關(guān)于半導體行業(yè)的研究

1、半導體行業(yè)研究2014年5月2基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識導體：導體： 自然界中很容易導電的物質(zhì)稱為導體，金屬一般都是導體。自然界中很容易導電的物質(zhì)稱為導體，金屬一般都是導體。絕緣體：絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導電，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料有的物質(zhì)幾乎不導電，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料 和石英。和石英。半導體：半導體：另有一類物質(zhì)的導電特性處于導體和絕緣體之間，稱為半導另有一類物質(zhì)的導電特性處于導體和絕緣體之間，稱為半導 體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。 半導體的導電機理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)半導體的導電機理不同于其它物質(zhì)，所

2、以它具有不同于其它物質(zhì)的特點。例如：當受外界熱和光的作用時，它的導電能的特點。例如：當受外界熱和光的作用時，它的導電能 力明顯變化。力明顯變化。往純凈的半導體中摻入某些雜質(zhì)，會使它的導電能力明顯改變往純凈的半導體中摻入某些雜質(zhì)，會使它的導電能力明顯改變。 所以半導體又分為本征半導體和參雜半導體所以半導體又分為本征半導體和參雜半導體3半導體技術(shù)的發(fā)展半導體技術(shù)的發(fā)展 半導體技術(shù)是當今世界一個充滿活力的，前景無限的，十分誘人的嶄新的邊緣科學領(lǐng)域。 通常認為集成電路是半導體技術(shù)的核心。 集成電路發(fā)展:從小規(guī)模集成（SSI）開始，經(jīng)中規(guī)模集成(MSI)、大規(guī)模（LSI），發(fā)展到超大規(guī)模集成（VLSI）

3、，目前已進入特大規(guī)模(ULSI)和甚大規(guī)模(GSI). 集成電路制造水平及其變化以集成電路的“集成度”來反映出微電子集成電路產(chǎn)業(yè)集成電路芯片的設(shè)計與制造技術(shù)的水平。 “集成度” 概念：表示以單個管芯為單位，所包含（或稱為集成）的晶體管個數(shù)。超大規(guī)模電路的集成度界定為1000萬只晶體管/單位管芯。現(xiàn)在單片集成電路已經(jīng)可超過80億個元器件。 集成電路設(shè)計與制造技術(shù)水平的指標除了集成度之外，還有制造工藝水準:集成電路內(nèi)電極引線的線徑接近于0.18微米，硅圓片直徑現(xiàn)已達到12英寸-約300mm。4半導體的主要用途半導體的主要用途5半導體行業(yè)的分類半導體行業(yè)的分類半導體行業(yè)在半導體行業(yè)在國民經(jīng)濟行業(yè)分類

4、國民經(jīng)濟行業(yè)分類 （GB/T4754-2002,GB/T4754-2002,制造業(yè)）中的分類制造業(yè)）中的分類 通信設(shè)備、計算機及其他電子設(shè)備制造業(yè)通信設(shè)備、計算機及其他電子設(shè)備制造業(yè) 405405 電子器件制造電子器件制造 4051 電子真空器件制造電子真空器件制造。 4052 半導體分立器件制造半導體分立器件制造 4053 集成電路制造集成電路制造40 4059 光電子器件及其他電子器件制造光電子器件及其他電子器件制造6半導體行業(yè)的分類半導體行業(yè)的分類按照其制造技術(shù)可以分為：1、集成電路（integrated circuit）是一種微型電子器件或部件。采用一定的工藝，把一個電路中所需的晶體管

5、、二極管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導體晶片或介質(zhì)基片上，然后封裝在一個管殼內(nèi)，成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu)。2、分立器件：用半導體材料制成的具有一定功能的器件，統(tǒng)稱半導體器件。為了與集成電路相區(qū)另，有時也稱為分立器件。3、光電半導體：4、邏輯IC及模擬IC5、儲存器7半導體材料的分類半導體材料的分類元素半導體元素半導體化合物半導體化合物半導體二元系三元系多元系非晶態(tài)和液態(tài)半導體材料有機化合物單一元素常用半導體材料常用半導體材料 所有的半導體材料都需要對原料進行提純，要求的純度在6個“9”以上最高達11個“9”以上。提純的方法分兩大類：一是：不改變材料的化學

