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科学网 标签 半导体 相关日志

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相关日志

《电子与封装》诚邀您加入审稿人队伍
EPjournal 2020-1-18 17:05
《电子与封装》 是由中国电子科技集团公司主管、中国电子科技集团公司第五十八研究所主办的技术类期刊,是中国半导体行业协会封装分会会刊、中国电子学会电子制造与封装技术分会会刊,2001年创刊,是国内唯一一本精于电子封装领域、兼顾半导体器件和IC的设计与制造、产品与应用以及前沿技术、市场信息等的专业学术期刊。现在诚邀您担任本刊的审稿人,基本要求如下: 1、研究方向符合本刊发文方向; 2、活跃在科研一线的专家学者(副教授或相同级别以上职称); 3、每年审理4篇稿件,审稿周期在2周内; 4、本着对作者负责、对知识负责的态度,客观、公平、公正、细致地评审稿件。 同行评议采取“单盲”方式,对作者屏蔽审稿专家信息。有意向者请发送个人简历至邮箱 ep_cetc58@163.com 。 感谢您对我们期刊的关注,您的信息审核通过后,编辑部会和您联系,今后会将符合您研究方向的相关稿件送予您审理,并向您支付审稿费。 欢迎您给本刊推荐优秀稿件,审稿专家推荐的稿件我们会优先处理,并根据稿件质量酌情减免版面费。 《电子与封装》编辑部 2020年1月18日
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材料的带隙是怎样影响FET器件的开关比的?
lw526 2019-12-31 17:16
前情提要: 最近,与实验组合作做一些工作。昨天,我们讨论的时候谈到了我们的样品是半导体性的还是金属性的问题。计算的得到的本征特性是半导体性的,有带隙。实验样品生长的时候有点不纯,也就是存在掺杂。我就想掺杂了肯定金属性呢。然后实验组说测量了样品的开关比得到了半导体特性。我就被问住了(蒙圈脸,思考脸),我想了很多,是因为吸附,边缘未成键的原因?然后一想人家测试了多层样品也是同样的结果。这就排除了我的疑问。我就在怀疑难道的我们结构没解析正确么?但是其他结果都正确的呀,而且HRTEM 结果和计算结构完美符合。然后,实验组补刀硅是半导体性的,但是应用中的硅器件都是有掺杂的呀?为啥掺杂的硅也是有很大开关比的。我表示不知道呢,这是怎么回事,居然和学过的能带论,化学键理论都不符合。 金属还是半导体? 能带论:我们的材料的本征的半导体特性,也就是价带刚好填满,导带刚好空着。掺杂以后电子少了,当然就成了金属性了。 化学键理论:一般实际存在的半导体或绝缘体,一定要满足某些原子得到电子,另一些原子失去电子,当得到电子数和失去电子说相同的时候,才有可能形成带隙,成为半导体或绝缘体。例如,NaCl、NaCl中Na原子失去一个电子形成Na + ,而Cl原子得到一个电子形成Cl - ,所以成就了NaCl固体的绝缘特性。而我们讨论的这个材料是本征的半导体特性,掺杂以后的样品,不能满足这种平衡,所以就是金属特性。 然后看到小木虫的帖子( http://muchong.com/html/201003/1893675_2.html ) 复习了半导体物理,终于明白了: 问题出在开关比测量中。 开关比测量需要把样品做成器件,然后通过调节偏压测量样品在导通(金属态)和关断(半导体态)两种情况下的电流大小,电流大小的比值就是开关比。 偏压可以理解为给费米面上的电子一个能量,让它从价带跳到导带。这个偏压是由器件的 源漏极两端的电势差提供的。当偏压大于半导体带隙时,就可以使得样品导电。当偏压小于半导体带隙时,就可以使得样品不导电就是关断。通过拟合不同温度下的开关比就可以得到带隙(我也不知道原理,实验组说的,等我弄懂了再添加)。 你一定会问,这和你的半导体性还是金属性有啥关系呢。 是这样的,通过刚才开关比测量的原理,我们测量的开关比除了可以反映样品的半导体特性。其实也可以反应费米面附近的带隙大小。对于前者,没有偏压就是关闭,有大于带隙的偏压,就是导通。而对于后者,没有偏压是导通,有偏压是关闭。 所以,半导体的低浓度掺杂也会测量出开关比。这和费米面附近的带隙大小有关。 本人水平有限,对实验也理解有限,如有啥错误,还请指教。
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张海霞︱大师的背影:请让心安静
热度 3 张海霞 2019-9-2 10:18
【题记】今天(2019.09.02)是黄昆先生诞辰100周年,身在北大微电子,我虽然没有听过先生的课,却是看了不少关于黄先生的纪念文章和事迹,特别是关于回国的那句“我们回来会有所不同”以及之后几十年孜孜不倦地耕耘在三尺讲台为中国的半导体事业培养一代又一代精英,黄先生那拳拳报国心和无怨无悔的奉献精神给我们留下了一个高山仰止的伟岸背影!应科技导报编辑卫夏雯之邀在《科技导报》上发表2013年写的博文《大师的背影:请让心安静》,深切缅怀这位伟大科学家的高尚品德和道德情操,感受老一辈科学家的家国情怀和报国之情,传承他严谨求实、实事求是的治学态度。 张海霞︱大师的背影:请让心安静 张海霞 北京大学微纳电子学研究院,北京 100871 早上和一个朋友出去办事,到北大清华之间的蓝旗营那一站下来,我们转到小路上准备过天桥,看到一对很儒雅的老夫妻在路边上等车,忽然想起最后一次见到黄昆先生也是在这里! 那是一个秋日的黄昏,我从北大走路回家,路过蓝旗营附近这一片热闹的小饭馆,这是一条很熟悉的路了,自从我到北大以后就几乎天天从这里过,只不过有时开车,有时骑车,有时步行,匆匆而过,还不知道想着什么心事,也无暇顾忌路上的行人,那一天一样是目不斜视地走着,可是前面的两个瘦高瘦高的身影挡住了我,是两个老人,男的带着帽子,女的是一头花白的卷发,灰色的衣着,互相搀扶着,并排不急不慢地散着步,从背影看得出是一对生活恬淡的老夫妻,应该是饭后出来遛弯儿。那女的很高,头发卷卷的,我从他们身边绕过的时候忍不住看了一眼,这可不打紧,让我几乎喊了出来:啊!这不是黄昆先生和他的英国太太李爱扶吗?因为那时候黄先生已经得了国家科技最高奖,照片到处可见,我们所里也到处是黄先生的宣传,不可能认错,真的,真是黄先生夫妇! 他们恬静地走着,也听不到说什么,黄先生走的很慢很怡然,李先生坦坦然然地并肩前行,看不出表情,也没有看路人,只是静静地走着。我长大了嘴巴,却很快就让自己平静下来,我知道这个时候是不适合去打招呼和问候的,他们也不希望有人打扰这难得的闲暇时光,于是我匆匆走了过去,看得出来李先生是看到了我的惊讶,知道我认出了他们,她不动声色地淡淡地冲我笑了下,继续前行。 就这样,在一个安静的秋日黄昏在一条大街上我从大师的身旁擦肩而过,也是从那个时刻起,我深刻地认识到,其实无论你在外取得了怎样显赫的成就,无论你做为大师被多少人膜拜着,岁月终将无情地漂去那些浮华的泡沫,那时候显露出来的才是我们真实的人生意义:只有相爱的人陪着你一起走过这安静而美好的日子,才是莫大的幸福!如今黄先生和李先生都已经仙逝,但是那个黄昏中他们那高高瘦瘦的挺拔背影却永远留在了我的心中。今天,机缘巧合再走这蓝旗营的小道,让我有机会再回忆起黄先生和李先生的背影,让我有机会再次提醒自己:在这纷繁复杂和喧嚣的环境中,请让心安静!
个人分类: 科研心得|8240 次阅读|3 个评论
有关 Mervin Joe Kelly 先生的网页
zlyang 2019-7-13 19:29
有关 Mervin Joe Kelly 先生的网页 Kelly, Mervin J. : Photographic Archive - University of Chicago http://photoarchive.lib.uchicago.edu/db.xqy?one=apf1-03156.xml (1)童诗白,2001-05,世纪回眸:纪念晶体管的发明和由此引出的启发 《电气电子教学学报》,2001年6月,第23卷第3期:3-6,20 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-HHGY2001S1000.htm 有鉴于此,当时贝尔的实验室主任 Kelly 根据19世纪以来关于半导体在光照下能产生电流以及它和金属接触能起到整流和检波作用的现象, 认为半导体有希望能取代电子管。 为此,要加强对固体物理基础理论的研究。从1936年起开始招聘有关的尖端人才,组成研究小组。 (2)搜狐,2019-01-28,你也许没想到,现代科技的半壁江山都由这个实验室打造 http://www.sohu.com/a/292034869_465246 他的基本信条是:一个“创新科技研究所”——正如他拥有的贝尔实验室那样,需要足够多的天赋异禀的人不断地交换思想。但是真正要创新,这些还不够。Kelly 先生坚信面对面交流的重要性。通过电话交换思想?不行!他故意把贝尔实验室的思想者和实践者集中在同一屋檐下。在晶体管开发项目中,有目的地将物理学家,冶金学家,电器工程师混合在一个项目组里,项目组中的每个人都各自是理论、实验或者制造领域的专家。像一个老练的交响乐指挥一样,Kelly 先生在科学定律之间,研究院和开发者之间,个人和团队之间游刃有余,时而寻找和谐,时而要求张力。 Kelly 先生相信自由的重要性,尤其是在科研方面。他手下的许多研究人员拥有如此之高的自主权,以至于项目进度拖后了长达数年,Kelly 都没有意识到。举个例子, 最早是他挑选了一队研究员成立了半导体项目组。当最后半导体被发明出来的时候,其实项目已经延期两年了。 随后,他设立了另一个研究小组,主要负责半导体的批量生产。他把这个任务委托给了其中的一个工程师,指示他做出计划,随后他就告诉这个工程师,自己即将去欧洲出差了,项目由这个工程师全权负责。 (3)Mervin Joe Kelly - National Academy of Sciences http://www.nasonline.org/member-directory/deceased-members/20000623.html Mervin J. Kelly, February 14, 1894 - March 18, 1971 Election Year: 1945, Membership Type: Member http://www.nasonline.org/member-directory/deceased-members/20000623.html He wanted, found, appreciated, and encouraged the sort of men who invented the transistor. William Shockley has said, Kelly's stimulus to look for new devices useful in the telephone business, plus exposure to new theories about rectification mechanisms in copper oxide, led me to invent a structure that would have worked as a transistor. (4)Mervin Joe Kelly - American Institute of Physics https://history.aip.org/phn/11602035.html (5)Presidents of Bell Labs https://www.bell-labs.com/about/history-bell-labs/presidents/ Mervin Kelly, President 1951–1959 He pioneered the methods of industrial research, of “inventing ways to invent things.” His tool kit included cross-disciplinary teams of experts, close proximity between researchers and developers and even ways to design buildings to encourage collaborations. (6)Mervin J. Kelly - Engineering and Technology History Wiki https://ethw.org/Mervin_J._Kelly 相关链接: 2019-07-12, 有关费曼 Richard P. Feynman 先生的网页 http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1189219.html 2019-06-29, 有关 Fred C. Lee 李泽元老师的网页 http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1187364.html 2019-07-07, 有关 Geoffrey W. A. Dummer 先生的网页 http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1188470.html 2019-03-04, Демирчян、Нейман、Коровкин、Чечурин 里谁是院士? http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1165610.html 2019-02-25, 俄罗斯学者将俺的电路理论“互容”概念写入了教材? http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1164136.html 4 STRANGE NEW WAYS TO COMPUTE, 作者: Moore, Samuel K.,IEEE SPECTRUM,卷: 55,期: 1,页: 10-11, 出版年: JAN 2018 https://ieeexplore.ieee.org/document/8241695 https://spectrum.ieee.org/nanoclast/computing/hardware/4-strange-new-ways-to-make-a-computer 2019-07-01, 量子集成电路、量子芯片 Quantum Chip 今后30年内的实用前景? http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1187623.html 2019-07-10, 电路概念《互容》汇报后记 http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1188921.html 2019-07-11, 有没有必要通过媒体《专访》推动“半电路、半电磁场”集成电路芯片的预研? http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1189103.html 感谢您的指教! 感谢您指正以上任何错误! 感谢您提供更多的相关资料!
