.初期模式：自己设计芯片+自己建设工厂制造+销售产品

最初，AMD是拥有晶圆厂来制造其设计的芯片。

2.后期模式：自己设计芯片+外包生产+销售产品

2009年AMD是将自家晶圆厂拆分为现今的GlobalFoundries（格罗方德）以后，成为无厂半导体公司，由GlobalFoundries接手生产处理器芯片，由台积电代工生产图形处理器。AMD仅负责硬件集成电路设计及产品销售业务。

Nvidia英伟达：无晶圆厂半导体公司

一、公司基本情况

Nvidia是一家以设计图形处理器为主的半导体公司。目前NVIDIA和AMD供应了市场上大部分独立显卡。

二、商业模式

1. 主要模式：自己设计芯片+外包生产+销售产品

（1）芯片：自行设计，外包生产

NVIDIA于自己的实验室研发芯片，但将芯片制造工序分包给其他厂商。

（2）终端产品：自行设计部分产品，外包生产，交给其他品牌商贴牌销售

在最终产品上（指显卡、主板等），NVIDIA会推出所谓原厂“公版”（Reference）产品（称为参考样卡或参考模板）供展示及测试之用，外包给其他尝试代工或设计。在零售市场上，NVIDIA会把顶级型号的“原厂”公版产品给各个第三方厂商贴牌，这些厂商的产品设计用料完全相同，均由一家厂商代工。

2.新尝试：仅技术许可，不设计芯片，也不制造和销售芯片

NVIDIA采取向其他公司授权图形技术的新经营模式。因为单靠出售芯片无法为智能手机和平板电脑市场提供服务。原因在于，某些客户（如苹果和三星）不喜欢购买芯片，因为他们喜欢创造自己的芯片，而且拥有自主设计生产芯片所需要的生产能力、创造能力和规模。NVIDIA将尝试将其图形技术授权给苹果和三星。

MTK：无晶圆厂

一、公司基本情况

联发科技股份有限公司（MediaTek Inc.），简称联发科，中国大陆坊间或网络上常简称 MTK，成立于1997年，总公司设在台湾新竹科学工业园区，是一家Fabless IC设计公司，公司初期以光盘驱动器芯片为主，其后发展了手机及数字电视与穿戴式设备解决方案芯片。

二、商业模式

1. 主要模式：自己设计完整系统的芯片+外包生产+销售产品

相比Intel提供关键零组件，联发科则提供总体解决方案，提供一个Turn-key解决方案（以单一封包方式提供大部分手机内部零组件）。 联发科把以前属于手机厂商该做的事情通通帮客户做好，大幅降低手机公司的研发技术门槛，造就了庞大的中国本地品牌和山寨手机。 这种方式，一来提高开发效率，手机芯片开发和系统设计在MTK内部同时进行，更有效率；二来帮手机厂商节省开发成本，手机厂商不用自行开发设计。联发科更像是垂直整合系统公司，不只是芯片公司。

1. MediaTek Labs开发者社区项目

联发科技创意实验室项目初期将以联发科技的LinkIt™开发平台为主，该平台主要以联发科技Aster(MT2502)系统单芯片为核心。联发科技创意实验室副总裁Marc Naddell说：“随着联发科技创意实验室的设立，我们正在为业余玩家、学生、专业开发者和设计师们开启一个新的充满各种可能性的世界，帮助他们充分释放创意与创新能力。我们相信联发科技创意实验室将会推动下一波消费性电子设备和应用程序开发浪潮，让全世界万事万物都可以实现互联。”

联发科技创意实验室项目初期将以联发科技的LinkIt™开发平台为主，该平台主要以联发科技Aster(MT2502)系统单芯片为核心。联发科技创意实验室副总裁Marc Naddell说：“随着联发科技创意实验室的设立，我们正在为业余玩家、学生、专业开发者和设计师们开启一个新的充满各种可能性的世界，帮助他们充分释放创意与创新能力。我们相信联发科技创意实验室将会推动下一波消费性电子设备和应用程序开发浪潮，让全世界万事万物都可以实现互联。”

LinkIt开发平台具备完整的联网功能和良好的扩充性，通过高度整合以降低额外硬件连接设备的数量。而且，联发科技所提供的硬件参考设计，可让开发可穿戴及物联网原型设备的流程更加简化且更具成本效益。

各位小主，好消息来了！由著名导演江小鱼执导的以青春校园为题材院线电影《别来无恙》定于近期开机拍摄，导演组决定在全国征集最美学妹，获胜者将作为主要演员来参演《别来无恙》。微信公号关注【左右逢源会展赛训平台】，点击菜单【最美学妹】查看参赛视频。

免责声明：文章仅代表作者观点，版权归原作者所有。因转载众多，或无法确认真正原始作者，故仅标明转载来源，部分文章推送时未能与原作者取得联系，十分抱歉。如来源标注有误，或涉及作品版权问题烦请告知，我们及时予以更正/删除。

相关问答

半导体基础知识?

半导体是一种电子导电能力介于导体和绝缘体之间的物质,常见的半导体材料包括硅和锗。半导体在电子学中有着重要的应用,如集成电路、太阳能电池和光电器件等。...

【没有半导体就没有今天的现代化生活，有关半导体的知识或应...

[最佳回答]半导体材料有许多独特的功能,根据半导体材料的特殊性质制成了特殊的元件.常见的半导体有:锗、硅、砷化镓.半导体在收音机、电视机以及测温上有着广...

半导体PES必学知识?

以下是一些半导体PES(工艺工程师)可能需要学习的知识:1.半导体物理:了解能带理论,包括导带和价带的概念,以及半导体中电子和空穴的运动;掌握载流子...以下...

半导体制造行业的技术人员应该学习点什么知识?

了解半导体材料。理论知识如[0x9a8b],[0x9a8b]。从一些芯片制造工艺中学习,例如工具书。了解半导体材料。理论知识如[0x9a8b],[0x9a8b]。从一些芯片制造工艺...

重仓半导体基金有哪些?-基金知识问答-我爱卡

[回答]国内重仓半导体基金比较有名的是诺安成长混合和银河创新成长基金,不过目前银河在半导体市场上的持仓比例正在慢慢降低,所以比较强大的半导体基金只...

半导体行业技术员需要哪些知识?

半导体行业技术员必须要具有电子技术以及电工技术的相关知识。因为半导体行业与这此知识技术密切相关。故从事半导体工作,应先从这两方面入手。当然学习是其中...

半导体etf有哪些股票?-股票知识问答-我爱卡

[回答]1、紫光国微002049:紫光国芯微电子股份有限公司是紫光集团有限公司旗下的半导体行业上市公司,专注于集成电路芯片设计开发业务。2、华天科技002185:...

半导体fab基本知识?

半导体fab(制造工厂)是生产半导体设备的工厂,包括晶圆加工、封装和测试等生产环节。工艺流程复杂,涉及工艺、物料、设备、自动化等诸多领域。其中主要工艺是...

知识篇:为什么半导体不能完全代替电子管?

不是这样的。半导体(晶体管)已经完全代替了电子管(真空管),而且更小型化、性能更优秀、节能环保、便于集成。在音响界,电子管还能保留一席之地、是因为电...

【把下面物理知识按对应关系连线.(1)材料分类(2)半导体的特...

[最佳回答]答案:解析:(1)陶瓷(无机非金属),塑料(有机高分子材料),水银(金属),导电橡胶(复合材料),头发(有机高分子材料)(2)热敏特性(温度自动化控制),光...