半导体的发展与集成电路发展的关系探究

半导体的发展与集成电路发展的关系探究

1李霄,2石潍业,3崔红燕,4朱登基

12青岛展芯微电子科技有限公司   266000 山东青岛

34青岛展诚科技有限公司

摘要：半导体是一种具有特定电性能的材料，具有一定的可变化性，而集成电路可以看作为不同功能半导体的合集。随着计算机等电子产业的蓬勃发展，也带动着半导体和集成电路行业规模不断扩张，技术水平越来越先进。半导体产品，从第一代硅、锗为主体，发展到第三代碳化硅、氮化镓为主体，实现的性能越来越优良，在极端环境下的工作状态也越来越好。集成电路产业，我国起步较晚，但随着近些年的加强发展，正在逐渐赶超上来。而在半导体与集成电路之间具有相互依存和成就的发展关系，绿色低碳与可持续发展是未来共同的发展方向。

关键词：半导体；集成电路；发展历程

一、半导体与集成电路概述

1、半导体的概念

半导体是一种具有特定电性能的材料，具有较强的可变性，会受到电容或电流的不同而出现变化。其主要由五大类半导体元件构成：晶体管、整流二极管、可控硅、集成电阻等。而通过半导体材料的特性就能够良好地控制电路状态，从而达到相关的预期设计目的，实现更多的实用性功能。

随着科技的发展，半导体材料已经被广泛应用到人们生活中的各个领域，比如计算机、电子产品、家用电器、医疗交通、航空航天。也是基于半导体材料的不断发展进步，使得很多技术领域诸如物联网、人工智能的相关技术应用能够更加快速优质地落实到具体项目中。

2、集成电路的概念

集成电路其实可以看作是一个半导体的合集，它将不同类型的半导体集合封装在一起，结合各自的特性形成实现不同功能的电子元器件，然后再将不同的元器件组合在一起最终制造出一个完善的电子电路系统。半导体是集成电路的基础组成，集成电路是半导体更高一级的功能实现体。

而集成电路发展的标志性成效就是计算机产品体积的迷你化并且家用日常化。要知道世界上第一台计算机在1946年诞生于美国，其占地足有一百五十平方米，重量超过三十吨，以这样的体积规模计算机这种产品永远不可能走进普通人家成为日常用具。正是因为集成电路的不断发展进步，让计算机产品越来越简化，但实用功能却并未减少，才慢慢推进人类步入互联网时代。

二、半导体的发展历程

1、第一代半导体材料

第一代半导体材料是指硅和锗等元素的半导体材料。该类半导体材料的出现制作而成的晶体管完美取代了电子管，降低制作成本，提高晶体管的整体寿命，结构也更加稳定坚固，尤其在以硅为主材料制造的半导体芯片产品仍旧是目前世界的主流，不论未来电子领域发展得有多先进，硅芯片将成为可以载入史册的影响人类发展的重要阶段之一。

也正是第一代半导体材料的出现，全面降低了电子元器件的制作成本以及使用寿命，让其能够更加普适化地得到发展提升，从而慢慢奠定了计算机行业的兴起以及飞速建设，为计算机、网络通讯、自动化等技术的发展提供了现实基础，带领人类逐渐步入全新的时代。

2、第二代半导体材料

第二代半导体材料的主要是指兴起于20世纪70年代的以砷化镓、磷化铟为代表的化合物半导体材料。第二代半导体材料的最大优势性在于其具有较宽的带隙，这样在高频高速的环境中也能够实现相应功能，完成正常的工作。尤其随着电子技术的飞速发展进步，半导体材料所需要面对和应用的环境越来越严苛，所需要实现的功能也越来越丰富，因此对于材料的要求也自然变得更高。

尤其在卫星通讯、光通讯、GPS导航等领域，工作环境相较更加特殊，目前第二代半导体材料已经开始普及应用了。但其在高温高功率的环境条件下仍旧不具备良好的工作状态，在很多极端环境中也难以得到使用，且资源相较稀缺价格偏贵，这也就促进了第三地半导体材料的研发生产。