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芯片简史选登:西风东渐 - 伟大的中国工业革命中的芯片产业
热度 1 LaoQian09 2019-5-23 03:39
【 缘起 】 这是我即将出版的《芯片简史》中的一个章节。这些天来,中美之间的贸易战涉及到了芯片行业。作为一位芯片行业从业二十多年的研究人员,我在去年年底写下的这个章节是对我国芯片行业的一个历史回顾。今天,先在科学网我的博客中贴出来。让读者对我国的芯片业有一个大致了解。谢谢! 28. 西风东渐:伟大的中国工业革命中的芯片产业 提起 21世纪初世界上的重大事件,非中国的崛起莫属。今天,中国在世界上的重要性已毋庸置疑。这一切都源于40年前的改革开放。改革开放不但为中国带来了全球视野和市场经济,还造就了中国的工业化和现代化。这是一场伟大的中国工业革命,它不但改善了中国人民的民生,提高了中国的世界地位,最重要的是它给予了中国人民和政府强大的自信,让这个古老的、受尽苦难的民族再次获的了主导世界事务的能力和信心。 作为这一场伟大的中国工业革命的最重要成果,就是中国几乎包揽了全球的制造业。从衣食住行到基因工程,从高铁运输到量子计算机,从基础建设到卫星登月,在人类所有的技术领域中,中国和中国制造都占据着最重要的地位。今天,我们进入了工业革命 4.0的时代,在这一场全新的产业革命中,最重要的行业就是本书所讲述的芯片业。在这一章中,让我们来看看在这场伟大的中国工业革命中,中国的电子工业和芯片业是怎样从零开始发展至今的。 1920年 – 1949年:中国电子工业的起步时期 电子技术是一门非常年轻的学科,它诞生于 20世纪初。当时,中国的电子技术和世界电子技术的发展几乎是同步的。 1923年1月23日晚,由美国商人奥斯邦与英文《大陆报》联和创办的中国境内第一座民办广播电台,中国无线电公司就在上海开始播音了。它每晚播音1小时,内容有国内外和本地新闻,以娱乐节目为主,也有一些宗教性节目。 中国第一家广播电台在播音 1924年8月,北洋政府交通部公布了组装广播无线电接收机的暂行规定,市民可以自行组装收音机。 1933年10月,上海亚美无线电股份有限公司生产了1001号矿石收音机,受到了市民的欢迎。1935年10月,该公司又生产出了第一台1651型超外差式五灯收音机。该机除真空管和碳质电阻外,其他元件均为自行设计制造。 1936年,随着广播电台的发展,收音机在上海市逐步普及,总数达10万台以上。 1945年抗战胜利后,上海的无线电制造业得到了恢复,出现了一批新的无线电厂商。1947年年底,上海电器公司有590家,其中无线电公司为235家。 1949年前,中国的电子工业主的重点是无线电和通讯业。 1949年 - 1966年:文革前的新中国电子和芯片产业 1953年,新中国研制出了第一台全国产化的收音机——“红星牌”真空管收音机,投放市场后,大受欢迎。 朝鲜战争爆发后,中国成了世界政治、军事冲突的最前沿。为解决军队的电子通信问题,在苏联和东德的技术支持下,北京筹建了北京电子管厂( 774厂,即今天的京东方)。该厂年产电子管1220万只,是为亚洲最大的电子管厂。 不久,北京电机总厂、华北无线电器材联合厂、北京有线电厂、华北光电技术研究所等工厂和研究所先后成立,是为我国电子工业的基础。 1956年,美国科学家肖克利因为在1947年发明了锗晶体三极管获得诺贝尔物理学奖。和真空管相比,晶体管体积小、寿命长、放大率大的多,全球电子业为之震动。 1956年,国家结合当时全球科技发展趋势,制定了为期十二年的《1956-1967科技发展远景规划》,规划中把计算机、无线电、半导体和自动化作为国家生产和国防急需发展的领域。我国半导体事业从无到有,进入了它的初期发展阶段。 1957年,北京电子管厂拉出了锗单晶。同年,研制出锗晶体管。 1958年,中科院的王守武、王守觉兄弟研制出了我国第一批锗合金高频晶体管,并成功应用在109厂(现中科院微电子所)的109乙计算机上。 1959年,美国德州仪器的基尔比研制出了第一个集成电路即芯片,三个月后,仙童公司的诺伊斯用蒸发沉积金属法替代了金属导线,芯片的量产成为可能。 1960年,美国人发明了平面光刻技术,仙童公司随即开发出全球第一块芯片。 1959年,在我国半导体先驱林兰英的带领下,拉出了硅单晶。同年,李志坚在清华拉出高纯度多晶硅。 1960年,中科院半导体所和河北半导体研究所成立。我国半导体工业体系初步建成。同年,黄昆、王守武、王守觉、林兰英开始研究平面光刻技术,并于1963年研发出5种硅平面器件,被应用于109丙型计算机上。 1965年,王守觉在一块1平方厘米大小的硅片内,蚀刻了7个晶体管、1个二极管、7个电阻和6个电容的电路,我国第一块芯片诞生了。 王守武 黄昆 林兰英 谢希德 1966年–1976年:文革中的电子和芯片产业 1966年,尽管文革对工农业有着极大的冲击,但我国的芯片工业建设并未止步。 1968年,北京成立了国营东光电工厂,上海成立了无线电十九厂,1970年投产。它们生产TTL电路、CMOS钟表电路、A/D转换电路等芯片。他们是中国芯片产业中的南北两强。 1968年,国防科委在四川永川了成立固体电路研究所,是当时中国唯一的模拟芯片研究所。同年,上海无线电十四厂制成了PMOS电路。 1970年代,永川半导体研究所、上无十四厂相继研制成功NMOS和CMOS芯片。 1972年,美国总统尼克松访华后,中国开始从欧美引进技术,全国有四十多家芯片厂家建成投产。 1972年,我国自主研制的PMOS大规模芯片在永川所诞生,仅比美国人晚了4年。 1975年,王阳元在北京大学设计出第一批1K DRAM,比英特尔只晚了5年。 改革开放之前,我国的芯片业得益于一批解放初期回到新中国的半导体人才,如黄昆、谢希德、王守武、高鼎三、吴锡九、林兰英等前辈大师。在他们的带领下,蹒跚起步的中国半导体芯片行业做了两大贡献:一是保障了“两弹一星”等军事项目的电子和计算配套;二是建立了一套横跨院所和高校的半导体芯片人才培养体系。 1976年–1986年:改革开放初期的 电子和芯片产业 1977年7月,邓小平邀请30位科技界代表在人民大会堂召开座谈会,半导体学界的灵魂人物王守武发言道:“全国共有600多家芯片厂,其一年生产的芯片总量,为日本一家大型工厂月产量的十分之一。”这就是改革开放前的中国芯片业的状况。 1978年,王守武和徐秋霞等人在中科院半导体所研制成功4K DRAM,次年量产成功。比美国人晚了6年。 1979年,中国成功反向英特尔的8080八位微处理器,比德国和日本早一年。 1980年,王守武兼任109厂厂长,将厂房升级改造为1000到10000级的高标准洁净室,并在组装成了我国第一条中、大规模集成电路生产线。 1970年代的亚洲,只有日本在美国的帮助下,其芯片技术全面超越了中国。而韩国和台湾尽管通过颁布产业发展计划、引进技术、派遣留学人员学习培训等方式,积极发展芯片技术,但整体技术仍落后于我国。 改革开放之前,我们举全国之力,主攻半导体芯片技术。在一批舍身忘我的芯片人的努力下,从无到有,建立了完整的芯片工业体系。只是在十年文革中放慢了速度。 1980年代,国门打开,人们发现,在芯片行业上,我国已经非常落伍了。 1980年代初,国家缩减了对芯片业的投入,希望各厂家自己找出路。为了在短期内获得效益,大量工厂购买了国外的技术和生产线。自主研发的思路被购买引进所替代。但是,我们引进的只能是别人的淘汰的技术。 1986年 - 2000年:国家计划下的电子和芯片产业 1986年,电子工业部在厦门举办了芯片战略研讨会,提出了“531战略”。即“普及5微米、研发3微米,攻关1微米”,落实了芯片的南北两个基地、一个点的布局。南方集中在江浙沪,北方集中在北京,西北一个点是西安。 然而,由于巴黎统筹委员会(简称“巴统”)的技术限制,我们只能引进落后的二手淘汰设备。各地、各厂各自为战,缺乏统一规划,前沿技术研究被抛在脑后。于是整个芯片产业越引进,越落后。 1984年至1990年,中国各地方政府、国有企业和大学,总共从国外引进类似的淘汰晶圆生产线达33条,按照每座300-600万美元估算,总计花费1.5亿美元左右。这33条晶圆生产线,大多是3英寸、4英寸的晶圆线。而1987年,日本研发的DRAM就已经采用了8英寸线。 1980年代,日本通过技术积累和大规模的人、财、物力投入,在内存技术上超越了美国,并带动了整个芯片业的发展。1990年,全球前十大芯片公司中,6家是日本公司。而韩国也由政府牵头、财阀投入的政策帮助下,在芯片业上追赶日本。 此时的中国芯片业,已全面落后于日本,并被韩国超越。 1981年中科院半导体所研的16K 内存,仅比韩国晚了2年。1985年,该所制造出了中国第一块64K内存比韩国晚了一年。到了1986年,日本已开始研发0.5微米的制程技术了,而韩国则研发出了1M的内存,仅晚日本1年。而我国要到1993年,才由无锡华晶制造出第一块256K内存。 1990年代初,日本经济泡沫破裂,韩国则加大了对芯片业的投资。1992年,三星超过NEC,成为世界最大的内存制造商,同年,开发出了世界第一个64兆的内存。在技术与产能上全面超越了日本。 由于日韩的芯片业的飞速发展,国家决定用重点项目对芯片技术进行集中投资。 1990年8月,国家计委和机电部在京召开了有关领导和专家座谈会,决定实施908工程。国家为908工程投资20多亿元,要建一条月产1.2万片、6英寸、0.8-1.2微米的芯片生产线。 由于审批时间过长,从开始立项到投产历时 7年之久。芯片的制程按摩尔定律每两年就缩减了一半。到1997年无锡华晶建成投产时,其技术水平已落后于国际主流技术达四至五代。产能仅800片/月,投产当年即亏损2.4亿元。 严重亏损的华晶找到了曾创办茂矽电子的台湾人陈正宇来对其进行改造。为了改造华晶,陈正宇请来了老友张汝京博士。张汝京当时刚从德州仪器退休,他用了半年时间就完成任务,改造后的华晶于 1999年5月盈亏平衡,项目得以验收。 没有达到预期效果的 908工程,使中国芯片业浪费了5年时间。当华晶还无法量产0.8微米的芯片时,国外主流制程已达0.18微米,我们的差距越来越大。 1995年10月,电子部和国家外专局在北京召开了国内外专家座谈会,希望加速我国芯片产业的发展。11月,电子部向国务院做了专题汇报,确定实施909工程,对建设芯片生产线项目正式批复立项。909工程项目注册资金为40亿人民币,1996年国务院决定由中央财政再增加拨款1亿美元。 1996年,909工程的主体有100亿人民币资金的上海华虹微电子有限公司与日本NEC公司合作,成立了上海华虹NEC。 1996年7月,33个西方国家签署了《瓦森纳协定》,对中国等国家实施军用、军民两用商品和技术的控制清单,其中有电子器件、计算机、传感器、新材料等9大类高新技术被实施禁运。与芯片业相关的高端设备、技术和元器件无法引进,产业建设更加困难。 1996年,电子部部长胡启立兼任华虹集团董事长,直接主持909工程,带领华虹NEC克服了华晶七年的漫长建厂悲剧,于1997年7月31日开工,1999年2月完工,投产时全球芯片市场大热,2000年销售额达30.15亿元,利润达5.16亿元。 2001年,随着互联网泡沫的破碎,整个科技行业受到重挫,芯片行业也进入低迷期。芯片巨头日本东芝宣布停止生产通用的内存,并全面收缩芯片业务。这一年,华虹NEC亏损了13.84亿元。 1950到1970年代,我国的芯片产业以军事需求为动力,由国家计划推动发展。该传统一直延伸到了908、909工程。这是计划经济的国家工程,和国外芯片企业很难竞争。 1978年到2000年我国的芯片业,早期缺乏统一规划,引进的是国外淘汰的生产线,在产业升级的过程中,全部被淘汰。后期由国家组织了三大工程,全数败北,仅有909工程留下了一座上海华虹。这一阶段中国内与海外芯片技术的差距,并未减小。 这些工程未能成功的原因有两个:一是芯片技术更新速度太快,制程升级一年半就是一代,这需要有连续的资金投入,否则就会被很快淘汰;二是中国的芯片人才实在是太少,无法完全搞懂引进技术,遑论自主研发。 另外,西方国家先后用“巴统”和“瓦森纳协议”来限制向中国出口最先进的高科技设备,我们能得到的技术要比最先进的晚两到三代,这种限制大大阻碍了我们的芯片业发展。 2000年–2011年:加入WTO后的中国芯片产业 一直到加入 WTO前后,中国芯片业才进入了海归创业和民企崛起的新时代。改革开放初期的第一批电子、计算机、通信类大学生,于1980年代出国潮中率先留洋。他们毕业后很多人留在美国芯片业工作,见识和能力得到了大大的锻炼和提高。2000年后,这批有着技术和管理经验的专才,开始陆续回到中国创业。 加入 WTO前后,国际化视野和市场化的企业运作方式也被引入了中国。2000年6月,国务院发布了《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》(18号文),并推出了一系列促进芯片产业发展的优惠政策和措施。准备在政策引导下,积极发展产业配套,改善产业发展环境。 在这一政策引导下,国内掀起了一波芯片投资热潮。在这一热潮中,出现了一大批优秀的中国芯片公司:它们是成立于 2000年的中芯国际;成立于2001年的展讯通信;成立于2003年的中兴微;成立于2004年的华为海思等。 信息产业部也实施了“中国芯”工程,大力扶持国内具有自主知识产权芯片研发。在国家 863、973计划的支持下,国产微处理器被作为重点攻关项目。 2000年,张汝京在上海为中芯国际奠基。今天,中芯国际和华为海思已成为中国芯片制造和设计的两大巨头。长电科技公司则占了中国芯片封装的鳌头。 2001年,方舟科技的“方舟一号”流片成功,这是我国自主研发的第一款32位RISC指令集的微处理器。 2002年,中科院计算所的“龙芯一号”问世,它是采用了MIPS指令集的32位微处理器。 2002年,北大众志推出了基于自主设计的兼容X86的32位“众志863” 微处理器。 2001年,由美国海归的邓中翰在1999年创立的中星微电子有限公司宣布,国内首枚具有自主知识产权的多媒体芯片“星光一号”研发成功。此后,中星微的多媒体芯片被广泛应用于微机和智能手机的摄像头中,并为索尼、三星、惠普、飞利浦等企业供货。 2003年,中星微的多媒体芯片的全球市场份额达60%。 2005年3月,中星微的数字多媒体芯片荣获国家科技进步一等奖。 2005年11月,中星微在纳斯达克上市,是第一家在纳斯达克上市的具有自主知识产权的中国芯片设计企业。 就在国内半导体行业蒸蒸日上、欣欣向荣的时候,发生了令人痛心的汉芯事件。 2003年2月上海交大微电子学院院长陈进宣布国产高性能DSP“汉芯一号”研发成功,信息产业部、上海市政府及国内顶级专家纷纷表示“汉芯一号”及其相关设计和应用开发平台,已达到了国际先进水平,是中国芯片发展史上一个重要的里程碑。 三年后,水木清华 BBS上有人公开指责陈进的“汉芯一号”造假。随着调查的深入,人们发现,“汉芯一号”不过是雇人把摩托罗拉芯片上的标识抹掉后加上“汉芯”字样而成。陈进用汉芯骗取了无数的资金和荣誉,“汉芯一号”成了一起出名的科研造假事件。汉芯事件,对刚刚起步的国内芯片行业的科研和市场冲击巨大。此后的很长一段时间内,人们对国产芯片一直都不信任。 而邓中翰的中星微在移动端带来的行业变革面前也因转向太慢,而被台湾的联发科后来居上。中星微从此一蹶不振, 2015年12月,从纳斯达克退市。 2011年至今:中国芯片产业飞速发展的时代 但是,国内的缺芯现象则愈演愈烈。 2013年,我国芯片进口达2313亿美元,超过石油,为第一大进口商品。国家也更加意识到芯片产业的战略意义。同年,我国半导体芯片的奠基人王守武先生去世。 在 2011年国务院发布《进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》的三年后,2014年6月,国务院印发了《国家集成电路产业发展推进纲要》,将芯片业的发展上升为国家战略;9月,国家芯片产业投资基金设立,一期募资1387亿元,用于芯片产业链企业的股权投资。 各大基金也一改以往以项目为主的投资形式,通过控股来扶植产业链上的龙头企业。投资涵盖了芯片制造、设计和封测等方面。从此,国内芯片业进入了发展的快车道。 长电科技的logo 中芯国际的logo 华为海思的logo 2014年,长电科技以7.8亿美元收购了新加坡星科金朋,成为全球第三大封测公司。南车株洲的8英寸IGBT生产线正式投产,在昆明地铁完成运行调试。紫光集团在国开行和华芯资本1500亿资金的支持下,对国内外企业进行了大规模并购。2013年,17.8亿美元私有化展讯科技;2014年,以9亿美元率先在海外完成对锐迪科的私有化;2015年5月,耗资25亿美元从惠普手里收购了新华三51%的股权;2016年12月,长江存储在湖北武汉注册成立,并在南京和成都同步建设芯片国际城,大力开发与存储器相关的产业。 2017年世界半导体市场分布和中国芯片市场的产品分布 今天,中国的改革开放已经过了四十年,这是中国飞速发展的四十年,也是一场伟大的中国工业革命。回顾过往, 17、18世纪的英国以其几百万产业工人造就了第一次工业革命;上世纪初至1970年代的美国以其几千万产业工人造就了第二次和第三次工业革命;从1980年代起,中国开始了一场有几亿人参与的伟大的中国工业革命,他们创造了超出了所有常规的奇迹。无论在基础制造业还是在目前最先进的5G通讯行业里,在现代工业的每个角落里,中国和中国制造都是主角。 中国芯片产业链现状 全球的制造业从第一次工业革命以英国为主的西欧,最先转移到了位于北美的美国,美国为第二次和第三次工业革命做出了傲人的成就。今天,我们可以清晰地看到,即将到来的第四次工业革命的产业重心必将落在亚洲和中国。目前,中国几乎在所有的传统产业中都站到了世界前茅。就连第三次工业革命的主要产品个人电脑、手机、和各类智能产品的最后成品组装也都在中国。这不但是因为中国有廉价的劳动大军,也是因为中国有全球最有知识、最成熟、最勤劳、最有雄心的劳动大军。 今天,中国的芯片业已有了芯片设计的龙头企业华为海思,其 ARM和5G芯片已是行业中最先使用台积电7纳米制程的性能最佳芯片了;芯片制造的龙头企业中芯国际的制程已达10纳米,离台积电7纳米制程只有一代只差;芯片封装测试的长电科技在业内稳坐全球第三把交椅。中国的芯片业离世界最先进的地位仅一步之遥。 芯片行业可能是中国所需攻克的最后一个技术堡垒。在今后的日子里,中国终将在所有产业里占据最重要的地位。这是一个不可逆转的趋势,也是中国在工业革命 4.0中应有的地位,这将是我们这一代中国人即将亲眼见证的伟大的中国工业革命的必然结果。
