一、集成电路和芯片

理解半导体和晶圆，接下来，说说集成电路（Integrated Circuit）和芯片（Chip）。我们常常将二者视为等价概念，其实并不准确，先给出结论——芯片，是宽泛的概念，代指半导体器件，而半导体器件，可分为两类：

1、集成电路器件，Integrated Circuit Device，

2、分立器件，Discrete Device，

分立器件于1947年发明，集成电路于1958年诞生，二者有何区别？

答：分立器件，一颗芯片上，只有一种电子元件（晶体管、二极管等），功能单一，集成电路，一颗芯片上，集成不同类型的电子元件（晶体管、电阻、电容等），构成一个复杂的电路系统。

Si、Ge、SiC等半导体材料，均可用于制备晶体管、二极管等分立器件，以分立器件的典型——功率MOSFET（场效应晶体管）为例，解释其中逻辑。

  仍然从材料视角理解该结构，从导电性角度，将材料分为三种——绝缘体、半导体和导体，这张图里，自下而上，N+衬底、N-外延层、P阱、N+区均为半导体材料，栅极、源极和漏极为导体材料，包裹栅极的那一圈白色区域，为绝缘体材料，我们说，芯片的本质，就是以绝缘体、半导体和导体为基本部件的搭积木游戏，原因正在于此。

初学者不必为眼花缭乱的术语所迷惑，“N+衬底”、“P阱”之类的名词，不过是描述该区域半导体材料某些特征之考虑，基于第一性原理，拿到一个器件结构图，首先应该判断，每一区域的材料属性，具体到半导体材料，借助上述名为“掺杂”的方式，可以制造出不同掺杂浓度的区域，比如N+衬底、N-外延，这里的+、-分别代表重掺杂、轻掺杂（掺杂浓度之高低）。

接下来这段，是更加细节、更加专业的知识，如果各位对芯片领域较为熟悉，可以仔细阅读，如果不是专业人士，可以跳过。

功率MOSFET的本质是什么？是顶部并联的元胞 + 底部串联的漂移区和衬底，功率MOSFET的有源区，并非单一的晶体管，而是由成千上万个完全相同的、微小的晶体管单元紧密排列，再通过并联连接而成。

多数截面图只给出单元胞结构，不容易想象整个有源区的情形，对初学者尤其不利。上图给出两个相邻元胞紧密排列的情形，可以看到，每个元胞都有独属于自己的沟道、栅介质和欧姆接触区，电流从源极流入，分散流经所有并联的元胞沟道，再汇合流向漏极，并联的元胞越多，器件能承受的总电流（额定电流）就越大，并联的元胞越多，器件整体的沟道电阻越低，各位可以想象上面这张图，元胞往左右两边无限延伸，大概就是那样的情形。

在并联元胞层下方，是一个相对较厚的低掺杂半导体层，称为漂移区。漂移区的关键作用，是在关断状态下，承担施加在漏极之上的高电压，其厚度和掺杂浓度决定了器件的击穿电压。而漂移区，正是通过外延方式，生长于衬底之上。

然而，上述所有绝缘体、半导体和导体材料构成的整体，称之为MOSFET（晶体管的一种），如果我们想制备集成电路器件，就必须在同一片晶圆上，制备电阻、电容、电感等元件，如何做到这一点？

早在1958年，人们已知道，通过掺杂，可以用Si材料制造二极管和晶体管，

另外几种常用元件，包括碳粉黏结而成的电阻（碳材料），金属陶瓷电容（金属、陶瓷材料），以及铜线绕制的螺旋线圈电感（铜材料）。

想要制备集成电路器件，就必须用Si材料制备电阻、电容、电感。纯净的Si不适合作为电阻器，因其几乎等于绝缘体，会阻断所有电流，通过改变掺杂杂质的多少or硅材料的形状，可以控制Si的导电性，实现不同阻值。

利用PN结特性，可以用Si材料制造电容，施加反向电压阻断电流，一侧为正电荷，一侧为负电荷，恰好作为电容的正负极板。至于电感，只需将电阻很小的Si材料加工成螺旋状，便能做出电感线圈。

当年的行业先驱，正是通过这种方式，将不同类型的元件，集成在一块硅片上，集成电路器件，由此发明。

二、芯片和晶圆

最后，说说芯片和晶圆，这也是经常混淆的概念。

这张图，虽然很糊，但恰好用红色标记圈出了我想说明的区域，各位勉强看之，可以看到，红圈之内，是一方形、白色区域，通常所说的“芯片”，即为这样一个个方形区域，器件设计领域称之为管芯。当然，不同领域有不同称谓，除了“管芯”，“die”、“晶粒”等名词，也是指这一物体。

示意图看得更加清晰，制造流程即将结束时，会沿着划片道（图中红色的横纵线条），将晶圆切分为诸多方形管芯，即为图中的橙色方形区域，而一颗管芯的大小，即为通常所说的“芯片面积”，面积越大，可以承载的电流密度越大，千百管芯，构成晶圆之主体，而一片晶圆可以生产多少管芯，取决于管芯面积的大小，以及生产良率。

三、小结

1、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。

2、从导电性角度，将所有材料分为三种：导体、半导体和绝缘体。

（1）导体材料，外层电子数不超过三个；

（2）绝缘体材料，外层电子数不少于五个；

（3）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。

3、芯片，是宽泛的概念，代指半导体器件，而半导体器件，可分为两类，

（1）集成电路器件，Integrated Circuit Device；

（2）分立器件，Discrete Device。

分立器件，一颗芯片上只有一种电子元件（晶体管、二极管等），功能单一，而集成电路，一颗芯片上集成不同类型的电子元件（晶体管、电阻、电容等），构成一个复杂的电路系统。

4、通常所说的“芯片”，是一个个方形区域，器件设计领域称之为管芯（又名die、晶粒）。千百管芯，构成晶圆之主体，而一片晶圆可以生产多少管芯，取决于管芯面积的大小，以及生产良率。

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