1、半导体行业研究2014年5月2基础知识基础知识导体：导体： 自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。绝缘体：绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料 和石英。和石英。半导体：半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导 体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。 半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质半导体的导电机理不同于其它物质，所
2、以它具有不同于其它物质的特点。例如：当受外界热和光的作用时，它的导电能的特点。例如：当受外界热和光的作用时，它的导电能 力明显变化。力明显变化。往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。 所以半导体又分为本征半导体和参杂半导体所以半导体又分为本征半导体和参杂半导体3半导体技术的发展半导体技术的发展 半导体技术是当今世界一个充满活力的，前景无限的，十分诱人的崭新的边缘科学领域。 通常认为集成电路是半导体技术的核心。 集成电路发展:从小规模集成（SSI）开始，经中规模集成(MSI)、大规模（LSI），发展到超大规模集成（VLSI）
3、，目前已进入特大规模(ULSI)和甚大规模(GSI). 集成电路制造水平及其变化以集成电路的“集成度”来反映出微电子集成电路产业集成电路芯片的设计与制造技术的水平。 “集成度” 概念：表示以单个管芯为单位，所包含（或称为集成）的晶体管个数。超大规模电路的集成度界定为1000万只晶体管/单位管芯。现在单片集成电路已经可超过80亿个元器件。 集成电路设计与制造技术水平的指标除了集成度之外，还有制造工艺水准:集成电路内电极引线的线径接近于0.18微米，硅圆片直径现已达到12英寸-约300mm。4半导体的主要用途半导体的主要用途材料名称制作器件主要用途(第一代半导体)代表材料：硅二极管、晶体管通讯、雷
4、达、广播、电视、自动控制集成电路各种计算机、通讯、广播、自动控制、电子钟表、仪表整流器整流晶闸管整流、直流输配电、电气机车、设备自控、高频振荡器射线探测器原子能分析、光量子检测太阳能电池太阳能发电(第二代半导体)代表材料：砷化镓各种微波管雷达、微波通讯、电视、移动通讯激光管光纤通讯红外发光管小功率红外光源霍尔元件磁场控制激光调制器激光通讯高速集成电路高速计算机、移动通讯太阳能电池太阳能发电(第三代半导体)代表材料：氮化镓激光器件光学存储、激光打印机、医疗、军事应用发光二极管(LED)信号灯、视频显示、微型灯泡、移动电话紫外探测器分析仪器、火焰检测、臭氧监测集成电路通讯基站（功放器件）、永远性内
5、存、电子开关、导弹5半导体行业的分类半导体行业的分类半导体行业在国民经济行业分类半导体行业在国民经济行业分类 （GB/T4754-2002,GB/T4754-2002,制造业）中的分类制造业）中的分类4040通信设备、计算机及其他电子设备制造业通信设备、计算机及其他电子设备制造业41 405405 电子器件制造电子器件制造 4051 电子真空器件制造电子真空器件制造。 4052 半导体分立器件制造半导体分立器件制造 4053 集成电路制造集成电路制造 4059 光电子器件及其他电子器件制造光电子器件及其他电子器件制造6半导体行业的分类半导体行业的分类按照其制造技术可以分为：1、集成电路（int
6、egrated circuit）是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。2、分立器件：用半导体材料制成的具有一定功能的器件，统称半导体器件。为了与集成电路相区另，有时也称为分立器件。3、光电半导体：4、逻辑IC及模拟IC5、储存器7半导体材料的分类半导体材料的分类元素半导体元素半导体化合物半导体化合物半导体二元系三元系多元系非晶态和液态半导体材料有机化合物单一元素常用半导体材料常用半导体材料 所有的半导体材料都需要对原料进行
