半导体是什么？芯片为什么和半导体密不可分？为啥光刻机如此重要
前段时间有人留言，想了解半导体究竟是什么，和导体绝缘体有什么关系？然后罗叔做了调查，发现大多数人，一听到半导体这个名字的时候，第一时间想到的就是半导体产业，但要他们说一下半导体到底是什么，又说不出个所以然。因此本篇视频就来给大家介绍，半导体的“前世今生”。
半导体是什么？芯片为什么和半导体密不可分？为啥光刻机如此重要
学过物理的朋友应该都知道，导体就是指非常容易导电的物质，像铜、铝、铁等金属都是导体，水和潮湿的土地也是导体，绝缘体就是不能导电的物质，像玻璃、橡胶等都是绝缘体。而半导体，顾名思义，就是介于导体和绝缘体之间的一种物质，它的导电性处于人类可控的一种状态。
半导体是什么？芯片为什么和半导体密不可分？为啥光刻机如此重要
很长的一段时间里，人们都以为世界上的物质要么是能导电的，要么是不能导电的。直到1833年，法拉第首次发现，硫化银的电阻性能不同于其他金属，一般的金属电阻是随着温度升高而增加，但硫化银的电阻却是随着温度上升而降低。
半导体是什么？芯片为什么和半导体密不可分？为啥光刻机如此重要
6年后，法国的贝克莱尔又发现，半导体和电解质接触形成的结，在光照下会产生一个电压，这就是光伏特效应。然后在30多年后，科学家又发现，光照变化会引起半导体材料，电导变化的现象，即光电导效应，和半导体材料的导电具有方向性，即整流效应，至此半导体的4个主要特性相继被发现。
不过当时的人们并不知道，这些材料是半导体，也没有对半导体的特性进行总结。半导体这个名词是直到1911年，才被考尼白格和维斯首次使用，四个特性更是直到1947年，才被贝尔实验室总结出来。不过可别小看半导体这四个特性，正是因为它们的存在，由半导体产业创造的信息社会才会出现。
半导体是什么？芯片为什么和半导体密不可分？为啥光刻机如此重要
在学术界的认知里，半导体主要由四个部分组成，集成电路，光电器件，分立器件，传感器，不过因为集成电路占了其中的80%，所以外行人一般将集成电路看做半导体。而在集成电路里，又分为微处理器、存储器、逻辑器件，以及模拟器件，这些类似于小盒子的东西，其实就是我们俗称的芯片。看过罗叔视频的朋友可能知道，芯片是由晶体管组成的，但如果从材料学的意义上来讲，其实晶体管全部全部是由，半导体材料制造的。
半导体是什么？芯片为什么和半导体密不可分？为啥光刻机如此重要
相信大家都知道，手机和电脑等设备我们一般叫做电子产品，但很少有人想过为什么，其实就是因为它的整个运行原理，都离不开电子。可能你要问，导体里面也有大量的电子，为啥不用它呢？这就不得不提到我们前面说的，半导体的第一个特性，它的电阻是随着温度的上升而降低的，这是什么意思呢？
普通的金属温度一旦升高，内部震动就会随之加强，电阻也会增大，这时电子运行就会遇到阻碍，而半导体材料则相反，它是随着温度升高电阻反而降低，所以电子的运行基本不会受到影响，这个时候晶体管就可以流畅地控制电信号，从而完成一整套的电路逻辑。
半导体是什么？芯片为什么和半导体密不可分？为啥光刻机如此重要
有人可能会问了，为啥是光来雕刻芯片上的电路呢？光导电效应和光伏特效应，也没应用在芯片工艺上啊，前面我们也说了，半导体和光有特殊关系，不仅有光伏特效应，也有光电导效应，这是什么意思呢？光伏特效应其实就是，半导体材料在光的照射下，会将光子转换成电子，太阳能电池板就是运用这个原理，虽然一般人认为它和芯片没什么关系，但半导体材料和光的关系，在这里体现得淋漓尽致，而光电导效应就是指光照越强，光电导材料的电阻率就会越小。如果在低温条件下，由它制造的元器件就可以通过，中远红外辐射进行探测。
半导体是什么？芯片为什么和半导体密不可分？为啥光刻机如此重要
虽然不知道光刻机的作用，是不是也是这个原理，但罗叔在以前的视频里介绍过，芯片在制造的时候，一般先将半导体进行切割，这些片状的物体叫做晶圆，晶圆经过热处理以后，会得到半导体的氧化物，这时在上面涂上一层光阻物质，也就是光刻胶，就可以通过紫外线，将复杂的电路结构图刻画在晶圆上，这个过程是极其复杂难做的。后来科学家经过研究，发现使用极紫外线照射半导体材料后，芯片的存储容量会出现增长，其速度也比原来快100倍。
半导体是什么？芯片为什么和半导体密不可分？为啥光刻机如此重要
而用光来“雕刻”其实涉及到了雕刻工艺，目前的集成电路制造，一般是在几平方厘米的面积上，造出成千上万的晶体管，而每个器件的结构也相当微小和复杂，要在上面雕刻电路，只用通过光来实现，而波长越短的光，刻蚀到半导体材料上的晶体管就越多，因此光刻机对芯片制造来说，是极其关键的一步。张眼看世界，罗叔聊风云，喜欢的朋友记得点个关注。
