半导体、集成电路、芯片到底是什么？它们有什么联系和区别呢？
日常生活中常常听到半导体、芯片、集成电路，但是你一定不清楚它们到底有什么区别和联系。
定义
半导体主要由四个组成部分组成：集成电路、光电器件、分立器件、传感器。 同时形成了三代产品。
第一代：以硅、锗为代表
从1954年5月第一颗硅晶体管到今天的微处理器，已有近70年的历史。硅引领了半导体行业的迅速发展，其技术成熟、性价比高，被广泛地应用在集成电路领域。
我国在2000年后，才开始大力发展半导体行业。中兴、华为事件之后，彻底转变了思路，开始走上自主研发之路。
第二代：以砷化镓（GaAs）、锑化铟（InSb）、磷化铟（InP）为主
砷化镓具有高频、高温、低温性能好、噪声小、抗辐射能力强等优点。
锑化铟制造的晶体管具有相对较高的电子迁移率，运算速度将提升50%，消耗功率也将明显下降。
磷化铟具有饱和电子漂移速度高、抗辐射能力强、导热性好、光电转换效率高、禁带宽度高等诸多优点。
砷化镓磷化铟可以制作集成电路衬底、红外探测器、光通信的关键器件等。而磷化铟比砷化镓优势更强，可以开展光纤及移动通信的新产业，同时可以推动卫星通信业向更高频段发展。
第三代：以氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）、氧化锌(ZnO)、金刚石为代表
第三代半导体普遍拥有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率、可承受大功率等特点。
这个特点，使其可以用在5G、光伏、新能源汽车、快充等多个领域。
第三代半导体兴起于本世纪，各国的研究水平相差不远，我国处于相对领先地位，如果持续地加大研发投入，或可弯道超车。
集成电路就是把电路小型化的方式，英文名字是integrated circuit，简称IC。 这种方式主要应用在半导体设备上，也包括一小部分被动组件。
其主要是利用光刻、刻蚀技术将晶体管、微型电容、电阻、电感及线路布局在一小块晶圆上，最后进行封装。
集成电路按产品种类分为四大类：微处理器，存储器，逻辑器件，模拟器件。按照电路属性分：模拟集成电路、数字集成电路和混合信号集成电路。
芯片：又称微电路、微芯片、集成电路，是指内含集成电路的硅片，体积很小，常常是手机、电脑等电子设备的一部分。
可以说芯片是集成电路的载体 ，也是集成电路的主要表现方式。 在谈起CPU、GPU、存储器时，我们常把集成电路称作芯片。
集成电路和芯片的区别
1、二者表达侧重点不同。
集成电路侧重于电子电路， 是底层布局，而且范围更加广泛。
我们将几个二极管、三极管、电容、电阻混连在一起，就是集成电路。这个电路可以是模拟信号转换，或者具有放大器功能，也或者是逻辑电路。
芯片更为直观 ，就是我们看到的指甲块大小的、长着几个小脚、正方形或者长方形的物体。
芯片更侧重功能 ，比如：CPU用来信息处理、程序运行；GPU主要是图片渲染；存储器顾名思义，就是用来存储数据的。
2、制作方式不同
芯片制造的原材料是晶圆（硅、砷化镓），然后光刻、掺杂、封装、测试，才能完成芯片的制作。
芯片制造必须要使用到光刻机、刻蚀机等先进的设备。
集成电路所使用的原材料和工艺更加广泛，它只要将完整的电路（包含晶体管、电阻、电容和电感等元件）微缩，通过布线连在一起，制作在半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内。
对于集成电路来说，光刻机、刻蚀机并不是必需品。
3、封装不同
芯片的封装最常见的是DIP封装，也叫双列直插式封装技术，双入线封装。这种封装的引脚数量一般不超过100，间距为2.54毫米。
集成电路被放入保护性封装中，以便于处理和组装到印刷电路板上，并保护设备免受损坏，存在大量不同类型的包。
简单来说，芯片的封装更加规则，方式也更加集中。而集成电路封装大小、形状不同，方式方法也更多。
4、作用不同
芯片是为了封装更多的电路，这样可以增加单位面积晶体管的数量，从而增强性能，增大功能。
集成电路中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步。
二者都适用摩尔定律。即：价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。这一定律揭示了信息技术进步的速度。
写到最后
半导体的范围十分庞大，它不仅包含了集成电路、芯片，也包含所有的二极管、三极管、晶体管等。
集成电路的范围要大于芯片。尽管很多时候我们把集成电路称作芯片。
总的来说：半导体>集成电路>芯片。
我是科技铭程，欢迎共同讨论！
半导体是个好东西，不仅能做芯片，还能用来做“炒酸奶”
生活中，我们觉得很多东西越大越好，比如房子。
也有很多东西，我们觉得小一些更好，比如手机。
现在的手机屏幕通常会做得比较大，但是厚度、重量比二三十年前的“大哥大”要小太多了。我们现在可以“拿着”手机出门，但大哥大给人的感觉好像要“扛着”它出门。“大哥大”功能很单一，基本上只能打电话；当然了，以它那个块头，要用来防身也行。如果当时真要把“大哥大”做得像现在手机，有这么多功能，那就得做得更大，估计得“背着”出门了——不知道的还以为背的是钢琴。