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硅谷简史选登:作者序,硅谷简历
热度 1 LaoQian09 2019-5-19 10:28
作者序 今天的科学技术是人类进步的最显著象征。科学的传统渊源流长,但近代以来给予世界巨大影响的是实用技术的进步,以往的技术进步有赖于实际经验。源于 18世纪工业革命的技术进步则来自近代科学在实用领域里的成功应用。这些技术进步中最不可思议的是基于量子物理学的半导体集成电路技术。也就是我们今天常说的集成电路IC(Integrated Circuit)和信息技术IT(Information Technology)产业。今天,这两个高科技产业的象征是位于美国北加州旧金山湾区的硅谷。 今天的高科技对人们日常生活的影响无处不在。但作为普通大众的我们对高科技的源头大多一无所知。我们对于手机、电脑、互联网的产生、原理、和界限也同样知之甚少。好奇的人们会问,今天的高科技为什么会是这个样子?电脑、手机、及互联网来自何处?今天的太空技术、新能源、和清洁能源交通工具发展到了怎样的程度?量子通讯、量子计算、 3D打印会怎样改变人类的未来?人工智能究竟会把人类带到哪里?要了解这些问题的答案,就必须了解这一切的源头—硅谷。 本书以 人物和公司创办形式扼要地讲述了硅谷的诞生与成长过程。 硅谷是世界上第一个高科技园区。它的起源可以追溯到 19世纪末斯坦福大学的诞生。20世纪初的无线电技术是成就硅谷的第一步,斯坦福的特曼教授、斯坦福电机系的无线电实验室、和惠普公司的成立标志着硅谷的诞生。(见本书第一篇)。 二战后,硅谷发展的动力,来自于晶体三极管的发明和第一家三极管生产企业在旧金山湾区落户这件事。尽管,肖克利的事业很快就结束了,但正是肖克利把硅带进了硅谷,是肖克利用硅点燃了硅谷的高科技之火,使之燃着了硅谷,燃遍了世界。(见本书第一篇)。 1950年代末,以诺伊斯为首的来自肖克利公司的叛逆八人帮创立了半导体工业的摇篮—仙童半导体公司。仙童半导体缔造了半导体工业,它为半导体工业制定了生产流程、管理规范、和质量标准。这一时期的德州仪器公司和仙童半导体同时发明了近代以来最重要的应用技术—半导体集成电路技术(IC)。正是IC技术把我们带入了第三次和第四次工业革命。(见本书第二篇)。 叛逆八人帮和仙童半导体,很快就成了一个硅谷传奇、一个高科技传奇、一个美国传奇。这种叛逆和创新精神奠定了硅谷的产业文化,影响了几代硅谷人,直至今日。(见本书第二篇)。 1970年代,随着IC技术的普及,个人电脑(personal computer,PC)很快以英特尔、苹果、和微软公司的创立为标志,进入了平头百姓家中。这一时期,为高科技公司提供金融服务的风险投资业也形成了自己的行规(见本书第三篇)。 上世纪末,源于冷战的互联网技术是高科技的象征。硅谷成了世界瞩目的互联网公司发源地。以网景、雅虎、谷歌、和脸书为代表的互联网公司是工业革命 4.0的领头羊。互联网和软件产业主导了硅谷,硅谷成了无硅(silicon less)的硅谷(见本书第四篇)。 进入 21世纪后,以集成电路和软件为主导的智能产品开始了对传统服务和制造业的改造。该时期,硅谷的标志性人物是伊隆 ・ 马斯克,他创办的贝宝( PayPal)、特斯拉、SpaceX、太阳城公司是这些产业的标志。它们为硅谷产业链添加了在线金融服务、太空技术、新能源、和清洁能源交通工具,这样的新鲜血液。3D打印和量子计算在硅谷也是热门话题(见本书第五篇)。 人类终将进入人工智能时代。这将是以人工智能取代常规脑力劳动的时代,人类最终会到达一个令人无法想象的未来。我们无法预言那是个怎样的世界,人们会有怎样的生活,我们甚至不知道今天的技术会发展到哪种地步。但我们一定会以审慎乐观的态度来看待这一不可预知的未来(见本书结语篇)。 本书的出版,主要归功于华章出版社的策划编辑欧俊先生,和华夏文摘网站的网友杜欣欣女士和她先生老吴。美国 500 强德州仪器公司全球销售及技术支持高级副总裁谢兵和美国电话电报公司副总裁陆惠晨先生对本书提出了极为宝贵的意见。美洲中国工程师学会达拉斯分会前会长,现任全国总会财务长陈信芬博士也给予了大力支持。最后是我的家人,没有他们的理解和支持,就不会有这本书的出版。 钱纲,于 2018年春。 硅谷简历 “我们是新经济的基石,繁荣的摇篮、所有其他国家效仿的标杆,资本主义最纯粹的表现。” — 约翰·道尔 (John Doerr),硅谷风险投资掌门人 今天,世界高科技的中心是赫赫有名的硅谷 (Silicon Valley)。硅谷位于美国西海岸的北加州,旧金山(San Fransisco)以南圣何西(San Jose)以北,其间有十多个小城市。硅谷最大的城市是圣何西,它是硅谷中心。硅谷属温带海洋性气候,夏天不热,但很干燥;冬天不冷,但潮湿多雨,七十年前此地以蔬菜、水果闻名美国。北加州有着美丽的海岸线、茂密的森林和众多的国家公园。在成为世界高科技中心之前,此地遍布果园、罐头加工厂、和牧场。这里曾经牛羊成群,果树遍野。小山上到处是灌木林,漫山遍野的杏花和樱花,一派田园风光。这里曾是美国最大的杏子产地。高科技公司兴起后,田园风光消失了。从旧金山沿加州101号高速公路往南至圣何西,路两旁的田园农舍被无数高科技公司所代替。1971年1月11日,《微电子新闻》(Electronics News)周刊记者唐·C·霍夫勒(Don C Hoefler)首称此地为“硅谷”,很快硅谷之名传遍全球,沿用至今。硅谷吸引了全球的高科技人才,是美国人口最多元化、素质最高的地区。 把硅谷当作 2016年的一个国家来看,其经济实力排名世界第44位,是中国台湾GDP的一半,硅谷的GDP高于爱尔兰。冷战期间,它是苏联核武器攻击的首选城市。今天,硅谷是世界公认的高科技发源地,信息技术革命的产业核心,和信息技术发展的神经中枢。全球电子业、信息业的新产品几乎全由此发端,硅谷是全球高科技中心。硅谷到处是经济奇迹和一夜致富的人。硅谷的金钱、名人、成功与奢侈文化远胜好莱坞和纽约的华尔街。硅谷风险投资掌门人——约翰·道尔这样描述硅谷:“我们是新经济的基石,繁荣的摇篮、所有其他国家效仿的标杆,资本主义最纯粹的表现。”硅谷不仅是高科技中心,也是时代的灵魂。 提起硅谷,一位美国科学家曾这样说过:“硅谷之于美国,正如美国之于世界。” 没有斯坦福大学就不会有硅谷。 1891年创建的斯坦福大学是硅谷的心脏和大脑。斯坦福大学(University of Stanford)的一位校长如是说:“斯坦福大学之于硅谷,正如硅谷之于美国。”这所由美国西部铁路大王及政治家利兰·斯坦福(Leland Stanford)创建的大学和其他私立大学不同,它的校训是:“让自由之风吹拂”。创校初期,学校有25个院系,让学生选择,除了英语必修外,其它课程皆为选修。学校坚持实用教育,鼓励教师和学生创业。斯坦福在开学典礼上说:“生活归根到底是实际的,你们到此是为自己谋求一个有用的职业。这包含着创新、进取的愿望,良好的设计和最终使之实现的努力。”斯坦福的这一实用教育思想,孕育了硅谷神话。 斯坦福大学的弗里德雷克·特曼 (Frederich Terman)教授被誉为硅谷之父。经历过1929年经济危机的特曼教授要把斯坦福建成一所以创新为主的大学,并把大学实验室内的新科技转让给公司,使大学成为当地新科技、新经济的源头。 特曼教授一手扶植起来的惠普公司是硅谷的创业之源,它开创了早期硅谷由自家车库起家的传统。二战后,特曼教授为斯坦福带来了大量的国防科研基金,以此为基础把斯坦福打造成了硅谷的创新之源、智慧之源。 1940-1950年代,晶体管的发明为计算机革命奠定了基础。是特曼把晶体管发明人——威廉·肖克利(William Shockley)吸引到了北加州,成立了第一家生产晶体管的创业公司。从此,硅这一地球上最丰富的四价化学元素在北加州落户了。 1960年代,从肖克利公司出走的八位晶体管专家“叛逆八人帮”成立了北加州最具传奇性的公司——仙童半导体公司(Fairchild Semiconductor Inc)。此后,北加州不再以农业知名美国了,它走上了成为世界高科技中心的道路。仙童公司的成立为半导体公司定下了行业标准、市场规范及高科技公司的创业模式。从仙童公司出走的创业者“仙童们”还为北加州奠定了风险投资的行规。1960年代后期,北加州的高科技公司雨后春笋般地出现。到了1970年代,一个响亮的名字“硅谷”横空出世,硅谷成为世界高科技的中心。 1970年代,以罗伯特·诺伊斯(Robert Noyce)为代表的英特尔公司,以乔布斯(Steve Jobs)为代表的苹果公司,以约翰·道尔为代表的风险投资公司KPCB,以拉里·艾利森(Larry Ellison)为代表的甲骨文公司(Oracle Inc)纷纷成立。这些引领计算机和互联网革命的核心企业开始在硅谷立足。 1980年代硅谷和美国半导体行业在世界范围内遭到前所未有的挑战,几乎到了崩溃的边缘,挑战来自日本。1985年,日本钢铁业超过了美国,日本第一劝业银行成了世界第一。日本的电视机将美国产品逐出了市场。美日贸易赤字达407亿美元。1980年代,68%美国人认为日本是美国的最大威胁。为此,硅谷和美国各地的半导体公司联合成立了半导体行业协会(SIA),致力于行业合作和创新及相应的管理。 1984年到1986年,美国半导体行业的收入损失了20亿美元并失去了2.7万个工作,硅谷中13%的与电子相关的工作消失了。不仅是美国半导体行业处于困境,其他行业日子也不好过。1987年中期,在SIA的努力下,一些美国半导体公司开始赢利了。1990年代初,随着个人电脑的迅速增长,美国公司将更多注意力集中在设计密集型产品上。同时,韩国等国家开始进入半导体存储器业务,加剧了市场竞争。日本存储器生产商的强劲势头迫使美国公司离开利润和制造能力薄弱的存储器市场,转向利润更加丰厚,需求不断增加的设计密集型产品市场。 1990年代,思科(Cisco)、网景(Netscape)、雅虎(Yahoo)、亚马逊(Amazon)等一批最初的互联网公司出现了。硅谷把世界带进了互联网时代。 进入了 21世纪后,硅谷更是世界瞩目的高科技发源地。以谷歌(Goole)为代表的互联网公司把硅谷带进了新时代。 谷歌的诞生是因为互联网形成的全新商业模式。而谷歌并没有把自己定位在单纯的互联网公司上面。但它的搜索引擎成了全球最赚钱的业务之后,谷歌开始进入了互联网和计算机的底层业务了。其中最吸引人眼球的是谷歌的人工智能( AI)项目。 从 1956年起,AI经历了60多年。因为硬件的能力不足,AI在其诞生后的前40年内,一直处于沉寂状态。进入新世纪后,AI有了长足的进步。先是在2014年,有电脑通过了图灵测试。2016年1月,谷歌开发的AI软件阿尔法狗(AlphaGo),战胜了围棋欧洲冠军樊麾。2016年3月,阿尔法狗以4:1的战绩战胜了围棋世界冠军李世石。从此,人类在所有棋类竞赛中全部败给了电脑,AI进入了一个全新时代。人类已经能够通过控制物质中的电子和空穴的状态,来制造出超越人类自身智能的机械了。尽管在伦理上这是一个人类从未遇到过的难题,但是从技术层面上来看,的确是一个惊人的突破。 继谷歌之后,脸书 (Facebook)、推特(Twitter)、特斯拉(Tesla)等一大批代表工业革命4.0的公司涌现了出来。这些公司在硅谷制造了成千上万个一夜致富的神话。这些财富新贵们不但为自己带来了令人难以想象的金钱,也为硅谷和这个世界创造了巨大的财富,同时给我们的生活方式带来了天翻地覆的变化,也把北加州这一有名的蔬菜和水果产地,打造成了世界高科技的中心。 今天的高科技是科学、工程、金融、和工业组织联合创造的新技术,硅谷的公司和产业是其代表。硅谷的成功归功于硅谷的创业文化。在硅谷,创业冒险是一种风气。在硅谷,新想法、新产品、新工艺、新市场,从无到有,弃旧从新。硅谷人不满足四平八稳,勇于探索冒险。这使硅谷有了自己的创业文化和创业精神。硅谷还有一个重要理念——接受失败。硅谷创业的失败率很高 (60%-70%),能存活10年以上的公司只有10%。失败是硅谷经济运行的一部分,它淘汰了创业公司产品开发初期的不切实际想法,也锤炼了那些从失败中站起来的创业者。 硅谷成功的第二个原因是斯坦福大学和它的办学方针,斯坦福是硅谷的智慧之源。 硅谷成功的第三个原因是高新科技,硅谷正当其时,二十世纪初产生于欧洲的近代物理学,在 1950年代开始有了大量的应用,其中的晶体管和集成电路是计算机技术的基础,计算机革命就是集成电路大规模应用的产物。 硅谷成功的第四个原因归功于它完善的金融资本服务,硅谷有着丰富发达的风险资本和完善的金融服务体系。它们是创业公司的扶持者,它们不仅在高科技企业创业时提供资金,还为创业公司提供信息咨询、管理咨询、战略决策等多方面的服务。 最后,在硅谷的成功中,政府也起到了重要作用。在硅谷,政府为企业的发展建立了极为宽松的创业环境,政府为大学提供大量研究基金。政府允许企业进行权益融资,但对以股票市场进行融资则规定严格。在土地使用、税收等领域,政府给予高科技公司很多优惠政策,鼓励吸引企业家来硅谷创业。这一切成就了硅谷,成就了第三次产业革命,成就了今天的互联网时代。
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我的新书《硅谷简史》上市了
LaoQian09 2019-5-14 09:26
这是我第一本科技史方面的书籍。少年时期的我爱好数理化学,因受家庭影响对文史哲也有涉猎。一九八零年代,进入大学物理系学习,获理论物理学士及硕士学位。一九九零年代,赴美留学,获电子工程博士学位。现任职于美国德州仪器公司,从事半导体工艺及体器件的研发工作。一九九零年代末,开始涉猎互联网论坛。二零零三年涉猎博客写作。以历史、科技、杂文、随笔、诗歌为主。主要作品有美国历史及人物纪事《美国往事》,硅谷历史《硅谷简史》,以及一些杂文、随笔、和诗歌。 《硅谷简史》讲述了硅谷历史和第三次工业革命的历史路径。全书以惠普、肖克利实验室、仙童半导体、英特尔、苹果、谷歌、脸书、特斯拉等硅谷企业和它们的创办人为中心,讲述了硅谷和第三次工业革命的诞生与成长过程。本书侧重于高科技的产业化、风险资本的参与和斯坦福大学的作用,在读者眼前展现了一条从晶体三极管、集成电路、芯片、个人计算机等硬件技术发轫,最终抵达互联网、 3D 打印、量子计算和人工智能的必然之路。 书名: 《硅谷简史》 作者:钱纲 出版社: 机械工业出版社 电子书: 百度阅读 , 知乎书店 , 豆瓣阅读 , 亚马逊 , 掌阅 , 京东 提起硅谷,很多人心中会充满好奇和景仰。作者以工程技术人员特有的文笔,简洁、清晰、生动地描绘了一个个看似平凡,实则是才华、激情、梦想及资本碰撞后,世界为之改变的故事。 - 美国 500 强 德州仪器公司(TI) 全球销售及技术支持高级副总裁 谢兵 这是一部雅俗共赏的硅谷简史,也是现代世界最新科技的缩影。此书布局宏大,内容详实,横跨软件和硬件领域。作者不仅具备科技创新的深度专业知识、深厚的历史功底,还能让科学家和创新大师们在历史中活生生地展现出来,本书实为不可多得的杰作! - 美国电话电报公司( ATT )副总裁陆惠晨 图书目录 前言 硅谷简介 /1 第一篇 奠基硅谷 第 1 章 硅谷的智慧之源:斯坦福大学 /8 第 2 章 硅谷创业之源:二战后的斯坦福大学 /14 第 3 章 硅谷之父:弗雷德里克·特曼教授 /20 第 4 章 现代电子工业之源头:特曼与“冷战”共同造就的早期硅谷 /26 第 5 章 硅谷的创业传统:惠普公司 /32 第 6 章 早期硅谷企业的管理传统:惠普之道 /45 第 7 章 晶体三极管之父:威廉·肖克利 /50 第 8 章 硅的到来:第一家硅谷晶体三极管创业公司 /59 第二篇 创业摇篮 第 9 章 硅谷传奇:“叛逆八人帮”和仙童半导体公司的诞生 /70 第 10 章 半导体工业的摇篮:仙童半导体公司 /76 第 11 章 半导体工业之父:罗伯特·诺伊斯 /84 第 12 章 第三次工业革命的种子:英特尔公司的诞生和成熟 /93 第 13 章 硅谷企业的幕后推手:风险投资家阿瑟·洛克 /110 第 14 章 来自得州仪器公司的推动:杰克·基尔比的贡献 /118 第三篇 信息技术的诞生与成长 第 15 章 晶体三极管之前的计算机 /130 第 16 章 英特尔公司创始人摩尔、摩尔定律和创造未来的半导体工业 /140 第 17 章 专制的经理人格鲁夫和英特尔公司的成长 /152 第 18 章 微处理器之父:霍夫 /164 第 19 章 改变世界的微处理器 /173 第 20 章 风险投资家克莱纳、凯鹏华盈公司、硅谷创业和风险投资的成熟 /181 第 21 章 个人计算机之父恩格尔巴特和个人计算机的黎明 /195 第 22 章 来自贝尔实验室的推动:操作系统 UNIX 和编程语言 C 的诞生与成长 /209 第 23 章 个人计算机的人性化:个人计算机操作系统的诞生 /224 第 24 章 苹果传奇:史蒂夫·乔布斯、苹果公司及个人计算机的诞生 /238 第 25 章 乔布斯的影响:个人数字辅助设备( PDA )、云服务及苹果产品理念 /256 第 26 章 苹果核:史蒂夫·沃兹尼亚克的贡献 /271 第 27 章 硅谷海盗:比尔·盖茨和微软公司 /286 第四篇 互联网从这里爆发 第 28 章 “冷战”的副产品:互联网 /300 第 29 章 野蛮生长的互联网 /313 第 30 章 数据库软件公司甲骨文和它的创始人拉里·埃里森 /321 第 31 章 互联网时代的甲骨文公司 /336 第 32 章 互联网的助产士:世纪之交的风险投资和风险投资家杜尔 /346 第 33 章 互联网硬件之王:思科系统公司 /362 第 34 章 最初的互联网触角:网景和雅虎公司 /371 第 35 章 电商始祖:亚马逊和 eBay 公司 /380 第 36 章 无所不在的互联网:谷歌、脸书、推特 /384 第五篇 未来将如何改变 第 37 章 创造未来的硅谷人:埃隆·马斯克 /396 第 38 章 迈向未来的硅谷公司:太空探索科技公司、特斯拉和太阳城 /406 第 39 章 未来计算机:量子计算机 /420 第 40 章 个性化的制造业: 3D 打印技术 /426 第六篇 智能时代 第 41 章 人工智能简史 /430 第 42 章 人工智能的未来:一条通向超级智慧的道路 /437 第七篇 无法想象的未来 第 43 章 科技是否存在着界限和尽头 /450 参考文献 /453