究竟什么是半导体？
文｜高捷资本，作者｜邢凯 ，编辑｜Rita
做一杯咖啡，18个月就可以上市，但做半导体，就像一场马拉松，18个月或许仅能做出来产品。无论是长期大量的资金投入，还是高技术门槛，这都不是一个追风的行业。从这个行业的开端，风投就如影随形。
高捷资本（ECC）三期基金发力AI底层基础，以及产业领域有现实意义场景的应用。半导体领域是我们关注的重点赛道。我们下注核心科技驱动的下一个十年，下注全球科技产业链分工上的中国力量。
硅谷的起源： 出走与裂变
要谈半导体，就离不开硅谷的起源。
上世纪50年代，“硅谷”的称号还未形成，在“硅谷教父”斯坦福大学教授Frederick Terman的推动下，各种风险投资项目成立，学生开始就地创业。
其中就有晶体管之父肖克利和他大名鼎鼎的“肖克利半导体实验室”，改变历史的晶体管就在此诞生。几年之后，人们发现硅比锗更适合于生产晶体管。于是，硅就替代了锗，这，便是“硅谷”的由来了。
在这个科学顶级殿堂中，以诺伊斯为首的八位青年风华正茂，但因不满肖克利只做基础研究而不做商业化落地，他们于1956年出走，并在当时年轻的投行分析师洛克的帮助下，获得了一家叫仙童（Fairchild）摄影器材公司130万美元的资助。
一年后，日后半导体行业的开山鼻祖---仙童半导体公司成立了，并很快获得了 IBM公司的第一张订单---用于电脑存储器上的100个硅晶体管。八位英才也以“仙童八叛徒” (Traitorous Eight)之名留史。
也就是说，从行业的一开始，风险投资就是重要环节。
仙童半导体公司被公认为是硅谷第一家具有现代化意味的初创企业。当仙童在60年代末左右分崩离析的时候，八叛徒中的一些人又开始创建其它公司。创办的公司名单包括但不限于，如今大名鼎鼎的Intel、AMD、KPCB风投、红杉资本以及国家半导体公司。
这种裂变式发展，让硅谷成为全球性创投圣地，而这些公司后来成长为全球性的行业龙头。可以说，仙童半导体公司是1970 年前后半导体浪潮的原点，造就了今天硅谷的科技基础，同时也奠定了半导体和风险投资的不解缘分。
Fairchildfounders in 1961，仙童八叛徒后排从左至右，Victor Grinich, Gordon Moore, Julius Blank, Eugene Kleiner,前排从左至右，Jay Last, Jean Hoerni , Sheldon Roberts, and Robert Noyce. Photo© Wayne Miller/Magnum Photos
大约一个甲子后， 2018年4月16日晚，美国商务部发布公告称，美国政府在未来7年内禁止中兴通讯向美国企业购买核心芯片等敏感产品。虽然下半年获得解禁，但也直接或间接导致了公司2018年净利润同比下降252.88%，创最近5年来最大降幅。
这是“中国芯”被叩痛的第一击，也开启了中国芯片行业的集体审视。一轮数十年对人才培养的缺乏、对产业规律的忽视以及政策导向失误的批判潮开始蔓延。
而今年的一系列“华为事件”更是让民族情绪达到顶峰。中国作为持续增长的全球第一大集成电路市场，集成电路自给能力居然只有不到20%，“缺芯之痛”亟待解决。
批判潮的另一面，是VC的关注风向转向。中国风险投资圈近几年经历了移动互联网发展的洗礼后，不论是行业还是机构都逐渐成熟。在AI、5G等逐渐成为流行概念后，机构们也愈发偏爱垂直领域的科技革新。这其中，芯片必然首当其冲，成为VC的新宠。
半个多世纪后，半导体行业与风险投资的缘分在中国被再次续写。
究竟什么是半导体？
半导体，顾名思义就是导电性介于导体和绝缘体之间的一类物体。通过杂质的掺入而改变材料的导电性能，这便是半导体技术的底层基础。
以此延展，这一特性可以用来制作出各类具备不同IV特性（电流电压特性）的晶体管。将成万上亿只晶体管集成在一起，并实现一定的电路功能，便形成了集成电路。粗略地讲，集成电路经过设计、制造、封装、测试后便形成了一颗完整的芯片，它通常是一个可以立即使用的独立整体。
对于半导体、集成电路和芯片的关系，一个通俗但或许不严谨的比喻是，“半导体是各种做纸的纤维，集成电路是一沓子纸，芯片就是书或者本子。”
制造一块小小的芯片，涉及50多个学科、数千道工序。包括设计、制造和封装三大环节。在此基础上又延伸出上游的材料、EDA（Electronics Design Automation设计辅助工具）、检测服务等细分行业，并最终应用至无数品类的硬件终端。
高捷资本对半导体早期公司的筛选标准
1. 有确定且大量的应用端需求