6、組成進行提純，稱為物理提純；二是：把元素先變成化合物進行提純，再將提純后的化合物還原成元素，稱為化學提純。 8半導體分立器件分類半導體分立器件分類1 1、半導體二極管：、半導體二極管：鍺二極管、硅二極管、化合物二極管等；2 2、半導體三極管：、半導體三極管：鍺三極管、硅三極管、化合物三極管等；3 3、特種器件及傳感器；、特種器件及傳感器； 敏感器件：壓力敏感器件、磁敏器件（含豁爾器件及霍爾電路）、氣敏器件、濕敏器件、離子敏感器件、聲敏感器件、射線敏感器件、生物敏感器件、靜電感器件等；4 4、半導體器件專用零件。、半導體器件專用零件。9半導體的應(yīng)用半導體的應(yīng)用大規(guī)模大規(guī)模集成電集成電路和計路和計

7、算機算機光光通通信信技技術(shù)術(shù)無無線線通通信信技技術(shù)術(shù)太太陽陽能能電電池池半半導導體體發(fā)發(fā)光光管管 軍事軍事和和環(huán)保環(huán)保方面方面的的應(yīng)用應(yīng)用光盤存儲和激光器光盤存儲和激光器半導體的行業(yè)應(yīng)用半導體的行業(yè)應(yīng)用10子行業(yè)子行業(yè)-半導體照明半導體照明11LedLed發(fā)展史發(fā)展史 1907年第一次在一塊碳化硅里觀察到電致發(fā)光現(xiàn)象。 1936年出版了一個關(guān)于硫化鋅粉末發(fā)射光的報告。 二十年代晚期在使用從鋅硫化與銅中提煉的黃磷發(fā)光。 （此前的led都因光線微弱無法有效利用） 70年代中期，磷化鎵被使用作為發(fā)光光源，隨后就發(fā)出灰白綠光。 80年代早期到中期對砷化鎵磷化鋁的使用使得第一代高亮度的LED的 誕生，先

8、是紅色，接著就是黃色，最后為綠色。 90年代中期，出現(xiàn)了超亮度的氮化鎵LED，隨即又制造出能產(chǎn)生高強 度的綠光和藍光銦氮鎵Led。 藍光的產(chǎn)生使led有了更大的發(fā)展空間12LedLed技術(shù)技術(shù) LED 即 Light Emitting Diode，發(fā)光二極管，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導體器件它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個半導體的晶片，晶片的一端附著 LED燈珠，在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。13 半導體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導體，在它里面空穴占主導地位，另一端是N型半導體，在這邊主要是電子。但這兩種半導體連接起

9、來的時候，它們之間就形成一個“P-N結(jié)”。當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長決定光的顏色，是由形成P-N結(jié)材料決定的。大功率高亮大功率高亮ledled芯片芯片半導體發(fā)光的原理半導體發(fā)光的原理14一、體積小一、體積小 LED基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹脂里面，所以它非常小，非常輕。二、耗電量低二、耗電量低LED耗電相當?shù)停绷黩?qū)動，超低功耗（單管0.03-0.06瓦），電光功率轉(zhuǎn)換接近30%。一般來說LED的工作電壓是2-3.6V，工作電流是0.02-0.03A；這就是說，它消耗