7、提纯，要求的纯度在6个“9”以上最高达11个“9”以上。提纯的方法分两大类：一是：不改变材料的化学组成进行提纯，称为物理提纯；二是：把元素先变成化合物进行提纯，再将提纯后的化合物还原成元素，称为化学提纯。 8半导体分立器件分类半导体分立器件分类1 1、半导体二极管：、半导体二极管：锗二极管、硅二极管、化合物二极管等；2 2、半导体三极管：、半导体三极管：锗三极管、硅三极管、化合物三极管等；3 3、特种器件及传感器；、特种器件及传感器； 敏感器件：压力敏感器件、磁敏器件（含豁尔器件及霍尔电路）、气敏器件、湿敏器件、离子敏感器件、声敏感器件、射线敏感器件、生物敏感器件、静电感器件等；4 4、半导体
8、器件专用零件。、半导体器件专用零件。9半导体的应用半导体的应用大规模大规模集成电集成电路和计路和计算机算机光光通通信信技技术术无无线线通通信信技技术术太太阳阳能能电电池池半半导导体体发发光光管管 军事军事和和环保环保方面方面的的应用应用光盘存储和激光器光盘存储和激光器半导体的行业应用半导体的行业应用10子行业子行业-半导体照明半导体照明11LedLed发展史发展史 1907年第一次在一块碳化硅里观察到电致发光现象。 1936年出版了一个关于硫化锌粉末发射光的报告。 二十年代晚期在使用从锌硫化与铜中提炼的黄磷发光。 （此前的led都因光线微弱无法有效利用） 70年代中期，磷化镓被使用作为发光光源
9、，随后就发出灰白绿光。 80年代早期到中期对砷化镓磷化铝的使用使得第一代高亮度的LED的 诞生，先是红色，接着就是黄色，最后为绿色。 90年代中期，出现了超亮度的氮化镓LED，随即又制造出能产生高强 度的绿光和蓝光铟氮镓Led。 蓝光的产生使led有了更大的发展空间12LedLed技术技术 LED 即 Light Emitting Diode，发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附着 LED灯珠，在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。13 半导体晶片由两部分组成，一部
10、分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长决定光的颜色，是由形成P-N结材料决定的。大功率高亮大功率高亮ledled芯片芯片半导体发光的原理半导体发光的原理14一、体积小一、体积小 LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常小，非常轻。二、耗电量低二、耗电量低LED耗电相当低，直流驱动，超低功耗（单管0.03-0.06瓦），电光功率转换接
11、近30%。一般来说LED的工作电压是2-3.6V，工作电流是0.02-0.03A；这就是说，它消耗的电能不超过0.1W，相同照明效果比传统光源节能近80%。三、使用寿命长三、使用寿命长有人称LED光源为长寿灯。它为固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，在恰当的电流和电压下，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。四、高亮度、低热量四、高亮度、低热量LED使用冷发光技术，发热量比普通照明灯具低很多。五、环保五、环保LED是由无毒的材料作成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用。光谱中没有紫外线和红外线，既没有
12、热量，也没有辐射，眩光小，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源LEDLED相比传统照明的特点相比传统照明的特点15六、坚固耐用六、坚固耐用LED被完全封装在环氧树脂里面，比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分，使得LED不易损坏。 七、变幻多七、变幻多LED光源可利用红、绿、蓝三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生256256256256256=16,777,216256=16,777,216种颜色，形成不同光色的组合变化多端，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。八、技术先进八、技术先进与传统光源单调的发光效果相比，LED光源是低压微电子
