今天，我们聊一聊“半导体、芯片、集成电路、晶圆之间有什么区别”？相信不仅是外行人员，连很多业内人士也并未理解此间差异，具体来说，半导体是一种材料，晶圆是将半导体材料打磨成规定大小形状厚度的产物，而芯片是指晶圆上的某一管芯，集成电路是芯片的一种，下面我们逐条分析。

一、晶圆

先说半导体和晶圆，各位在聚餐时，一定见过那种大圆盘吧。

这玩意放在桌面，饭菜置于其上，转动圆盘，方便各个位置的人夹菜。而圆盘的材料是什么？答案是玻璃，将玻璃按照规定大小、厚度、形状打磨，产物即为圆盘，同样，如果以半导体为材料，按照规定大小（4/6/8/12英寸）、厚度（XX微米）及形状（圆形）打磨，产物即为晶圆。

二、半导体

那么，作为晶圆的物理载体，半导体是一种怎样的材料？这就不得不提到，从导电性的角度，对材料的区分——绝缘体、半导体和导体，为什么有些材料的导电能力如此优异，有些材料却对电流深恶痛绝？更有些材料，可以在二者之间切换，对电流，有时来者不拒，有时大门紧闭？

这就要从物理学家玻尔说起。1911年，哥本哈根大学的博士毕业名单中，出现了尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）的名字，玻尔的博士论文，名为《Studies on the Electron Theory of Metals》，研究对象，是当时尚不成熟的电子理论。

此后数年，玻尔远赴英国，在剑桥和曼彻斯特留下足迹。这段经历使玻尔了解到当时的两种原子模型：汤姆逊的“葡萄干布丁模型”，卢瑟福的“原子行星模型”。

前者认为，原子是一个带正电的“均匀球体”，带负电的电子镶嵌其中，整体呈电中性，电子在原子中的分布，类似分散嵌于布丁各处的葡萄干，故称“葡萄干布丁模型”。后者认为，原子中心存在一个直径极小但质量极大的带正电原子核，电子绕核运动，电子在原子中的分布，类似行星围绕太阳，故称“原子行星模型”。

两者均不够完善，诸多现象无法得到合理解释。玻尔创造性地将量子理论运用于卢瑟福模型，构建出原子模型发展史上的第三种重要模型——玻尔模型，

如上图，从左到右，依次为“葡萄干布丁模型”、“原子行星模型”、“玻尔模型”以及后来的“电子云模型”。

对后来的芯片领域而言，玻尔模型的关键在于——明确了原子最外层电子的运动特点，提出每种元素的化学性质，很大程度上取决于外层电子的数量。

这至关重要。当时发现的最佳导体材料，最外层轨道只有一个电子，最佳绝缘体材料，最外层轨道具有八个电子，基于这一原子理论，物理学家可以预测哪些材料是良好的导体，哪些材料是良好的绝缘体，即：容易释放外层电子的物质，属于导体，不容易释放外层电子的物质，属于绝缘体，

理论上，任何材料的导电性，都由其最外层电子数决定。当时不能看到原子，基于量子理论的玻尔模型，只是一种猜想，但已有实验证明了某些材料的电导率，人们可以通过这些数据，检验模型的准确性，结果完全吻合。

一般来说，外层电子数不超过三个的元素，构成导体，而拥有五个或更多外层电子的元素，构成绝缘体，而构成半导体的元素，处于二者之间——Si、Ge等元素，最外层轨道具有四个电子，这正是半导体材料能够在导体和绝缘体之间切换的关键。

通过名为“掺杂”（doping）的方式，可以改变半导体材料的电学特性，纯硅材料，每个硅原子与4个相邻硅原子共用4个外层电子，外层电子被牢牢锁定，若在硅材料中掺杂少量具有5个外层电子的砷，4个电子与硅原子配对，多出的1个电子，便可自由移动，掺入一定数量砷原子，产生足够多的自由电子，原本不导电的半导体材料，便可以起到导电作用。

反之，若在硅材料中掺杂少量具有3个外层电子的硼，3个电子与硅原子配对，仍缺1个电子，本该拥有电子的那个位置，成为“空穴”，“空穴”的移动，亦可产生电流。

简而言之，导体材料外层电子数不超过三个，绝缘体材料外层电子数不少于五个，半导体材料外层电子数四个，可通过掺杂的方式，改变材料的电学特性。

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