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究人员测量了低成本半导体近乎完美的性能
zhpd55 2019-3-17 09:29
研究人员测量了低成本半导体近乎完美的性能 诸平 据 斯坦福大学 (Stanford University) 2019年3月15日提供的信息,该大学的研究人员开发出一种测量技术,测量了低成本半导体近乎完美的性能。 在太阳能电池板、相机传感器和医学成像工具中发现的先进电子产品中,被称为量子点的微小、易于生产的粒子,很可能很快就会取代更昂贵的单晶半导体。尽管量子点已经开始以量子点电视的形式进入消费市场,但长期以来,量子点电视的质量一直存在不确定性,阻碍了其发展。现在,斯坦福大学的研究人员开发的一种新的测量技术可能最终会消除这些疑虑。 斯坦福大学化学研究生戴维·哈尼菲(David Hanifi)说:“传统半导体是单晶,在真空中特殊条件下生长。我们可以在实验室里的烧瓶中大量制造量子点,我们已经证明它们和最好的单晶一样好。” 研究人员专注于量子点如何有效地重新发射它们所吸收的光,这是衡量半导体质量的一个指标。虽然之前对量子点效率的研究暗示了量子点的高性能,但这是第一个自信地证明量子点可以与单晶竞争的测量方法。这项研究是美国斯坦福大学 (Stanford University) 、劳伦斯·伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)、加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley), 日本有关公司(High Performance Materials Company, JXTG Nippon Oil Energy Corporation)、比利时哈瑟尔特大学(Hasselt University)、荷兰埃因霍温理工大学(Eindhoven University of Technology)以及美国的卡佛利能源纳米科学研究所(Kavli Energy NanoScience Institute)合作完成的,相关研究结果,2019年3月15日已经在《科学》(Science)杂志网站发表——David A. Hanifi, Noah D. Bronstein, Brent A. Koscher, Zach Nett, Joseph K. Swabeck, Kaori Takano, Adam M. Schwartzberg, Lorenzo Maserati, Koen Vandewal, Yoeri van de Burgt, Alberto Salleo, A. Paul Alivisatos. Redefining near-unity luminescence in quantum dots with photothermal threshold quantum yield. Science , 15 Mar 2019: Vol. 363, Issue 6432, pp. 1199-1202. DOI: 10.1126/science.aat3803 加州大学伯克利分校的纳米科学和纳米技术的三星特聘教授,量子点的先驱研究者 Paul Alivisatos,也是论文的通讯作者,他强调了此测量技术如何能够引领新技术和新材料的发展,而这些新技术和新材料要求我们在很大程度上了解半导体的效率。 “这些材料的效率如此之高,以至于现有的测量无法量化它们到底有多好。这是一个巨大的飞跃。“也许有一天,它可以应用于需要发光效率远高于99%的材料的应用,而这些材料中的大多数还没有被发明出来。”更多信息敬请注意浏览原文或者相关报道 Between 99 and 100 Being able to forego the need for pricey fabrication equipment isn't the only advantage of quantum dots. Even prior to this work, there were signs that quantum dots could approach or surpass the performance of some of the best crystals. They are also highly customizable. Changing their size changes the wavelength of light they emit, a useful feature for color-based applications such as tagging biological samples, TVs or computer monitors. Despite these positive qualities, the small size of quantum dots means that it may take billions of them to do the work of one large, perfect single crystal. Making so many of these quantum dots means more chances for something to grow incorrectly, more chances for a defect that can hamper performance. Techniques that measure the quality of other semiconductors previously suggested quantum dots emit over 99 percent of the light they absorb but that was not enough to answer questions about their potential for defects. To do this, the researchers needed a measurement technique better suited to precisely evaluating these particles. We want to measure emission efficiencies in the realm of 99.9 to 99.999 percent because, if semiconductors are able to reemit as light every photon they absorb, you can do really fun science and make devices that haven't existed before, said Hanifi. The researchers' technique involved checking for excess heat produced by energized quantum dots, rather than only assessing light emission because excess heat is a signature of inefficient emission. This technique, commonly used for other materials, had never been applied to measure quantum dots in this way and it was 100 times more precise than what others have used in the past. They found that groups of quantum dots reliably emitted about 99.6 percent of the light they absorbed (with a potential error of 0.2 percent in either direction), which is comparable to the best single-crystal emissions. It was surprising that a film with many potential defects is as good as the most perfect semiconductor you can make, said Salleo, who is co-author of the paper. Contrary to concerns, the results suggest that the quantum dots are strikingly defect-tolerant. The measurement technique is also the first to firmly resolve how different quantum dot structures compare to each other—quantum dots with precisely eight atomic layers of a special coating material emitted light the fastest, an indicator of superior quality. The shape of those dots should guide the design for new light-emitting materials, said Alivisatos. Entirely new technologies This research is part of a collection of projects within a Department of Energy-funded Energy Frontier Research Center, called Photonics at Thermodynamic Limits. Led by Jennifer Dionne, associate professor of materials science and engineering at Stanford, the center's goal is to create optical materials—materials that affect the flow of light—with the highest possible efficiencies. A next step in this project is developing even more precise measurements. If the researchers can determine that these materials reach efficiencies at or above 99.999 percent, that opens up the possibility for technologies we've never seen before. These could include new glowing dyes to enhance our ability to look at biology at the atomic scale, luminescent cooling and luminescent solar concentrators, which allow a relatively small set of solar cells to take in energy from a large area of solar radiation. All this being said, the measurements they've already established are a milestone of their own, likely to encourage a more immediate boost in quantum dot research and applications. People working on these quantum dot materials have thought for more than a decade that dots could be as efficient as single crystal materials , said Hanifi, and now we finally have proof. Superefficient light emission A challenge to improving synthesis methods for superefficient light-emitting semiconductor nanoparticles is that current analytical methods cannot measure efficiencies above 99%. Hanifi et al. used photothermal deflection spectroscopy to measure very small nonradiative decay components in quantum dot photoluminescence. The method allowed them to tune the synthesis of CdSe/CdS quantum dots so that the external luminescent efficiencies exceeded 99.5%. This is important for applications that require an absolute minimum amount of photon energy to be lost as heat, such as photovoltaic luminescent concentrators. Science , this issue p. 1199 Abstract A variety of optical applications rely on the absorption and reemission of light. The quantum yield of this process often plays an essential role. When the quantum yield deviates from unity by significantly less than 1%, applications such as luminescent concentrators and optical refrigerators become possible. To evaluate such high performance, we develop a measurement technique for luminescence efficiency with sufficient accuracy below one part per thousand. Photothermal threshold quantum yield is based on the quantization of light to minimize overall measurement uncertainty. This technique is used to guide a procedure capable of making ensembles of near-unity emitting cadmium selenide/cadmium sulfide (CdSe/CdS) core-shell quantum dots. We obtain a photothermal threshold quantum yield luminescence efficiency of 99.6 ± 0.2%, indicating nearly complete suppression of nonradiative decay channels.