批量生产导致成本摊薄，这句真理在芯片行业更加凸显。 动辄2-3年的研发周期和百万级别的流片费用，要求了产品必须具有明确且大量的终端应用。
最近报会的很多芯片设计公司，正是借助着近期智能家居终端、TWS耳机等应用端上亿颗/年的强需求而成功。
芯片投资的风险很多在技术层面，但产品定位失误，市场针对性不明确带来的后果也许更加难以估量。
2. 创始团队经历过完整的产品周期product life cycle
技术和产品一定是不同的，产品初样和量产又有质的区别。特别是在化合物半导体和先进半导体光源（如VCSEL）等领域，技术壁垒或许更多地体现在工艺控制和良率稳定性上。这必然要求创始团队拥有完整的产品周期经验。工艺的壁垒往往更高，需要多年的试错、改良、产品化的摸索。
“只有真正走过一遍，才知道哪里是弯路、哪里是捷径”，无数创始人表达过类似观点。这样的护城河往往更宽更深。
3. 具备持续研发和迭代能力
大部分芯片的生命周期并不久，特别是在消费电子领域。 芯片公司的通常策略是通过相对低毛利但走量的产品A支撑现金流，而同时必定不断地研发迭代产品B。
产品A在一个周期后经历红海厮杀，当毛利空间达到临界点被战略性放弃。同时产品B继续承担起营收重任，并把公司综合毛利维持在相对稳定的水平。因此迭代能力和持续战斗力就显得尤为重要。
目前，高捷资本三期基金在半导体领域的战略布局已逐渐形成，投资矩阵涵盖了先进存储、VCSEL、DSP、高性能ADC、高端检测服务、大尺寸化合物外延、物联网连接芯片等数个细分赛道。
其中，先进存储芯片有博维逻辑、VCSEL芯片有瑞识科技，DSP芯片有国防科技大团队的毂梁微，高性能数模转换器ADC芯片有天易合芯、LED驱动芯片及无线充芯片公司美芯晟、以及半导体产业链上下游的 高端检测服务公司胜科纳米，大尺寸化合物外延片生产商唐晶量子、以及半导体设备公司悦芯科技等。
项目之间已形成协同效应。 比如外延片生产商唐晶量子和VCSEL芯片生产商瑞识科技，为上下游企业。
【钛媒体作者介绍：高捷资本（ECC）是国内最早 的一批投资人创立的风险投资机构。我们专注 投资硬科技领域的早期高成长期企业，管理团队有累计超过50年 的投资经验，实现近20个 项目的成功退出，累计基金管理规模超过30亿元 人民币，管理过多支人民币及美元基金，实现了丰厚的回报。公司在北京、深圳和美国硅谷设有办公室。】
更多精彩内容，关注钛媒体微信号（ID：taimeiti），或者下载钛媒体App
相关问答
半导体行业比如芯片制造，封装，测试方面的?
封测行业和外壳行业不同;封测企业一般不会生产封装的外壳。通常,外壳的体罚是针对金属封装或者陶瓷封装来说的;对于我们见的最多的塑料封装而言,一般没有外壳...
半导体fab是什么?
是半导体无尘生产车间,因为微小的粒子就能引起电子组件与电路的缺陷,所以要求很高WaferFab是指:将晶圆转化成集成电路的制作技术成为半导体处理工艺,典型的...
芯片是什么材料-业百科
芯片是什么材料,芯片是半导体材料。芯片原材料主要是单晶硅,硅的性质是可以做半导体,并且高纯的单晶硅是重要的半导体材料,因此芯片是半导体材料。芯片在电子学...
材料科学与工程可以从事半导体吗?
可以从事半导体。半导体行业隶属电子信息产业,属于硬件产业,以半导体为基础而发展起来的一个产业。材料研究生不用跨专业读博就可以进入半导体行业的。但如...
半导体行业需要什么专业?
【扩散工艺DiffusionProcess】半导体扩散工艺,生产中的扩散指工艺所需要的杂质在一定条件下对硅(或其他衬底)的掺杂。如在硅中掺磷、硼等。广义上讲,氧化与...
面包面板属于半导体行业吗?
面包面板并不属于半导体行业。半导体行业主要涉及芯片、集成电路等电子元件的生产和研发,而面包面板通常指的是用于制作面包的厨房用品,与半导体行业没有直接...
材料专业可以做芯片制造吗?
可以做芯片制造。材料专业培养适应社会发展需求,具备良好的人文社会科学素养、社会责任感及职业道德,具有扎实的材料化学的专业知识与工程技能,具有良好的学...
半导体集成电路专业有哪些?
电路分析、模拟电子技术、数字电子技术、信号与系统、通信原理、计算机语言与程序设计、微机原理与接口技术、计算机组成与系统结构、半导体制造工艺、模拟集...
十大龙头半导体龙头股-ZOL问答
中国是全球最大的芯片市场之一,国内的科技产业正在迅速崛起,而芯片产业是其中的重要组成部分。目前,中国已经拥有了多家具备竞争力的芯片企业,并且还有一批潜力...
老师你好半导体行业(电子行业芯片制造业)成本核算中的制造...
[回答]则在不同产品间依据生产量或者工时量等进行在产品间分配。