最早的计算机也是个庞然大物，有好几层楼那么高，运算的时候需要好多人在里面来回跑来跑去地接线——真是工作健身两不误。现在能把电子产品做得这么小、实现“微型化”，这里面的科学叫作“微电子学” 。那么是怎么实现微型化的呢？其实就是把原来的一大堆东西，变成了一个小小的芯片。
变形记
对于电脑来说，“芯片”确实像人的“心脏”一样重要，但从功能上看，它其实更像人的大脑 。芯片的作用主要有两方面：一方面是运算处理 ，能像学理科一样算出来很多东西；另一方面是数据存储 ，能像学文科那样背下来很多东西。芯片真可以说是“文理双全”的“最强大脑”。
制造芯片所用的是一种半导体材料，叫作“硅”。它的来源特别广，最主要的来源是一些沙子和碎石，也可以说芯片是用沙子“变”来的 。当然，把沙子变成芯片靠的不是点石成金，更不是掐诀念咒，而是一套非常复杂的设计和加工过程。
沙子的主要成分是二氧化硅 ，制造芯片需要把沙子熔化，通过化学反应将其变成硅单质，做成单晶硅的“柱子”，然后像切黄瓜一样把柱子切成硅片。“芯片”就是以这个硅片为基底，通过蒸发、溅射、化学气相淀积等一系列方法在硅片的表面生成出一层薄膜，然后把这一层薄膜刻成我们需要的图形。
所以我们需要的电学器件、电路实际上是通过一层一层膜的图形化来实现的 ，这个过程是在一个平面上进行加工，叫作“平面加工工艺 ”。这有点像我们摊煎饼，会在衬底上先刷一层酱，再刷一层辣椒，再撒葱花，再放薄脆。芯片加工的过程主要就是反复生成薄膜，进行图形化的过程。
芯片图案里面的连线非常细，几纳米或者十几纳米。制作芯片的成本非常高，有时候做一批芯片可能需要花费几千万甚至上亿人民币 ，但可以一次做很多硅片，每张硅片又可以做成很多个小芯片，平均下来一个芯片可能只要几块钱、几十块钱。为什么要做小？第一是为了微型化 ，手机需要做小；第二是为了降低成本 ，做得越小，一次做出来的数量越多，成本就越低。
什么是半导体
芯片的设计、加工方法、封装测试等方面都需要大量的研究，研究芯片的行业被称为“半导体行业 ”。有的人一听，会误以为这个行业是制造收音机的，因为用半导体材料制造的收音机曾经很流行。实际上半导体这类材料不仅能用来做收音机，其更大的贡献在于制作芯片 。
人们可能对“导体”这个词很熟悉，像铜、铁这种具有较好导电特性的材料就被称为“导体 ”，而像陶瓷、橡胶这种导电性能极差的材料被称为“绝缘体 ”。导体之所以能导电，是因为里面包含了大量能够自由移动的“导电粒子” ，称为“载流子 ”。拿金属来说，金属原子的原子核能力有限，而原子最外层的电子特别活泼，原子核“管不住”，就成了“自由电子”。金属包括大量的自由电子，所以能够导电。而陶瓷中的自由电子极少，几乎不能导电。
顾名思义，“半导体”就是导电性能介于“导体”和“绝缘体”之间的材料，可以说是“两边倒”。尤其是掺入一些杂质之后的半导体材料，会有一定的导电性，但却是可以被“操控”的。所以由半导体材料做出来的器件，在某些条件下能够导电，而在另一些条件下不能导电，具有“让你导电你就导电，让你不导电你就不导电”的特点 。这样就可以做出来具有“开关”的电子元件，而在电子设备中通常用1和0这种开关的通断来表示，再用1和0组成二进制的数字进行运算和存储，表达各种信息，芯片就是利用这样的原理做出来的。
不过，半导体不仅能用来做芯片，还能用来做“炒酸奶”。
如何自制炒酸奶
怎么用半导体做“炒酸奶”？当然不是把半导体材料作为食材，而是作为加工工具。所谓的“炒酸奶”是用一个能够制冷的铁板，把酸奶倒入锅中，搅和至片状 。这个锅之所以能制冷，用的就是“半导体制冷片 ”，其中的原理叫作“第二热电效应 ”。
第二热电效应也叫“珀耳帖效应 ”，这个效应是说把两种不同的导电材料串联在一起，通电之后，两个接头分别出现吸热和放热的现象 。我们常用的“半导体制冷片”就是把两种掺杂不同杂质的半导体材料相串联，通电之后一端放热，而另一端吸热制冷，形成“热泵 ”。
可能有人会说，既然这叫“第二热电效应”，那就肯定有“第一热电效应 ”呀。确实，第一热电效应又叫“塞贝克效应 ”，它与第二热电效应的过程正好相反——如果两种导体或者半导体组成一个回路，两端接触点的温度不同（比如把两个端头分别放在冷水和热水中），就会产生电流，也会有相应的电压。利用这种现象，就可以把温度信号转化成电信号来测量温度 ，所谓“温差发电机 ”利用的就是这个原理。
其实还有“第三热电效应 ”（也叫“汤姆逊效应 ”），说的是一个导体或半导体，如果两端有温差并且有电流通过的话，就会吸热或者放热（除了电阻产热以外）。
“炒酸奶”的机器和一些车载冰箱利用的都是“第二热电效应”。其实你从网上买个半导体制冷片，放在平底锅或者铁板下进行改造，没准就能自制炒酸奶的机器。要是在半导体制冷片上再加一个塑料泡沫箱子，还能自制一个简易冰箱。不过自制的时候要特别注意用电安全哦。
如此说来，手机、沙子和炒酸奶的共同之处就在于，都和半导体材料有着“纠缠不清”的关系。
作者：张宇识
编辑：吴青
排版：雷颖
题图来源：图虫创意
来源：我是科学家iScientist
编辑：米老猫
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