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细胞膜的开关——半导体
jiazhang55 2017-4-14 23:38
我们都知道,离子是无法进入细胞内的,但离子是重要的细胞膜开关,它为细胞膜提供了电压。 当一个运输蛋白质需要将一个物质运出细胞,首先细胞膜内外是电平衡的,而运输蛋白中的氮与细胞膜的磷形成了一开关,当外部的离子与运输蛋白结合较多时,膜内外形成了电势,此时运输蛋白的运输的离子, 可以顺电势而运动进而排除或吸收。 而在细胞内部,通过类似开关(不止于氮磷结构)的形成, 细胞可以很好的控制细胞内的物质运输的位置。 我们继续,那么我们就可以通过离子分布情况判断哪些RNA和蛋白质都在什么地方,我们如何让我们需要祛除坏蛋白的物质运动到指定位置,甚至我们如何让其进入细胞和细胞核的方式都可以知道。以便于对症下药。 我们可以将每个细胞看成一个逻辑器件,这个器件并不是由01逻辑,而是由多进制逻辑的,但它依然需要开关,就像量子计算机,是开关就要耗能,而这部分能量就是我们细胞消耗的能量。
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在中科院做主任的“摇滚博导”,跨界玩音乐竟成窦唯的吉他手
热度 10 beckzl 2017-4-6 21:03
现在的娱乐圈为了吸金搞噱头,似乎不玩一把跨界都算不上个明星。 几年前的一曲《爱的供养》,唤醒了多少植物人,可谓娱乐圈跨界医疗领域的典范。 同样经典的还有小米掌门人雷军,一首意气风发的《Are You OK?》唱响大江南北。 如今的娱乐圈还刮起了一阵跨界做段子手、跨界做表情包的风潮,也不乏成功的例子。 雷总单曲纪念版鼠标垫 但是论跨界,这些明星全都不如他跨得震惊,跨得逍遥。 他曾是北大物理系的高材生,毕业后从事半导体材料物理研究。 在国际知名刊物上发表了一百多篇SCI论文,国家授权发明专利都有十余项。 除此之外,他还是 中科院半导体所的重点实验室主任 , 博士生导师 , 973项目首席科学家 。 作为一名科研工作者,他绝对是公认的人生赢家。 明明可以靠科研工作的铁饭碗过一辈子,却偏偏要玩音乐。 2011年,他用沧桑的嗓音演唱了李白的《将进酒》,视频播放超千万。 被网友誉为 “摇滚博导” ,甚至登上了来年的网络春晚。 这下不仅引来了吃瓜群众,还吸引来了很多乐坛的高人。 一不留神,“摇滚博导”竟成了窦唯新专辑中的吉他手! 最右为窦唯 面对各种赞许的称呼,他却一直称自己是一个 “爱好音乐的科研工作者” 。 … 他生于湖南,父母赐名陈涌海,期望他的才华能如大海般翻涌。 陈涌海也的确没有辜负父母的殷切期望,20岁从湖南老家考入京城,于北大求学。 80年代是中国校园歌曲萌芽的时期,同时摇滚乐也正冲击中华大地。 陈涌海虽然没有什么音乐功底,但是父亲在电影院的工作让他接触到了很多影视歌曲。 初到北大校园的陈涌海受到这股风气的影响,把持不住自己。 把两个月吃馒头省下来的伙食费拿去买了一把60块钱的翠鸟牌吉他。 他和大多数喜爱音乐的学生一样,没有基础也没有钱去上培训班,全靠自己的一腔热情。 一本 《民谣吉他,21天从入门到入土》 大概就是陈涌海所有音乐基础知识的来源。 在宿舍练琴的陈涌海 刚开始,陈涌海只要一有空就会找上三五好友,一起到未名湖边弹琴、吟诗。 不像现在,一首民谣和一部爱情动作片没什么两样,那时他们的主旋律更多的是国家和社会。 不过没多久,陈涌海的吉他还真的就入土了。 因为北大物理系的课程安排可不像什么二流三流院校那样宽松,繁重的课业让他不得不放下音乐的爱好。 未名湖边,弹吉他的陈涌海 接下来的两年,陈涌海像一个正经的学霸那样,看最厚的书,考最高的分。 他也渐渐明白了,自己是一个读书的料,未来会走科研的道路。 大四的时候,在同学都面临着工作和毕业的双重压力时,陈涌海倒并没有这方面的担心。 他反而因为课业的宽松,还有那股子离别的伤感,重新拿起了吉他。 舞台上演唱的陈涌海(右) 别看陈涌海是一个学霸,当年玩起音乐来也是叱咤风云的知名校园歌手。 还曾经与现在知名的乐手 卢庚戌 (水木年华成员)同台演出。 当年北大的演唱会海报 渐渐的,陈涌海开始尝试着写歌,第一首歌是什么他都已经不记得了。 只依稀想起大概是模仿崔健风格的一首摇滚歌曲,显得和当时流行的校园歌曲格格不入。 崔健 “我是典型的无话可说者,我只盛开米粒大的花儿,只有片刻的芬芳。” “风雨来时,我会落下我所有的花瓣,免得说它们是塑料的。” 这段独白出自陈涌海的《废墟》,是他在圆明园遗址的废墟上边喝酒边写下的。 “无话可说者”的确是他真实的写照,平日里的他常常理性得严肃。 这种严肃甚至被他带上了舞台。 陈涌海生在南方长在南方,唱起歌来难免带着一口湖南味的塑料普通话,尤其是独白部分。 有一次他上台表演,有观众抱怨,说听不懂他在唱什么。 结果陈涌海怒了,怒斥观众“听不懂的出去”,这简直就是他后来做老师时的模样。 陈涌海 陈涌海北大毕业后考入了北京科技大学读研究生,音乐的爱好又再次搁在一旁。 他专注自己的学术研究,主攻半导体材料的相关研究。 每天8点上班,晚上6点回家吃完饭,又回到实验室工作到12点。 枯燥没有活力的生活也的确让陈涌海获得了不小的成就。 在办公室的陈涌海,头发短了人发福了 他在中科院的半导体所获得博士学位,成为了博士生导师,出任重点实验室主任。 SCI论文发了上百篇,主持了多个国家重点课题和和项目,973项目中还成为了首席科学家。 在最受世人敬仰的科学领域做出这一番的成绩,用现在的话说,陈涌海绝对是人生赢家。 但随着年纪的增长,衣服穿得越来越正式,发型也越来越短,他还是想念学生时与音乐为伍的时光。 主持会议的陈涌海 某次陈涌海出差去日本,他在新宿站看见两个街头艺人在深情地弹唱。 他看在眼里,内心满是回忆,驻足欣赏了许久。 音乐终归是陈涌海不能忘怀的爱好,那一次之后,他便再次抱起吉他。 “做不了刀子,也要做刀把子。哪怕做生锈的、钝刀的刀把子,也要跟刀子在一起。” 陈涌海重新留起长发 已步入大叔之年,陈涌海早已没有当年的情愫和精力去作词作曲。 不过这也不代表他停下了创作的脚步,他闲来无事经常给古诗词谱曲重新演绎文人的豪迈。 陈涌海在庐山上吹箫 让他一夜成名的那曲《将进酒》便是这样诞生的。 陈涌海与钱绍武先生谈古论今,一时兴起便坐在桌边唱起了这首歌。 当时当景恰好被友人录制下来,传上网络,轻易就获得了千万级的播放量。 陈涌海与钱绍武 陈涌海很是欣喜,倒不是为自己成名,更多的是因为自己的歌曲得到了多数网友的认可。 《将进酒》大火后,各路神仙闻着味就都找上门来了。 有歌唱综艺节目找到陈涌海,说: “你有一个梦想,我可以帮你实现它。” 陈涌海听到后呵呵道:“瞎扯淡,我的梦想不用你们实现。” 他明白,这无非是出于节目的噱头,对于这种节目他从来都是不屑参与的。 当然这些找上门来的神仙也有他十分欣赏的,比方说摇滚界的老仙窦唯。 窦唯与他一样,专注、沉着,两位摇滚中年大叔情投意合,不仅即兴演奏,更爱促膝长谈。 陈涌海与窦唯谈笑风生 四年前,窦唯在云南大理录下《山水清音图》,邀请陈涌海担任其中一曲的吉他手。 录音完成后窦唯还多次在言语中透露出对这张专辑的喜爱与满意。 网络上,陈涌海在人们眼里是跨界神人;现实中,他还是个“无话可说”的科研工作者。 他把自己对音乐的坚持归结于那个浪漫的时代,理想主义情怀在他心中烙下了深深的印记。 其实陈涌海算不上是什么伟大人物,当年校园里成绩好又多才多艺的同窗也不在少数。 他有一个同学诗词歌赋样样精通,号称“万能文艺青年”,结果最后放弃了学业去了山村支教。 陈涌海今天的所作所为只因为他还记得,他还愿意坚持。 不放弃事业的同时追求仅有的三两爱好,仅此而已。 “十年一觉民谣梦,当年乐手多不再,惟陈兄涌海,虽步入怪叔叔之年,琴上行走如故。” ——好友胡续冬。
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关于降低硫化氢超导条件的一些想法
jiazhang55 2017-3-28 19:11
我们没有条件做实验,但我看过一些超导方面的论文。也对 超导的理论有一些了解。库珀对,其实就是电子的最低能太的一种现象,这也是量子计算机里面的一些应用。 我将库珀对称为高纠缠度现象,当然在量子距离波函数的图样中,也有体现。 其实,制造这种现象的方法,除了温度,也许就只有压强了。量子纠缠度的宏观表现也只有这两种吧。 既然我们知道超导与最低能太有关,我们从原子尺度分析,最低能太一个最大的影响者就是原子核了,哪里 聚集了太多的能量,以至于电子主要受其影响。而原子核的能量越小,电子受其影响越少,那么电子就越容易表现最低能太。所以会有加压的缘故,使得电子更加自由,所以更容易超导。原子核能量最小的就是H了,所以H越多越好。但有人会问周期表后面的元素不是有更多更好的自由电子么?其实电子的自由度与库珀对的纠缠度,并不是线性的,而是类似于半导体的导电曲线。因为越往后,原子核的能量变得很大,反而提高了超导条件。而且天然的两电子链接方式的元素也不多,无法形成更好库珀对(最低能太)。 说了这么多硫化氢的优点了,该说说缺点了,第一,H离子太少,这一点提高加压的数值,就是库珀对太少。第二,S离子的量太少,进一步提高了加压的数值,第三,硫离子的氧化能力太弱。这一点导致了超导温度的升高。 当然,第三点当中,似乎可以将S换为CL,这完全不可取。因为原子核增加的干扰力,远远大于我们增加氧化力所提供的好处。 那么,根据以上三点,我提出的解决办法是,混入大量氢气与与微量量氯化氢,在较高压下,可以提高这超导温度。
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记录一下2017年最初的科研成果
热度 1 ft0609 2017-1-18 13:52
经过两年半的学习,我已经从什么多不懂的学生, 到达到概括性的明白了半导体激光器的原理以及一部分细节。 我的博士是跨专业,从材料科学跨到了电子电器工程。所以刚开始感觉吃力。其实,材料科学真的很水,没有很深的物理、数学基础,很大一部分都是经验。我个人觉得,学习材料,如果不做深入研究(不读PhD),本科毕业就够了,然后找一个销售的工作,或者从头学其一些别的知识(这是个讽刺,别当真)。可是当你开始都博士以后,就会发现,物理和数学是决定你对事物理解的一道坎,需要费很大力气去跨越。当然,接下来的勤奋的阅读更新文章决定了你的开创性思维。 2017年的一个月,经过了半年的实验,终于得到了我想要得到的初步结果。 闲了再写吧。
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一种改进模拟红外非线性光学晶体色散曲线的方法
XRC0808087 2017-1-6 22:59
注: 摘自我的毕业论文《黄铜矿结构非线性晶体光学性质的理论研究》(中国科学院大学, 2015)第五章 ,图表和公式顺序对应毕业论文顺序。具体细节也可以参考 J. Appl. Phys. 117, 135702 (2015) 。 如果任何疑问或建议,欢迎交流指教(xiaoruichun@foxmail.com)。设计思路示意图如下: A modified method to simulate the dispersion properties of infrared nonlinear optical crystals 设计思路图 ==============以下是文章摘抄=========== 折 射率的色散性质是非线性晶体一个非常重要的光学性质。 目前基于密度泛函理论的第一性原理计算,已成为研究非线性晶体主要 的理论方法。但是,对于非线性晶体光学性质的理论研究方面,却存 在一些不足。 具体表现在,声子对色散性质有着十分重要的影响,但在以往色散性质的研究中只考虑电子跃迁的影响,而忽略了声子的影响,这种方法给出了相对可靠的双折射率结果,但是在红外截止边附近,计算结果和实验的差异较大。当前,折射率的色散性质普遍用第一性原理光学性质计算的方法来研究。如下图5.1所示,用此方法得到的AgGaS 2 和ZnGeP 2 的色散曲线和双折射率曲线。可以看到,这种方法能够给出相对可靠的双折射率结果,而且在能带附近计算的色散曲线的趋势也能和实验值较好吻合。但是,到了红外截止边附近,计算结果和实验值有较大的差异:所有的计算曲线几乎变平直,然而实验的色散曲线都往下弯曲。 图5.1 用光学性质计算方法得到的(a)(b)AgGaS 2 和(c)(d)ZnGeP 2 的色散曲线和双折射率曲线,实验值来自于文献 和 。 从2.1节固体中的光吸收过程,我们知道在透明范围内,半导体的光学性质起源于两个基本的物理过程:电子跃迁和声子效应(对于理想晶体,自由载流子吸收和杂质与缺陷吸收可以忽略)。这些效应可以用振子模型(oscillator model(OM))准确地描述。振子模型是属于经典力学和电磁学的范畴的简单模型,描述折射率色散特性广泛使用的Sellmeier方程就可以用这种模型描述。根据这种模型,是声子效应使色散曲线在靠近红外截止边附近往下弯曲。但是,光学性质计算只把电子跃迁因素考虑进去,而忽略了声子效应的影响,这导致了以上和实验不符的计算结果。 振子模型不仅能给出计算结果和实验不符的原因,同时也提供了如何改进的方法。有非耦合振子公式(2-13)可以看出,每一种效应在介电函数表达式中为一个振子项。因此只要在计算的色散方程中加入一个声子振子项,就可以弥补计算的不足。W. R. Lambrecht和Jiang X.S. 在CdSiP 2 和CdSiAs 2 的色散性质研究中,应用了以上的方法,其中他们声子项的系数使用的是实验值和经验值,得到了和实验吻合很好的CdSiP 2 色散曲线。图5.2为本工作使用他们的方法和提供的参数模拟的AgGaS 2 和ZnGeP 2 的色散曲线。 图5.2 用Lambrecht等人的方法改进AgGaS 2 和ZnGeP 2 的计算的色散曲线 5.1 模型与方法 晶体的光学性质由电磁场中各种类型的振子共同作用决定(2.2节),介电函数可以表达为各种振子之和(公式(2-13))的形式: 在晶体的透明范围内,电磁场的频率ω远离振子的本征频率ω j 时,阻尼项对介电函数的影响可以忽略(这里与4.3节需要考虑阻尼不同),因此介电函数的虚部近似为0。由折射率公式(2-28),可以知道 在透明范围内是一个很好的近似,因此 这就是广泛使用的 Sellmeier 方程。