10、的電能不超過0.1W，相同照明效果比傳統(tǒng)光源節(jié)能近80%。三、使用壽命長三、使用壽命長有人稱LED光源為長壽燈。它為固體冷光源，環(huán)氧樹脂封裝，燈體內(nèi)也沒有松動的部分，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰等缺點，在恰當?shù)碾娏骱碗妷合拢褂脡勖蛇_6萬到10萬小時，比傳統(tǒng)光源壽命長10倍以上。四、高亮度、低熱量四、高亮度、低熱量LED使用冷發(fā)光技術(shù)，發(fā)熱量比普通照明燈具低很多。五、環(huán)保五、環(huán)保LED是由無毒的材料作成，不像熒光燈含水銀會造成污染，同時LED也可以回收再利用。光譜中沒有紫外線和紅外線，既沒有熱量，也沒有輻射，眩光小，冷光源，可以安全觸摸，屬于典型的綠色照明光源LEDLED相比傳統(tǒng)照明的特

11、點相比傳統(tǒng)照明的特點15六、堅固耐用六、堅固耐用LED被完全封裝在環(huán)氧樹脂里面，比燈泡和熒光燈管都堅固。燈體內(nèi)也沒有松動的部分，使得LED不易損壞。 七、變幻多七、變幻多LED光源可利用紅、綠、藍三基色原理，在計算機技術(shù)控制下使三種顏色具有256級灰度并任意混合，即可產(chǎn)生256256256256256=16,777,216256=16,777,216種顏色，形成不同光色的組合變化多端，實現(xiàn)豐富多彩的動態(tài)變化效果及各種圖像。八、技術(shù)先進八、技術(shù)先進與傳統(tǒng)光源單調(diào)的發(fā)光效果相比，LED光源是低壓微電子產(chǎn)品。它成功融合了計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、圖像處理技術(shù)、嵌入式控制技術(shù)等，所以亦是數(shù)字信息化產(chǎn)品

12、，是半導體光電器件“高新尖”技術(shù)，具有在線編程、無限升級、靈活多變的特點。LEDLED相比傳統(tǒng)照明的特點相比傳統(tǒng)照明的特點16LedLed產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)成產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)成原材料LED應(yīng)用芯片制備外延片生長 封裝集成17LED-LED-原材料原材料砷化鎵LEDLED是由是由-族化合物，如族化合物，如GaAsGaAs（砷化鎵）、（砷化鎵）、GaPGaP（磷化鎵）、（磷化鎵）、GaAsPGaAsP（磷砷化鎵）等半導體制成的。（磷砷化鎵）等半導體制成的。18LEDLED外延片生長的基本原理是：在一塊外延片生長的基本原理是：在一塊LEDLED外延片加熱至適當溫度的襯底外延片加熱至適當溫度的襯底基片基片( (主要有藍

13、寶石和、主要有藍寶石和、SiCSiC、Si)Si)上，氣態(tài)物質(zhì)上，氣態(tài)物質(zhì)InGaAlPInGaAlP有控制的輸送到有控制的輸送到襯底表面，生長出特定單晶薄膜。目前襯底表面，生長出特定單晶薄膜。目前LEDLED外延片生長技術(shù)主要采用有外延片生長技術(shù)主要采用有機金屬化學氣相沉積方法。機金屬化學氣相沉積方法。 LEDLED外延片襯底材料是半導體照明產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的基石。不同的襯外延片襯底材料是半導體照明產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的基石。不同的襯底材料，需要不同的底材料，需要不同的LEDLED外延片生長技術(shù)、芯片加工技術(shù)和器件封裝技外延片生長技術(shù)、芯片加工技術(shù)和器件封裝技術(shù)，襯底材料決定了半導體照明技術(shù)的發(fā)展路線。

14、術(shù)，襯底材料決定了半導體照明技術(shù)的發(fā)展路線。 LEDLED外延片外延片19芯片制備基于藍寶石生長的芯片基于藍寶石生長的芯片20LedLed封裝封裝 LED的封裝的任務(wù)是將外引線連接到LED芯片的電極上，同時保護好led芯片，并 且起到提高光取出效率的作用。封裝完成的封裝完成的ledled21LedLed的應(yīng)用的應(yīng)用LedLed雖有節(jié)能特性，但當前較大功率的雖有節(jié)能特性，但當前較大功率的ledled存在易發(fā)熱的問題，如圖示的存在易發(fā)熱的問題，如圖示的ledled燈頭需要燈頭需要金屬散熱，輕巧優(yōu)勢就不那么明顯。金屬散熱，輕巧優(yōu)勢就不那么明顯。22ledled照明應(yīng)用照明應(yīng)用背光照明便攜燈具其他照明

