万物皆有“芯”

同时，为了满足人们对体型更小、速度更快和性能更高设备的需求，半导体元件体积变得更小，功能变得更为强大。

“现在，几乎一切东西都离不开半导体。最新一代的手机比10到15年前甚至可能5年前的大型计算机拥有更强的计算能力。我们对手机里面的东西漠不关心。我们从未真正想过，为何我们能够在不到一秒的时间内将一张高分辨率照片上传到社交媒体，而全球数百万用户正在同时做同样的事情。” 特瑞堡半导体材料开发经理Murat Gulcur博士说道。

“如果仅10%的社交媒体用户每天只上传一张图片，想象一下需要处理和存储多少数据。”他继续说道，“我们再将需要不断存储和备份的电子邮件计算在内。数据量持续攀升，而在后台，所有这些数据都采用半导体进行处理。”

微型芯片或集成电路的计算能力与其拥有的晶体管数量直接相关。因此，提升计算能力则需要在这些设备上集成更多的晶体管。

“随着时间的推移，半导体背后的技术发生了巨大变化，尤其在半导体的小型化领域。”Gulcur继续说道。

“第一个集成电路仅有16个晶体管，其特征尺寸为40微米或40,000纳米——大约是人类头发丝宽度的一半。”Gulcur解释说，“特征尺寸”是指半导体器件中的最小尺寸。

1965年，因特尔联合创始人戈登·摩尔（Gordon Moore）曾说，单位面积的硅片上，晶体管数量每两年就会翻倍。几年之后，他将这一表述修正为：集成电路芯片上可容纳的晶体管的数量每18个月到24个月翻一倍，这就是现在我们所说的“摩尔定律”。这一惊人的预测已被证实。

今天的集成电路拥有数十亿个晶体管，制程工艺实现纳米级。截至目前，最先进的技术节点（或特征尺寸）已降至5纳米，相当于5个十亿分之一米。

“‘摩尔定律’直到最近还适用。”Gulcur说道，“但在不久的将来，也许我们终将看到集成电路中晶体管数量增长放缓。那是因为我们陷入了困境，由于特征尺寸现在已接近半导体的物理极限，我们无法在芯片的二维表面上集成更多晶体管。”

然而，处理能力和数据传输速度需要进一步提高。这不仅是我们可以看到和使用的设备的要求，也是最近出现的关键趋势的需求，例如自动驾驶、人工智能、大数据、云和物联网，这些都需要巨大的存储和处理能力。

“半导体工程师们正在创建复杂的三维架构，以在单位面积内集成更多的晶体管，进而提高处理能力。”Gulcur解释道，“我们正在超越传统物理学领域，进入量子物理学和力学领域，而且设计规则也在发生变化。”

微型芯片是在半导体制造厂制造的，这些制造厂本质上是配备极其昂贵和专业生产设备的巨型洁净室。大多数此类设备依赖能够承受半导体制造厂特别恶劣条件的关键密封。

“延长密封件的使用寿命是延长计划性维护间隔的关键。”Gulcur说道，“这可以降低半导体制造厂的总体拥有成本，但更重要的是，这可以优化半导体晶圆产量。在大批量半导体生产线上，分秒必争。必须避免紧急停机时间，并尽量减少计划性维护时间。”

在纳米尺度上，空气极脏。在生产中，与微型芯片制造相关的所有环节（包括密封件在内）都必须尽可能保持清洁，以免外部颗粒在半导体制造过程中侵入。

“肉眼看不到的颗粒会导致半导体晶圆出现缺陷。”Gulcur说道，“半导体制造设备中的密封件在交付时必须非常干净，以避免损坏微小的电子元件，造成所谓的致命缺陷。因此，从原材料到最终产品，我们用于半导体制造的密封件都是在洁净室中制造的。在准备发货前，我们的零件绝不会离开洁净室，并在经过深度清洁后进行特殊包装。这有助于我们的客户提高产量。”

此外，密封件还需要在半导体生产的所有工艺步骤中有效运行，而随着工艺步骤的增加和半导体制造厂中工艺条件变得更加苛刻，密封件的有效运行则更具挑战性。

“现在制造微型芯片需要更多的工艺步骤。”Gulcur说道，“例如，当特征尺寸为28纳米时，大约有400个工艺步骤。尽管在高端半导体制造中采用了先进的极紫外（EUV）光刻技术，但对于5纳米的特征尺寸，工艺步骤可达数千个。”

这些物品含有微型芯片:
- 会说话的泰迪熊  
- 自助点餐冰箱
- 糖尿病血糖监测仪
- 用于犬只的植入式身份识别
- 信用卡/音乐贺卡
- 安全标签
- 车钥匙

“每一个工艺步骤都必须在洁净室中进行。”他说道，“我们的洁净室很干净，在ISO 5/100级洁净室内，每立方米最多有100,000个大于0.1微米的颗粒。半导体制造商的洁净室是ISO 1级，是我们洁净室洁净度的10,000倍。”

“我们的密封件处于持续的开发周期中。”他说道，“随着行业不断变化调整来满足对更高的处理能力和处理量的需求，微型芯片制造商和我们面临的挑战都在与日俱增。”

“曾经表现优异的特种材料已达自身极限，我们需要开发下一代更出色的材料。为了继续满足半导体设备制造商的要求，我们必须时刻保持警惕，不仅要紧跟趋势，还要预测趋势以及这些趋势将如何影响我们的产品。我们需要随时采取行动。”

您知道半导体行业的术语吗？

· 半导体：一种导电性能介于绝缘体和导体之间的材料。
· 半导体制造厂：半导体制造工厂或晶圆代工厂。
· 晶圆：所有微型芯片或集成电路的基础。晶圆由纯硅晶体制成，纯硅晶体中掺入离子使其具备半导体特性。
· 微型芯片或集成电路：它们几乎等同，是指一组由多个电路元件组成的半导体设备。
· 特征或节点尺寸：特征或节点尺寸是对半导体器件尺寸的定义。特征尺寸越小，微型芯片越先进。
· 晶体管：一种用作开关或放大电信号的半导体电路元件。在计算机中，晶体管主要用作开关。晶体管阵列用于将数据存储为内存并以二进制模式进行计算。

全球最大的半导体市场

半导体是信息时代的基石。人们可以在手机、计算机、汽车、家用电器以及其他诸多应用领域找到它们的身影。中国目前是全球最大的半导体消费市场。虽然台湾的半导体行业在全球市场处于领先地位，但中国大陆的半导体行业却落后于韩国和美国等国家。因此，预计中国政府将大力着手制定一揽子本土半导体行业扶持计划。