把折射率换成波长 λ 的函数( ),Sellmeier 方程的表达式为 这里 基于振子模型,Sellmeier 方程能够很好的描述色散性质,其他的色散方程可以由它推导和简化 (Sellmeier 方程一般形式与其它色散方程的关系见 5.5 节讨论)。我们知道,红外非线性晶体的透明波段由能隙和双声子吸收决定,一般情况下,包含两项振子的 Sellmeier 方程 就足以描述大部分红外非线性晶体的色散性质 。其中,第一项A表示高于电子能隙的电子跃迁对折射率的贡献,第二、三项对分别表示能带附近的电子跃迁和声子效应对色散性质的贡献。由振子模型的可以知道: 1 .由于在透光范围内 ,因此声子效应使折射率减小,而且随着波长的增加,声子的影响越来越明显。 2.如果上述表达式中只有电子跃迁项没有声子项,在远离电子跃迁的本征频率时,介电函数几乎变成了一个常数。因此光学性质计算由于没有考虑到声子的影响,计算的色散曲线在长波波段平的。 3.一般情况下声子的本征频率远远小于电子跃迁的本征频率,因此在能带附近,声子对折射率的影响非常小。因此在没有考虑声子影响的情况下,计算的近红外波段的色散曲线依然能和实验较好吻合。 光学性质计算的介电函数的虚部通常由随机相位近似下( random phase approximation (RPA) )没有考虑局域场(local field effects)下的能带间的跃迁得到,而介电函数的实部由虚部通过Kramers-Kronig 关系转换而来。由于只考虑了电子跃迁的影响,因此在透明波段内,计算的介电函数方程可以用单振子来描述,即 根据振子模型,只要在计算的介电函数公式(5-6)后加入声子振子项就可以弥补光学性质计算的不足。巧合的是,红外介电计算 研究的是声子对介电函数的影响,然而电子跃迁的因素没有考虑进去。类似也可以用一个单声子振子来描述 因此声子振子的系数可以由红外介电计算得到。 把公式(5-7)中的声子振子项加入到上式(5-6)中,就可以得到比较符合实际情况的色散性质。本方法的设计思路和计算模拟过程如图5.3所示。 图5.3 设计思路和计算模拟过程 高频介电常数(ion-clamped) ε ∞ ,分别对应光学性质计算公式(5-6)中的A+B 1 和红外介电计算公式(5-7)中的系数 ,在计算中经常被高估。而且两种计算的介电函数也都系统地高于实验的介电函数。对于光学性质计算,可能是因为计算中缺少局域场效应造成的;对于红外介电计算,可能是因为在交换关联能中缺少极化依赖关系 造成的。据我们目前最大努力所知,高估的问题并不容易在密度泛函理论框架下解决。但是从晶格振动的红外光谱和光学性质计算的结果来看,两种计算的介电函数有实验上的趋势。因此我们假设,计算只高估系数A和 ,但振子的系数是合理的正确的。与用剪刀修正(scissor correction)LDA、GGA低估带隙问题的方法类似,我们可以调整A和 来解决高估问题。当声子振子的系数加入到公式(5-6)后,系数A调整到和实验的色散曲线能够吻合。最后,调整的系数A应该满足以下关系: 5.2 计算过程 (1)光学性质计算 (2)红外介电计算 5.3 数据拟合 由于计算的介电函数为分立的数值,需要通过数学拟合的方法才能得到方程(5-6)和方程(5-7)的形式。本文使用Origin软件进行拟合,拟合方法和过程可以参考相关Orign书籍。由于公式(5-6)和(5-7)的形式是一样的,因此可以使用同一种函数进行拟合。 5.4 计算模拟结果 最终模拟的AgGaS 2 、ZnGeP 2 和CdSiP 2 的Sellmeier系数(即A、B 1 、C 1 、B 2 和C 2 )列于表5.1中,图5.5为对应的模拟色散曲线。同时,我们对拟合的曲线和实验的相对误差也经行分析。 模拟色散曲线和实验之间的相对误差列于图5.6中。可以看到模拟的色散曲线和实验曲线吻合较好,尤其是在2 μm以后,模拟和实验的偏差小于0.5%。这说明了我们以上的假设是合理的。 图 5.5 (a) AgGaS 2 (b) ZnGeP 2 (c)CdSiP 2 和(d)GaAs的计算模拟结果,AgGaS 2 和ZnGeP 2 的实验折射率来自于文献 和 ,CdSiP 2 和GaAs的实验色散方程来自于文献 和 。 加入声子效应后模拟的色散曲线往下弯曲,而且和实验的色散曲线有相同的弯曲程度。但在能带吸收边附近,色散曲线的变化非常小,这是因为在能带吸收边附近,电子跃迁对折射率的影响占主导作用,声子对折射率的影响很小。另外色散曲线在能带吸收边附近急剧下降,根据振子模型公式(5-5)可知,能带吸收边附近色散的急剧下降是光频靠近电子的共振频率导致的,而电子的共振频率对应能带带隙,因此这是带隙附近的电子跃迁导致的。 图 5.6 (a)AgGaS 2 (b)ZnGeP 2 (c)CdSiP 2 和(d)GaAs的模拟曲线与实验之间的相对误差。
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[转载]中国半导体弯道超车的最后机会,MEMS市场!
gongkong 2016-9-18 16:09
MEMS较之传统机械工艺比较优势明显 MEMS工艺不仅具有集成电路系统的许多优点,同时集约了多种学科发展的尖端成果,与传统的机械工艺相比,它具有微型化、集成化、多样化、批量化等特点,成本上也有明显优势,且生产出的产品功能多样,可高度集成。 机遇与挑战并存,MEMS铸就下一个千亿市场 MEMS是集成电路相对景气的子领域,预计到2021年全球MEMS产业规模将达到200亿美元,2015-2021复合增长率为8.9%,增速远高于集成电路行业平均水平,同时受移动设备市场逐步饱和的冲击,增速有所放缓。国内增速快于国外,消费电子、医疗和工业控制等细分领域引领市场。 感知时代,MEMS借力物联网蓄势腾飞 传感器作为感知层的重要组成部分,在物联网时代不可替代,MEMS作为支撑技术,也将发挥重要作用。预计2020年全球物联网市场市值将增至1.7万亿美元,约有500亿台设备接入物联网,物联网是继汽车电子、智能手机、可穿戴设备后MEMS的下一个核心驱动力。 市场存在调整需求,MEMS领域并购风潮渐起 MEMS供给扩张快于需求,销售均价存在调整压力。近期行业出现诸多并购案例,TDK并购Tronics,华灿光电并购美新,北京君正并购OV,耐威科技并购赛莱克斯等,行业整合有利于市场出清,龙头企业将最终受益。 专业分工大势所趋,产业链中下游Foundry和封测厂商受益明显 MEMS将“重演”集成电路领域产业链裂变过程,专业分工是大势所趋。MEMS行业是个相对较小且分散的行业,适合Fabless的轻资产模式,MEMS代工厂商地位将日益突出,且较之于集成电路一线的Foundry,专注MEMS行业的Foundry诸如赛莱克斯、ITM、Tronics并无明显劣势,更有助于贴近客户。除此之外,MEMS封测环节技术较之集成电路复杂,更是占据了成本70%,拥有批量自动化封装及测试能力的厂商将获取产业链最大份额“蛋糕”。 更多相关信息请浏览:www.gongkong.com
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关于举办“半导体缺陷:起源、表征和对器件工艺的影响高级培训班
coofish 2016-5-23 16:12
为贯彻落实《国家集成电路产业发展推进纲要》,推进工业和信息化部“软件和集成电路人才培养计划”的实施,培养一批掌握核心关键技术,处于世界前沿水平的中青年专家和技术骨干,推动我国集成电路领域共性、关键性核心技术的整体突破,工业和信息化部人才交流中心和比利时微电子研究中心IMEC定于2016年6月13-14日在上海共同举办“半导体缺陷:起源、表征和对器件工艺的影响高级培训班”,邀请IEEEFellow、比利时鲁汶大学教授CorClaeys授课。 本课程将介绍硅、锗及其合金中的缺陷,以及衬底缺陷对器件工艺的重要影响。课程将涉及半导体缺陷的各方面,包括原子结构、起源、电子和光学性质、最适合的表征和模拟技术,及其对器件工艺和成品率的影响。本课程贴近实际应用,将从涉及半导体晶体生长和加工中的缺陷的现实问题入手,并说明如何采用最适合的分析和计算技术来识别/解决这个问题。 现将有关事宜通知如下: 一、主办单位 工业和信息化部人才交流中心 比利时微电子研究中心(IMEC) 二、协办单位 复旦大学(微电子学院) 上海市集成电路行业协会 麦姆斯咨询 三、参加对象 本课程面向相关企业、研究机构、高等院校以及政府机构的高级管理人员、技术经理、工程师、研究员和教师等。课程采用全英文授课,不配备翻译,要求学员具备英语听课学习水平。中心将配备专家助理,协助学员解决英语沟通问题,进行课程辅导。 四、培训安排 培训时间:2016年6月13-14日(2天) 培训地点:上海(具体地点详见报到通知) 日程安排: 6月12日下午15:00-17:00报到 6 月13日上午8:30举行开班仪式 6 月14日下午17:00举行结业仪式 其余为上课时间:上午9:00-12:00 下午14:00-17:30 培训班结束后,将颁发工业和信息化部人才交流中心和比利时微电子研究中心(IMEC)共同证书,参加培训者可推荐参加国家“软件和集成电路人才培养计划”评选。 五、报名方式 请各单位收到通知后,积极选派人员参加。报名截止日期为2016年6月11日,报名请咨询: 麦姆斯咨询: 联系人:吴越 电 话:15190305084 E-mail :wuyue@memsconsulting.com 课程目录 Module 1(3h): Defects in semiconductors: definitions and basics - Structuralproperties: point defects, solubility and diffusion, dislocations, stackingfaults, precipitates - Defectnucleation: growth and multiplication, yield stress - Temperaturedependent mechanical properties of Si and Ge - Impactpoint defects on physical material properties: critical radius, diffusion 模块1(3小时):半导体缺陷:定义和基础知识 - 结构特性:点缺陷;溶解和扩散;位错;层错;沉淀物 - 缺陷核;生长和增殖、屈服应力 - 硅和锗的温度相关的机械性能 - 用以支持缺陷研究的从头计算法 Module 2(3h): Grown-in defects in silicon and germanium substrates - Czochralskiand Floating Zone single crystal growth of Si and Ge - Grown-inpoint defects and point defect clusters - Thermaldonors, swirls - Defectengineering: growing “perfect” crystals - Impact ofdoping: O, N, C, group IV co-doping 模块2(3小时):在硅和锗衬底的原生缺陷 - 硅和锗的直拉法生长和浮区单晶生长 - 原生点缺陷和点缺陷集群 - 热供体,漩涡 - 缺陷工程:增长的“完美”晶体 - 掺杂的影响; O, N, C; IV 共掺杂 Module 3(3h): Processing-induced defects and defect engineering - Oxygen precipitation:internal and external gettering, defect engineering - Isolationoxide; bird’s beak; STI; stress; junction delineation - Stressengineering - Hetero-epitaxyon a Si-platform - Ion implantationin Si: interstitial clusters, implantation damage, annealing, vacancy clusters,dopant activation, pre-amorhization, germanium versus silicon - Metalliccontamination: precipitation, behaviorof metals, cleaning, gettering, electrical impact 模块3(3小时):加工引起的缺陷和缺陷工程 - 氧气沉淀:内部和外部的吸气;缺陷工程 - 氧化物隔离; 鸟嘴式;STI;压力;连接点描述 - 应力工程 - 硅平台上的异质外延 - 硅的离子注入:间质性集群,离子注入损伤,热处理,空位团,杂质激活,预非晶化转变,锗与硅对比 - 金属污染:沉淀,金属行为特性,清洗,吸气,电气方面的影响。 Module 4(3h): Analytical techniques for semiconductor defect studies - Defectetching - Opticaltechniques: infrared and visible lightscattering, FTIR, PL - Detectionof metal in Si: decoration techniques, haze test - Defectsand electrical device properties - Lifetimemeasurements: Zerbst technique, surface photovoltage (SPV), photoconductivedecay (PCD), Elymat 模块4(3小时):用于半导体缺陷研究的分析技术 - 缺陷蚀刻 - 光学技术: 红外线和可见光散射,FTIR, PL - 硅的金属检测:修饰技术、浊度测试 - 缺陷和电器元件属性 - 寿命测量: Zerbst 技术,表面光伏,光电导衰减法,Elymat 专家简介 Cor Claeys 比利时鲁汶大学教授 IEEE Fellow Cor Claeys 从比利时鲁汶大学获得博士学位。