15、普通照明投影光源特殊照明汽車用燈LED照明的應(yīng)用23便攜燈具便攜燈具: :手電筒、頭燈、礦工燈、潛水燈等，手電筒、頭燈、礦工燈、潛水燈等，LedLed燈珠低能耗，小巧的特點，使便攜燈具更燈珠低能耗，小巧的特點，使便攜燈具更加輕便，和較長的使用時間。加輕便，和較長的使用時間。產(chǎn)品名稱：產(chǎn)品名稱：LED潛水燈潛水燈24 汽車用燈汽車用燈: :高位剎車燈、剎車燈、倒車燈等。高位剎車燈、剎車燈、倒車燈等。高位剎車燈高位剎車燈25轉(zhuǎn)向燈轉(zhuǎn)向燈26大功率的大功率的LEDLED已被大量用于汽車照明中，已被大量用于汽車照明中，夜晚刺眼的燈光有夜晚刺眼的燈光有l(wèi)edled的一些功勞。的一些功勞。27 特殊照明特

16、殊照明: :太陽能庭院燈、太陽能路燈、水底燈等太陽能庭院燈、太陽能路燈、水底燈等28LedLed路燈，可有效降低公共照明能耗路燈，可有效降低公共照明能耗29 由于由于LEDLED尺寸小，便于動態(tài)的亮度和顏色控制尺寸小，便于動態(tài)的亮度和顏色控制因此比較適合用于建筑裝飾照明。因此比較適合用于建筑裝飾照明。30 背光照明背光照明: :筆記本電腦背光源、大尺寸超大尺寸筆記本電腦背光源、大尺寸超大尺寸LCDLCD顯示器背光源等。顯示器背光源等。31取代冷陰極射線管的取代冷陰極射線管的LEDLED背光源背光源32LEDLED作為手機、電腦顯示的背光源是作為手機、電腦顯示的背光源是LEDLED應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)

17、域。應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域。33投影光源投影光源34普通照明普通照明: :各類通用照明燈具、照明光源等各類通用照明燈具、照明光源等35LEDLED信號燈信號燈LedLed的數(shù)字信息化，節(jié)能，壽命長的特點，是信號燈的良好光源，能使太陽能信號燈的體積明顯縮小的數(shù)字信息化，節(jié)能，壽命長的特點，是信號燈的良好光源，能使太陽能信號燈的體積明顯縮小。36 單色單色構(gòu)成構(gòu)成LEDLED顯示屏的發(fā)光像只有一種顏色，一般是紅色或綠色，顯示屏的發(fā)光像只有一種顏色，一般是紅色或綠色，由于藍色由于藍色LEDLED 的成本高，一般只用于制作全彩屏。的成本高，一般只用于制作全彩屏。LEDLED顯示屏顯示屏37 全彩色：構(gòu)成全彩

18、色：構(gòu)成LEDLED顯示屏的發(fā)光元素有紅綠藍三種顏色，依靠紅綠兩顯示屏的發(fā)光元素有紅綠藍三種顏色，依靠紅綠兩種基色的不同灰度等組合可以較好的還原自然界的色彩，具有豐富的種基色的不同灰度等組合可以較好的還原自然界的色彩，具有豐富的表現(xiàn)力。表現(xiàn)力。室內(nèi)室內(nèi)ledled顯示屏顯示屏38戶外顯示屏戶外顯示屏39奧運會的室內(nèi)顯示屏奧運會的室內(nèi)顯示屏40國內(nèi)國內(nèi)ledled產(chǎn)業(yè)近況產(chǎn)業(yè)近況 整個整個20112011年，年，LEDLED產(chǎn)業(yè)投資保持高速增長，產(chǎn)業(yè)投資保持高速增長，投資額已超過投資額已超過數(shù)百億數(shù)百億元，增速超過元，增速超過90%90%，成為名副其實的投資熱點。目前我國已初步形成，成為名副其實

