什么是半导体?半导体、芯片、集成电路、晶圆之间有什么区别?

要理解半导体、芯片、集成电路、晶圆的区别,首先需要明确它们的定义和层级关系 —— 从基础材料到加工载体,再到电路设计和最终产品,是一条完整的产业链逻辑。

一、什么是半导体?

半导体是一类导电性介于导体(如铜、铝)和绝缘体(如塑料、陶瓷)之间的材料。其核心特性是:导电性可被精确控制(比如通过掺杂杂质、施加电压等),能实现 “导电” 或 “不导电” 的状态切换,这是电子设备实现逻辑运算、信号处理的基础。

常见的半导体材料有:

硅(Si,最常用,占 90% 以上);

锗(Ge,早期使用);

化合物半导体(如砷化镓 GaAs、碳化硅 SiC 等,用于高频、高温场景)。

简单说,半导体是 “能控制导电性的材料”,是所有电子芯片的 “基石”。

二、晶圆(Wafer):半导体材料的 “加工载体”

晶圆是用半导体材料(主要是硅)制作的薄片,是制造芯片的 “原材料载体”。

制作过程大致是:

从高纯度硅原料(纯度 99.9999999%,即 9 个 9)拉制成单晶硅棒;

把单晶硅棒切割成厚度约 0.5-1 毫米的薄片,再经过打磨、抛光,形成表面极度平整的圆形薄片 —— 这就是晶圆。

晶圆的尺寸(直径)是关键指标,目前主流有 8 英寸(200mm)、12 英寸(300mm),尺寸越大,单次可制作的芯片数量越多,成本越低。

简单说,晶圆是 “半导体材料制成的圆形薄片”,是芯片的 “母体”,所有芯片都要在晶圆上加工。

来源:厦门毅睿科技官网

三、集成电路(IC,Integrated Circuit):“微型化的电路”

集成电路是将大量电子元件(晶体管、电阻、电容等)通过光刻、蚀刻等工艺,集成在一小块半导体材料(如晶圆上的一小块区域)上的微型电路。

举个例子:

早期的电路(如 1940 年代的收音机)是把单个电子管、电阻等用导线连接,体积庞大;

集成电路则是把这些元件 “刻” 在半导体材料上,比如一块指甲盖大小的集成电路,可能集成了数十亿个晶体管,实现复杂的逻辑运算(如 CPU)。

核心特点是 “微型化” 和 “集成度”,集成度越高(元件数量越多),功能越强。

简单说,集成电路是 “设计层面的微型电路”,是芯片的 “核心功能结构”。

四、芯片(Chip):“封装后的集成电路”

芯片是将晶圆上加工好的集成电路(单个或多个)切割下来,经过封装(加装外壳、引出引脚)后的成品。

封装的作用是:

保护内部脆弱的集成电路(免受物理 / 化学损伤);

提供与外部电路的连接(通过引脚传输电信号);

帮助散热。

比如我们手机里的骁龙芯片、电脑里的 CPU,都是封装后的集成电路,即 “芯片”。

注意:日常口语中,“芯片” 和 “集成电路” 常被混用,但严格来说,集成电路是未封装的电路结构,芯片是封装后的成品。

总结:四者的核心区别与关系

打个通俗的比方:

半导体好比 “钢材”(基础材料);

晶圆好比 “钢板”(用钢材轧成的薄片,加工的载体);

集成电路好比 “钢板上雕刻的复杂机械结构”(设计好的功能结构);

芯片好比 “装了外壳、能直接用的机械零件”(封装后的成品)。

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