之后自1990年起,他便在鲁汶大学担任教授。目前他还主管IMEC负责战略关系的成长与新兴市场部门。他的主要科研兴趣在于硅技术、器件物理、低频噪音现象、辐射效应和缺陷工程及材料特性。他联合编写了一本书籍,关于“低温电子”和“锗为基础的技术:从材料到器件”,并写有专著关于“先进半导体材料与器件中的辐射效应”和“锗的扩展缺陷的基本原理和技术问题”。他撰写及合著有14本书的章节,做过1000余次大会演讲,发表了1200余篇同行评议的文稿和技术论文。他还是60余项会议论文集的主编或者联合主编。Claeys教授是IEEE电化学学会的Fellow。他是IEEE电子器件“荷兰• 比利时 • 卢森堡联盟”分会的创始人, IEEE 比荷卢联盟的主席。他还是电子器件协会(EDS)的行政管理委员会委员,EDS分会和地区副主席,以及EDS 2008-2009主席。2012-2013年,他还是IEEE理事会分管主管。自2000年以来,他被选入IEEE EDS杰出讲座。他是IEEE千禧年奖章的获得者。2013年,他获得了IEEE EDS杰出服务奖。他曾短期访问贝尔法斯特女王大学和意大利卡拉布里亚大学,担任客座教授。 他任职于数期大会的程序委员会,并多次担任主席,大会包括ESSDERC-ESSCIRC、WOLTE、EUROSOI、GADEST、E-MRS、CSTIC、ICSICT、ICNF、ALTECH、ECS ULSI Process Integration、ICCDCS、Extended defects in Semiconductors、SBMicro、DRIP、RADECS 在IEEE电化学学会的组织内部,他还担任电子与光子分会的主席(2001-2003)。2004年,他获得了电子与光子学门奖。1999年,他当选为联合国国际信息科学院的教授和院士。 在中国的经验: •出版翻译书籍《先进半导体材料及器件的辐射效应》和《半导体锗材料与器件》。 •2014年和2015年的中国半导体技术国际会议(CSTI)大会主席。自2008年起,担任固态和集成电路技术国际会议(ICSICT)技术委员会成员。 •大连理工大学的客座教授。 •多次参与不同的中国高校举办的研讨会以及在中国组织的会议和论坛,受邀出席杰出讲座,发表主题演讲及受邀报告。 •半导体中国信息科学(2013-2017)编委会的顾问委员会委员。
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《OLED照明技术、产业和市场发展趋势-2016版》
coofish 2016-3-24 16:28
OLED for Lighting - Technology, Industry and Market Trends 尽管预计到2021年OLED照明市场将达到15亿美元,但OLED照明的未来仍有不确定性。 OLED照明市场健康发展的关键因素 OLED市场营收主要受显示应用驱动,如智能手机显示屏,但基于OLED设计、外形尺寸和效能等技术特点,业内厂商数年来也一直在努力发展OLED照明应用。在照明应用领域,OLED技术正在和LED技术竞争,而LED技术已经通过10年努力,在照明市场获得了领先优势,掀起了半导体照明技术(Solid State Lighting, SSL)革命。但是,OLED技术高昂的成本不利于市场开拓,目前较低的照明效率也减缓了市场应用,OLED照明厂商宣称的产品优势也没有获得消费者认可。因此,OLED技术需要寻找利基市场或“引导”市场来扩大产品规模、打开市场窗口,使得OLED技术能向消费者展示其技术优势和能力。 汽车照明算是OLED照明技术应用的第一个“引导”市场。事实上,随着近期的LED集成技术成熟,汽车照明已经从一个基本功能逐渐发展为具有潜在高价值的车型特色。OLED技术有潜力从与LED技术的竞争中脱颖而出,给产品带来新的附加值。宝马M4 GTS发布于2016年,在其尾灯中应用了OLED照明技术,是第一款应用OLED照明技术的量产车。现在的问题是汽车代工厂商和一级生产商们对此技术会有多大的兴趣。 为了进入如商业照明、办公照明等传统照明市场,OLED技术需要整合足够多的差异化利基市场或“引导”市场以实现规模效应,从而降低成本。在这些领域,OLED技术厂商对一些照明应用进行了深入研究,如医用照明和嵌入式照明等。 我们估算OLED照明面板市场在2015年达到了近3000万美元,预计到2021年将增长至约15亿美元。尽管有许多困难,但通用照明市场发展将推动OLED照明市场增长,条件是: - 足够多的利基市场,使OLED照明面板/系统能达到最小量产规模,进一步降低价格。 - OLED照明厂商需要向消费者证明OLED技术的优势。 本报告介绍了2013~2021年期间所有的OLED照明应用及相关市场指标,提供关于市场驱动及挑战的详细分析,以及各应用的OLED集成、产量及市场规模。 2013~2021年OLED照明面板营业收入 OLED照明供应链正在重塑,OLED企业如何应对? OLED照明厂商不仅面临着许多技术挑战,还面临着OLED照明产品市场需求低迷,许多厂商已经开始调整他们的OLED照明产品计划。他们根据各自的技术、市场和价值链定位,制定了不同的市场策略。一些厂商已经决定退出OLED照明市场。比如飞利浦照明已经出售了其OLED相关资产,还有松下也已经宣布退出OLED照明市场。然而,近期大多数产业结构调整和重新定位都和并购有关,如:美国OLED Works公司收购了飞利浦照明旗下的OLED相关资产,乐金显示(LG Display)收购兼并了LG化学(LG Chem)OLED照明事业部。其它一些公司也正在进行或预期在未来几年进行并购重组。 一些公司已经决定将公司一部分OLED产品计划聚焦于汽车照明,如欧司朗,或者聚焦于一些利基照明应用,这些应用能使OLED相比LED或其它光源具有更高的附加值而受益,如Alkilu、Polyphotonix、Takahata。 初创企业和小企业也遭遇着因投资枯竭而低迷的市场环境。因此,那些开发创新材料和工艺的公司正在寻求财大气粗的产业合作伙伴,通过合作研发来实现产品商业化。从另一个角度来说,这一趋势对于那些正在面临技术挑战的产业巨头来说,也是一种机遇。事实上,这些产业巨头非常有兴趣和这些带着“紧缺技术”的公司合作,以此加快它们的产品开发。在这种情况下,一起攻克技术壁垒、开创OLED照明市场机遇的合作关系比以往任何时候都更重要。 最后,同样需要了解的是近几年有一些新的公司进入了OLED照明产业。大多数新进入OLED领域的公司把战略目标指向了OLED显示应用。其它一些可能掌握OLED照明技术,但目前还没有进入该产业的公司,正在等待该领域市场需求爆发时机。本报告分析了OLED照明产业,提供详细的产业链、主要厂商、合作关系和近期并购分析。 OLED照明产业近期并购和退出情况 驱动OLED照明产品批量生产进入批量生产/市场,仍需要创新的技术解决方案 OLED照明厂商目前正面临“先有鸡还是先有蛋”的问题:通过批量生产才得以降低成本/价格,但进入大众市场的壁垒却正是OLED照明面板高昂的生产成本。 正在探讨的解决方案主要包括: - 提高与OLED显示技术的协同效应,获得优化的供应链,共同进行产品研发,有效利用OLED显示生产设备。 - 集中研发那些能迅速降低成本、提高性能的创新技术。 目前主要的商业化OLED照明面板仍使用Sheet-to-Sheet(S2S)工艺,将小分子有机化合物通过蒸发技术沉积在硬质玻璃基底上。能够降低生产成本并(或)带来更好的OLED照明设计自由度的突破性技术,目前已经接近商业化阶段;柯尼卡美能达(Konica Minolta)公司在2014/2015年间建成了Roll-to-Roll(R2R)工艺生产工厂,乐金显示(LG Display)于2015年开始商业化其柔性OLED照明面板,住友化学(Sumitomo Chemical)近期开始少量供货其聚合物印刷型OLED照明面板。 柔性器件及目前OLED照明器件关系图 关于柔性OLED,一种潜在的杀手级OLED照明产品,乐金显示(LG Display)已经在2015年开始商业化。然而,高性价比的防潮技术解决方案,如基底/封装等级,仍然是先进OLED开发的关键挑战。事实上,柔性OLED可以在不同的基底上加工,每种基底各有利弊: - 金属薄片能提供良好的阻隔性能,但是不透明。 - 超薄玻璃透明且阻隔性能优良,但是相对易碎。 - 塑料基底透明且柔性好,但是需要良好的阻隔方案。 因此,为了避免OLED器件封装的可靠性和寿命问题,阻隔方案往往需要特别定制。2016年,市场仍然没有主流的解决方案,许多公司都各自开发自己的阻隔方案。这些公司都投入了大量的人力物力去持续改进阻隔方案,认为良好的阻隔技术方案能帮助它们打开OLED照明潜在市场,并认为柔性技术是一种潜在的杀手级特性。阻隔方案同样可以应用于大量其它器件,如柔性电子产品或有机太阳能电池。 同样重要并需要突出的是使用Roll-to-Roll工艺时应用柔性基底的额外优势,可溶加工材料和溶基技术,如狭缝涂布或喷墨技术,这些技术有可能可以降低OLED生产成本。 本报告提供深度OLED技术、生产和产品路线图分析,提供不同OLED结构、每一层要求、材料使用、生产技术和相关设备以及生产成本详细分析。 报告目录: Objectives of the report Executive summary Introduction to OLED for lighting OLED lighting applications and markets OLED vs. LED General lighting Automotive lighting Niche lighting applications Total OLED lighting market opportunity OLED lighting industry OLED structures and materials Insights on flexible OLEDs Substrate Anode and cathode Hole Injection Layer and Hole Transport Layer Emissive organic materials Blocking Layer, Electron Transport Layer and Electron Injection Layer Encapsulation Light extraction OLED manufacturing techniques and equipment Overview of techniques and equipment Solution-based deposition techniques OLED manufacturing cost Introduction 2013-2021 OLED lighting panel manufacturing cost Industrial roadmaps Analysis How to decrease OLED lighting panel manufacturing cost? Key milestones OLED roadmap and RD activities State-of-the-art of OLED lighting Challenges associated to OLED lighting Roadmap The different approaches to achieve low OLED cost The different ways to improved OLED efficacy Main financing institutions / organizations for OLED lighting RD Activities General conclusion 若需要《OLED照明技术、产业和市场发展趋势-2016版》样刊,请发E-mail:wuyue#memsconsulting.com(#换成@)。 购买该报告请联系: 麦姆斯咨询 吴越 电子邮箱:wuyue#memsconsulting.com(#换成@)
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技术颠覆何以可能—以半导体为例
热度 3 zhangjiuqing 2016-3-16 20:41