19、的投資熱點。目前我國已初步形成珠三角、長三角、北方地區(qū)、江西及福建地區(qū)四大半導體照明產(chǎn)業(yè)聚珠三角、長三角、北方地區(qū)、江西及福建地區(qū)四大半導體照明產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)域，外延片生產(chǎn)、芯片制備、封裝集成、集區(qū)域，外延片生產(chǎn)、芯片制備、封裝集成、LEDLED應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)鏈初步應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)鏈初步構(gòu)成。但眾多國內(nèi)廠商缺乏核心技術(shù)，在創(chuàng)新研發(fā)上投入非常小，狂構(gòu)成。但眾多國內(nèi)廠商缺乏核心技術(shù)，在創(chuàng)新研發(fā)上投入非常小，狂熱發(fā)展暴露了產(chǎn)業(yè)缺陷。熱發(fā)展暴露了產(chǎn)業(yè)缺陷。LEDLED產(chǎn)業(yè)正面臨核心技術(shù)掣肘、標準缺失與產(chǎn)業(yè)正面臨核心技術(shù)掣肘、標準缺失與資金滯壓等瓶頸。資金滯壓等瓶頸。41LedLed制造商制造商 以以 LED LED

20、 制造商來看，制造商來看，LED LED 產(chǎn)業(yè)的第一級領(lǐng)導廠商都是屬于歐洲、產(chǎn)業(yè)的第一級領(lǐng)導廠商都是屬于歐洲、美國與日本的廠商。包含日亞美國與日本的廠商。包含日亞 、豐田合成、豐田合成 、飛利浦、飛利浦Lumileds Lumileds 、科銳、科銳與歐斯朗，以及東芝、松下與夏普。他們不僅擁有高階的技術(shù)與專利，與歐斯朗，以及東芝、松下與夏普。他們不僅擁有高階的技術(shù)與專利，而且都是以進攻高階之超高亮度而且都是以進攻高階之超高亮度 LED LED 市場邁進。所以目標放在一般照市場邁進。所以目標放在一般照明與汽車照明。明與汽車照明。 第二級廠商，主要是臺灣與南韓公司。由于臺灣、南韓都擁有液晶第二級廠

21、商，主要是臺灣與南韓公司。由于臺灣、南韓都擁有液晶面板的整體價值鏈，所以其對于面板的整體價值鏈，所以其對于LEDLED投資是看重于其對于整體產(chǎn)業(yè)鏈的投資是看重于其對于整體產(chǎn)業(yè)鏈的附加價值，所以他們可通過授權(quán)生產(chǎn)所需產(chǎn)品。附加價值，所以他們可通過授權(quán)生產(chǎn)所需產(chǎn)品。 LED LED 第三級的廠商是在中國大陸。在中國大陸的第三級的廠商是在中國大陸。在中國大陸的LED LED 廠商都是賺廠商都是賺取最低階取最低階 LED LED 的毛利。例如：在南韓地區(qū)，也只不過只有的毛利。例如：在南韓地區(qū)，也只不過只有5 5家家LEDLED封裝封裝廠，可是在中國大陸就有高達廠，可是在中國大陸就有高達5 5千多家封裝廠，并且以低階千多家封裝廠，并且以低階 LED LED 封裝封裝為主。為主。 42國外國外ledled應(yīng)用應(yīng)用創(chuàng)意產(chǎn)品創(chuàng)意產(chǎn)品43 這款手表外形優(yōu)雅，極富未來感，設(shè)計師在大膽發(fā)揮想象力的同這款手表外形優(yōu)雅，極富未來感，設(shè)計師在