3、第三代半导体材料

第三代半导体是以碳化硅、氮化镓为主的宽禁带半导体材料，具有高击穿电场、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。其全面弥补了第二代半导体材料的所有不足之处，可应用在更多极端环境领域中，具备良好的工作状态。

最主要的是第三代半导体的综合成本要更低，同时具备促进可再生能源设备运行效率的优质特性，全面节约了能源成本，同时也更加符合绿色环保以及可持续发展战略，延长了设备的使用寿命，满足企业节约经济成本的同时保护了环境发展，已经在工业互联网、人工智能等新基建领域得到越来越广泛的应用。

三、集成电路的发展历程

1、我国集成电路发展历史

相较于国外，我国集成电路产业发展建设时间相对落后将近十数年，自60年代该行业领域才逐渐兴起，到80年代之前以计算机和军工配套为目标，水平也完全处于基础阶段。自80年代到九十年代之间，我国开始慢慢引进美国的二手设备，国产电子产品质量水平不断提升的同时，集成电路产业发展慢慢成形，自研水准也在日渐提升。

直到2000年之后，以908工程、909工程为重点突破，布局信息产业服务，以市场需求为依托使得集成电路的技术水平能力得到飞速发展，产业规模也日趋扩大。发展至今，我国2022年全年集成电路产量达到3241.9亿块，全年集成电路出口2734 亿个，金额超过万亿元。

2、绿色低碳是集成电路产业的未来发展方向

随着2020年9月提出的“双碳”目标，“绿色低碳”成了很多行业领域的未来发展主流方向，集成电路产业也是如此。多年以来，集成电路的发展往往避不开高能耗这一瓶颈，如何有效响应“碳中和”理念，实现“双碳”目标无疑是接下来集成电路产业的关注重点，积极寻找绿色低碳技术的应用场景，帮助集成电路企业达成绿色低碳的转型，这些工作都面临着不小的挑战。

而在具体应用方面，比如通过研发使用第三代乃至第四代半导体材料，从而实现绿色低碳的生产状态，降低能耗节约成本，实现可持续发展战略；在一些能耗较高的环节包括晶圆处理制成环节中的融化、封装环节中的烘焙等进行改善优化，从而达到绿色低碳的最终目标。

四、半导体与集成电路的发展关系

1、绿色可持续发展是半导体与集成电路的共同发展方向

随着人类社会的不断发展，技术的飞速进步，地球上的资源一定会越来越匮乏，而工业化发展也导致环境条件正在逐渐受到破坏，人类的生存条件越来越恶劣，因此绿色与可持续发展一定是未来世界发展的主旋律。

同样，第三代半导体的优质特性，可以提升可再生能源设备的运行效率，节能降耗，节约经济成本的同时完成绿色发展；集成电路产业发展的低能耗、低排放主要建设目标，都表明双方正在朝着绿色低碳与可持续发展战略这一核心目标逐渐靠拢，确立未来共同的发展方向。

2、半导体与集成电路相互依存和成就

半导体与集成电路都是实现信息存储和传输的重要基础组成，相互之间有着非常密切的关系，是彼此实现发展的重要基础。比如集成电路即是通过一个个半导体元器件组成，从而才能实现相应的功能，最终组合而成一个个先进精致的电子产品，不断改善优化着人类的生存环境。而单一的半导体元件无疑是难以实现这样复杂多样的功能，其依托集成电路的封装集合，才能拥有丰富且不断变化的功能，才能让一个个半导体元件相互协同，从而发挥出更优质的性能。

五、结语

随着电子产业的兴起以及飞速发展，半导体与集成电路相关材料及技术研究也得到了极大程度的促进。二者之间相互依存共同成就，其材料的不断研发创新，技术的不断进步又反哺为电子产业提供坚实基础，为人类的生活水平提升不断提供着持续的推动力。

参考文献

[1]孙文君,吕璐成,张凯等.立足产业链的中美日集成电路材料技术布局差异分析[J/OL].世界科技研究与发展:1-23[2023-08-02].

[2]苗圃,张宁.集成电路产业集群高质量发展评价指标体系构建与实证研究[J].统计理论与实践,2023(07):51-56.

[3]顾雨萍,李向江,吴秀梅.第三代半导体材料发展前景分析[J].中国集成电路,2023,32(03):22-25+36.