技术颠覆何以可能— 以半导体为例 张九庆 英文“ Disruptive technology ”,温和的译法是“破坏性技术”,激进的译法是“颠覆性技术”。 1 从商业概念到政策概念 我宁愿相信,欧美学者可能更喜欢“破坏性技术”这一译法。 破坏性技术原本是作为一个指导大企业技术变革并赢得商业价值的学术术语。克莱顿 · 克里斯坦森在“创新者的窘境”中写道,大多数新技术都会推动产品性能的改善,这些技术被称为“延续性技术”。延续性技术很少导致领先企业失败,而破坏性技术因为短期内会导致产品性能降低,使得领先企业失败。从商业价值来看,破坏性技术产品的性能低于主流市场的成熟产品,它拥有的是被边缘用户看好的其他特性。基于破坏性技术生产出价格更低、性能更简单、体积更小的产品,把原本只有在高端市场才能买到产品发展成为为低端市场需要的产品,原来的领先企业未能及时调整战略而失败。 在中国,颠覆性技术这一译法似乎更能得到青睐,并且已经超出了指导大企业技术变革赢得商业价值的这一范畴。培育、发现颠覆性技术正在成为政府科技政策的目标。在这种意义上,颠覆性技术与过去一段时间里的关键技术、未来技术、高新技术、新兴产业技术、战略前沿技术应该是同义词。 人们对颠覆性技术的理解也不尽相同。我在 2016 年第 1 期《中国科技论坛》的卷首语“颠覆性技术与‘阿喀琉斯之踵’”中认为,颠覆性技术是与其他强大技术比赛后获胜的产物,如同两个人打架,颠覆者必须拥有致命绝技,才能把他的对手打倒。燃油汽车在人口密集性城市的痛点是技术难以克服的尾气排放,而电动汽车能解决这个痛点,因此在商业上会成为燃油汽车的颠覆者。但在大型城市之外,电动汽车要颠覆燃油车,需要更长的时日。 我更要强调的是,与其过分强调颠覆性技术本身的特征,不如探讨颠覆性技术产生和发挥作用的基础和环境。通过研读半导体技术的历史,可以发现,颠覆性技术的出现和发展,与特定时期的半导体基础科学发现、技术研发参与的各个主体、技术创新生态体系、新技术产品市场以及政府行为都密切相关。 以基础科学与技术创新的关联为例,诺贝尔奖代表了社会对半导体领域科技贡献的最高认同: 1956 年,肖克利、巴丁、布拉顿:晶体管发明; 1973 年,江崎於奈、贾沃森:半导体 / 超导隧道效应; 1977 年,莫特、安德森:非晶态半导体理论; 1985 年,克利青:整数量子效应; 1998 年,劳克林、斯托默、崔琦:分数量子霍尔效应; 2000 年,阿尔费罗夫、克勒默、基尔比:异质结半导体与集成电路; 2009 年,高锟、博伊尔、史密斯:光纤与半导体成像( CCD )技术; 2014 年,赤崎勇、天野浩、中村修二:蓝光二极管。 2 晶体管技术如何颠覆 我们可以把半导体产业发展按颠覆性技术分为几个阶段。晶体管相对于电子管是一种颠覆,集成电路对于晶体管是一种颠覆,微处理器对于集成电路是一种颠覆,未来的新型超微型半导体对微处理器也会是一种颠覆。 电子管的缺陷是体积大,能耗高,放大倍数小,尤其在二次世界大战中雷达使用的电子管,因为笨重、易碎、效果不稳定,使得军事部门寻求替代品的积极性特高。但是早期的晶体管性能也不稳定,生产成果更高,晶体管要颠覆电子管也不是容易的事。 早期的电子管计算机 有的时候,人们会把某一段历史简化成某个瞬间—灵感袭来,把某个瞬间的关键人物放大定格,所有荣誉归于那个瞬间、关键人物—英雄问世。这些可以称之为“创新创业的神话”。晶体管技术的发明就是一个例子。晶体管的发明往往聚焦于贝尔实验室的三位科学家肖克利、巴丁和布拉顿在 1947 年 12 月制造出锗点接触晶体管的那一天。很多人会简单地认为,就在这一天,晶体管完成了对电子管的颠覆。 晶体管三剑客:肖克利(前坐),布拉顿(后右),巴丁(后左)。值得指出的是,第一个点接触型晶体管专利上没有肖克利的名字(见我的博文“ 向肖克利同志学习 ”。) 事实上,在这前后的一段时间里,晶体管技术逐渐成长为颠覆性技术的,与当时的基础科学特别是量子力学、电子管技术建立起来的技术储备、晶体管技术自身的进化、军事需要的市场、创新生态环境以及政府的技术扩散政策等综合作用的结果。 晶体管的发明得益于半导体科学理论的发展,半导体科学理论又得益于电子的发现、量子力学的发展以及在此基础上逐渐建立起来的固体物理理论。例如, 1834 年,法拉第发现了某些材料的电阻能随着温度的上升反而下降; 1879 年,霍尔发现了某些材料垂直于磁场放置会出现横向电压的霍尔效应; 1931 年,威尔逊利用能带理论给半导体下了一个明确的定义,来区分导体、半导体和绝缘体; 1932 年,塔姆提出了半导体表面势垒的概念; 1933 年和 1939 年,肖特基发表文章阐述了金属—半导体接触理论。肖克利是 MIT 的固体物理学博士, 1936 年加盟贝尔实验室;巴丁是普林斯顿大学的固体物理学博士, 1945 年加盟贝尔实验室;布拉顿是明尼苏达大学的博士, 1929 年加盟贝尔实验室,他们都掌握着整流二极管的系统理论等固体物理学和半导体物理的前沿知识。 从技术的储备来看, 1883 年爱迪生发明了真空管, 1904 年弗莱明发明了二极管, 1906 年弗雷斯特发明三极管并在贝尔实验室完善,运用半导体整流功能的猫须探测器在二次世界大战中得到了新生,锗晶体、硅晶体等纯晶体制备技术逐渐完备。对晶体管而言,需要极其纯净和结构完美的单晶样品,来确保它具有三种性能:基本材料的掺杂浓度低、注入的少数载流子的漂移迁移率要高,寿命要长。贝尔实验室在 1940 年代采用垂直冷却法提纯,在 1950 年代发展了两种新的晶体提纯技术—逐区精炼法和拉晶法。 从创新生态来看,美国的研究从大学衍生到了企业,一大批科学家进入企业研究机构。企业研究机构从 1890 年开始大幅度增加, 1890 年只有 4 个, 1900 年大约 50 个,到 1930 年,企业研究所数量已超过 1000 个。 1925 年, 贝尔实验室的雇员人数已经达到了 3600 人,比当时最大的通用电气公司实验的人数还多约 2000 人, 1925 年年度预算为 1200 万美元。其中,从事基础研究的人员和费用都约占总人员和总费用费的百分之十。 1945 年夏天,贝尔实验室研究部负责人凯利实施了固体物理学研究; 1946 年 1 月,三人核心研究小组建立,肖克利很早就提出过场效应的设想,巴丁提出了表面态理论,布拉顿则是实验大师。 从技术本身的进化来看,锗点接触性晶体只是为晶体管技术发明打开了一扇窗,贝尔实验室、通用电气、得州仪器和仙童公司的晶体管技术逐渐完善,使得晶体管逐渐商业化、产业化。 晶体管类型 发明年月 主要发明人 所属机构 锗点接触型 Point-contact 1947 年 12 月 巴丁,布拉顿 贝尔实验室 * 锗生长结型 Germanium grown junction 1948 年 6 月 肖克利 贝尔实验室 锗金属 Germanium alloy 1952 年 洛等人 通用电气公司 ** 硅生长结型 Silicon grown junction 1954 年 5 月 蒂尔 得州仪器 台面晶体管 Mesa 1957 年 阿西内等人 *** 平面工艺 Planar 1959 年 赫尔尼 仙童公司 金属氧化物 MOS 1960 年 柯恩、阿塔拉 贝尔实验室 * 批量化生产的晶体管 ** 真正开始取得商业化成功的晶体管。 *** 导致了集成电路的出现。 从用户和市场需求来看,在电子管和晶体管的使用中,联邦政府通过国防采购对创新的资源配置施加了决定性的影响。第一次世界大战,使得电子管在战场上得到大规模应用;第二次世界大战,暴露了电子管的最大缺陷:体积太大,容易破损。美国电报电话公司需要数量需求庞大的机械类继电器、中继器,电网维护的复杂性以及较低的可靠性呼唤新的电子技术。大型计算机的出现,对小型元器件的需求更加旺盛。 1955 年,用于国防的半导体产量平均占总产量的 38% , 1960 年军品用量高达总产量的 48% 。随着民用品市场的打开,军品用量的比例开始下降。 1968 年,军品用量的比例仍然达到 25% 。 从政府的技术扩散政策来看,为了应付美国司法部的反托拉斯压力,行业主导企业实行了自由交叉特许权,这进一步扩大了新创业企业的机会。 1949 年,贝尔实验室研制出晶体管,美国政府对 ATT 提起了反托拉斯的诉讼。为了转移对其市场垄断地位的批评, ATT 放手发放其关键半导体专利的使用许可,并且还向其他企业传授了它所积累的有关产品知识。 1956 年诉讼结束, ATT 签署一份许可状,同意国内任何一家对其现有专利感兴趣的企业可以获得这些专利的使用许可。它可以要求交叉特许权来换取使用其专利的权利,但被禁止收取特许权使用费。第二大半导体专利拥有者美国无线公司 RCA 同样受到了反托拉斯法的制裁。日本成为 ATT 技术和 RCA 技术转让海外市场的最大受益者。 从风险资本的作用来看,美国的风险资本是从 1946 年专门向新的风险企业提供资助的美国研究和发展基金( ARD )开始的。 1951 年,斯坦福大学的特曼开始推动科研人员创业,建立了高校工业园区,特曼也被称为“硅谷之父”。 1956 年,肖克利离开贝尔实验室,来到硅谷成立自己的公司肖克利晶体管实验室,招揽 20 多岁的年轻人加盟,其中最著名的诺伊斯和摩尔。 1957 年, 8 位年轻人离开肖克利,在风险投资家洛克的帮助下,得到费尔柴尔德的投资,成立仙童半导体公司。 1958 年美国颁布实施了《小企业投资法案》,允许美国小企业管理局发执照给私营小企业投资公司,资助和管理小企业创业。 3 半导体领域的颠覆性技术 在半导体技术的历史上,集成电路颠覆晶体管技术、后来的微处理技术颠覆集成电路技术,都可以找到类似的综合系统和环境。无论从专利数量还是从市场份额来看,半导体技术和产业的成长都要经过很长一段时间。 年代 1960s 1970s-1990s 21 世纪 技术 集成电路技术,摩尔定律下的技术竞争 微处理器技术 新型超微半导体技术 企业 电子企业、新创企业,日本模仿性企业 国际性生产企业,无厂公司,晶圆代工 跨国公司,代工,独角兽企业 创新 产品与流程创新、组织创新与金融创新 产品创新、流程创新、组织创新 产品创新、流程创新、组织创新,大众创新,共享经济, 用户 大型计算机主机、小型计算机,大众消费市场 个人电脑,消费类电子,无线通讯,自动化产品 移动终端、物联设备、智能化交通(无人机、汽车)、光伏设备 政策 技术扩散、风险投资 国际贸易,拜杜法案,国家联盟,新兴国家产业政策 国家制造业复兴计划,工业 4.0 专利数增长情况 来源: 2015 World Intellectual Property Report : Breakthrough Innovation and Economic Growth 销售额变化( 10 亿美元) 4 结束语 在这里,我总结一下自己对颠覆性技术的基本认识:颠覆性技 术是根据企业发展和商业价值进行的事后诸葛亮的判断结果,是通过这种技术产品的特有性能与延续性技术进行比较后辨识出来的;颠覆性技术一方要在关键性能上能给它的对手以致命一击,颠覆性技术战胜延续性技术需要很长一段时间;很少有政府会做出特别发展颠覆性技术的技术政策和产业政策,如果说有的话这样的技术政策和产业政策也是发展高新技术及其产业的普遍性政策。 更为重要的是,政府或者企业与其特别关注颠覆性技术,不如去创造新技术成长的综合系统,包括大力投资基础科学、提高产品制造的工艺水平、完善新技术产品的政府采购制度和技术扩散制度、营造技术创新生态系统,等等。 备注:本文是笔者在“赛创论坛:颠覆性技术的变革驱动”研讨会上发言的文字稿。
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合成高质量黑磷单晶的新方法
热度 1 sciencepress 2016-3-9 15:22
黑磷是重新进入人们视野的一种元素半导体。黑磷具有三种相结构,其中正交相黑磷是具有层状结构,可以通过机械剥离方法制备类似石墨烯的极薄的黑磷。这种极薄的黑磷称为磷烯。因其载流子迁移率高、带隙可调控的特性,磷烯在石墨烯之后作为一种新的二维材料引起了人们浓厚的研究兴趣,在电子学以及光电子学领域展现了巨大的应用潜力,也为研究凝聚态物理等领域的一些热点问题提供了理想的材料模型。 目前,获得大尺寸磷烯的途径主要依赖于从正交相黑磷体块单晶中通过剥离技术得到。已有的正交相黑磷体块单晶生长技术要么对实验装置要求苛刻,要么依赖于高毒性的原料,不利于大尺寸、高质量正交相黒磷体块单晶的合成,阻碍了磷烯这种新的二维材料的研究和实际应用。 最近,清华大学化学系 严清峰 课题组发展了一种两步加热化学气相传输法,实现了高转化率的、毫米级正交相黒磷体块单晶的制备。首次运用X射线摇摆曲线研究了所合成的正交相黑磷单晶, 得到的摇摆曲线的半高峰宽为21.65弧秒,揭示了其优异的单晶质量。随后,该课题组与清华大学微电子研究所 任天令 课题组合作,采用全干法转移技术制备了基于机械剥离的~6 nm厚的磷烯的底电极结构场效应晶体管(FET),器件表现出目前最高纪录的空穴迁移率 (1744 cm 2 V −1 s −1 )和高的开关比(~10 4 )。该结果进一步证实两步加热化学气相传输法合成的正交相黑磷单晶具有优异的晶体质量。 该研究成果最近发表于国内新创办的英文期刊 Science China Materials (《中国科学:材料科学》2016年第2期,原文链接: http://mater.scichina.com/EN/abstract/abstract510243.shtml http://link.springer.com/article/10.1007/s40843-016-0122-1 该研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点基础研究项目、清华大学自主科研计划以及低维量子物理国家重点实验室开放基金的支持。
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千秋岁引·晶体管
热度 10 kongmoon 2016-3-7 12:10
硅锗莹莹,如银似玉, 导体绝缘两不拒。 阴成概因爱磷铋,阳生只为钟硼铝。 夹心饼,阴阳焙,三极娶。 奔放电流中遇抵,通断大权谁赋予? 加电基极阀门举。 控闸微电翩跹舞,洪流效步同频拟。 电波臣,进制虏,身相许。   1947年12月16日,威廉·邵克雷(William Shockley)、约翰·巴顿(John Bardeen)和沃特·布拉顿(Walter Brattain)成功地在贝尔实验室制造出第一个晶体管(半导体三极管),并于1956 年被授予诺贝尔奖。单词晶体管transistor是“跨导”(translator)和“可变电阻器”(sistor)的合成词。   晶体指的是高纯度的半导体材料如硅和锗,所谓的半导体指的是它们的导电性介于导体和绝缘体之间,但添加某些元素杂质后,导电性出现了新的变化。例如由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的3价元素如硼和铝,就会在半导体内部形成带正电的空穴,叫做P型半导体(P指positive,带正电的);假如5价元素如锑、磷或铋等就变成了带负电的N型半导体(N指negative,带负电的)。晶体管就是将P型和N型半导体象三明治一样结合在一起,可以是P型在两端夹着N型,叫PNP,也可以是NPN。   以PNP为例,中间N极也叫基极(B),就像一个可控的阀门。在两端的P极分表叫发射极(E)和集电极(C)。假如在发射级加一个较大的电流,集电极并不能接收到,因为此时基极处于关闭状态,如果在基极加一个微弱的电流,其就会处于导电状态,导电率随着输入的微电流的变化而变化,所以在集电极收到的电流也会随着微电流的变化而变化,变化的频率是一样的,但由于其电流本来就要比基极的输入电流的振幅强得多,所以看起来基极的微弱电流就像被“放大”了一样。 首款晶体管收音机内置有四个晶体管,将微弱的无线电信号放大成人耳能听见的音频信号。 晶体管还可以做成一个个微型的“通断开关”,代表0、1用于电脑的二进制运算,电脑芯片其实就是一大推晶体管集成在一块芯片上,英特尔研制出的第一款计算机芯片内置了2,300个晶体管,而2015年英特尔发布了第五代酷睿处理器系列,采用最先进的14nm 3D技术,集成了19亿个晶体管!
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