【科普专栏】论半导体技术与我们的生活

半导体技术的发展

半导体是一个技术日新月异的产业。最新半导体采用以纳米为单位的技术，1纳米相当于1米的十亿分之一。用目前的20纳米工艺举例，意味着在作为半导体原料的直径为30cm的晶圆上画出一条线，然后把这张晶圆放大到地球大小尺寸，20纳米的线的粗细大概相当于85cm左右。如今的半导体技术，可以看成是一种把地球看作帆布、用85cm粗毛笔画画的技术。

但是，即便如此微细的技术也无法满足未来半导体制造的要求。生产半导体时，就像平常照相成像的原理一样，未来使用的半导体芯片因为必须有极为微细化的电路，而使用一般的光源会产生波长干涉，无法准确地将电路投射到晶圆上，所以必须使用EUV这种波长极短的光源。然而EUV设备至今为止也没有完全实现商用化，作为试用品的EUV设备，每台的价格也大约达到1亿美金。

上个世纪七八十年代，内存芯片的技术竞争主要集中在容量上。谁更快生产出容量更大的半导体，谁就能在市场上取胜。当时，半导体技术的发展主要由美国和日本两国主导。比起其它技术上落后的企业，美日两国的企业会通过率先开发新一代大容量的产品而获利，而当其它企业在技术上渐渐追赶上来时，又开始大幅降价，使得后进企业很难获利。

然而，产业结构的变化伴随着市场的拐点出现了。80年代末，只有研究所和企业才使用的电脑逐渐出现在普通消费者的家中，标志着“个人电脑时代”的到来。而当电脑成为个人消费品后，半导体市场则得到了飞速的发展。

准确预测这一变化的有两家公司，那就是英特尔和三星电子。英特尔为了避开多家公司参与的竞争日益激烈的内存芯片市场，决定集中精力做CPU市场。三星虽然进入市场较晚，但是却研发出了许多领先的技术。尤其是三星公司最新自主研发的NAND闪存，将现有半导体芯片的平面设计模式创新性地改为3D立体堆叠式设计，产品性能和容量都将得到大大提升。

半导体技术为我们带来了什么？

20多年前，人们还很难想象今天的手机会发展到如此程度——现在的手机，不仅可以随时随地与人取得联系、分享信息，还可以随时上网。

这是多种电子技术综合创新的结果。但是，半导体技术的发展在中间起了关键的作用。半导体是导电性能可受控制，介于导体与绝缘体之间的材料，可以让每秒十亿次以上的计算变得可能，还可以将数百年阅读容量的新闻内容压缩在指甲盖大小的装置上。不仅如此，有些半导体还能造出光、并能将光转换成电子信号记录下来。

移动电话的出现，同样依赖将信号“装”在电波里并传输出去的半导体的发展。笨重的显像管电视发展成为壁挂式超薄电视，也依赖于半导体领域LCD的出现和可调节信号的显示驱动IC（DDI）的发展。

同样，现在拍照可以及时查看照片，不用像从前那样冲洗，也是因为有了半导体图像传感器的发展。在乘坐公车和地铁的时候，不用单独准备零钱，直接使用IC卡就能快速结算，也是多亏了智能卡里的RF芯片。

据统计，半导体涉及诸多日常生活用品，市场规模非常大。2014年，半导体市场规模预计达到3，370亿美元，相当于全球经济第30位国家GDP的规模。

因此，发展半导体产业潜力巨大。