13、产品。它成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等，所以亦是数字信息化产品，是半导体光电器件“高新尖”技术，具有在线编程、无限升级、灵活多变的特点。LEDLED相比传统照明的特点相比传统照明的特点16LedLed产业链构成产业链构成原材料LED应用芯片制备外延片生长 封装集成17LED-LED-原材料原材料砷化镓LEDLED是由是由-族化合物，如族化合物，如GaAsGaAs（砷化镓）、（砷化镓）、GaPGaP（磷化镓）、（磷化镓）、GaAsPGaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的。（磷砷化镓）等半导体制成的。18LEDLED外延片生长的基本原理是：在一块外延片生长的基本原
14、理是：在一块LEDLED外延片加热至适当温度的衬底外延片加热至适当温度的衬底基片基片( (主要有蓝宝石和、主要有蓝宝石和、SiCSiC、Si)Si)上，气态物质上，气态物质InGaAlPInGaAlP有控制的输送到有控制的输送到衬底表面，生长出特定单晶薄膜。目前衬底表面，生长出特定单晶薄膜。目前LEDLED外延片生长技术主要采用有外延片生长技术主要采用有机金属化学气相沉积方法。机金属化学气相沉积方法。 LEDLED外延片衬底材料是半导体照明产业技术发展的基石。不同的衬外延片衬底材料是半导体照明产业技术发展的基石。不同的衬底材料，需要不同的底材料，需要不同的LEDLED外延片生长技术、芯片加工技
15、术和器件封装技外延片生长技术、芯片加工技术和器件封装技术，衬底材料决定了半导体照明技术的发展路线。术，衬底材料决定了半导体照明技术的发展路线。 LEDLED外延片外延片19芯片制备基于蓝宝石生长的芯片基于蓝宝石生长的芯片20LedLed封装封装 LED的封装的任务是将外引线连接到LED芯片的电极上，同时保护好led芯片，并 且起到提高光取出效率的作用。封装完成的封装完成的ledled21LedLed的应用的应用LedLed虽有节能特性，但当前较大功率的虽有节能特性，但当前较大功率的ledled存在易发热的问题，如图示的存在易发热的问题，如图示的ledled灯头需要灯头需要金属散热，轻巧优势就不
16、那么明显。金属散热，轻巧优势就不那么明显。22ledled照明应用照明应用背光照明便携灯具其他照明普通照明投影光源特殊照明汽车用灯LED照明的应用23便携灯具便携灯具: :手电筒、头灯、矿工灯、潜水灯等，手电筒、头灯、矿工灯、潜水灯等，LedLed灯珠低能耗，小巧的特点，使便携灯具更灯珠低能耗，小巧的特点，使便携灯具更加轻便，和较长的使用时间。加轻便，和较长的使用时间。产品名称：产品名称：LED潜水灯潜水灯24 汽车用灯汽车用灯: :高位刹车灯、刹车灯、倒车灯等。高位刹车灯、刹车灯、倒车灯等。高位刹车灯高位刹车灯25转向灯转向灯26大功率的大功率的LEDLED已被大量用于汽车照明中，已被大量用
17、于汽车照明中，夜晚刺眼的灯光有夜晚刺眼的灯光有ledled的一些功劳。的一些功劳。27 特殊照明特殊照明: :太阳能庭院灯、太阳能路灯、水底灯等太阳能庭院灯、太阳能路灯、水底灯等28LedLed路灯，可有效降低公共照明能耗路灯，可有效降低公共照明能耗29 由于由于LEDLED尺寸小，便于动态的亮度和颜色控制尺寸小，便于动态的亮度和颜色控制因此比较适合用于建筑装饰照明。因此比较适合用于建筑装饰照明。30 背光照明背光照明: :笔记本电脑背光源、大尺寸超大尺寸笔记本电脑背光源、大尺寸超大尺寸LCDLCD显示器背光源等。显示器背光源等。31取代冷阴极射线管的取代冷阴极射线管的LEDLED背光源背光源
18、32LEDLED作为手机、电脑显示的背光源是作为手机、电脑显示的背光源是LEDLED应用最广泛的领域。应用最广泛的领域。33投影光源投影光源34普通照明普通照明: :各类通用照明灯具、照明光源等各类通用照明灯具、照明光源等35LEDLED信号灯信号灯LedLed的数字信息化，节能，寿命长的特点，是信号灯的良好光源，能使太阳能信号灯的体积明显缩小的数字信息化，节能，寿命长的特点，是信号灯的良好光源，能使太阳能信号灯的体积明显缩小。36 单色单色构成构成LEDLED显示屏的发光像只有一种颜色，一般是红色或绿色，显示屏的发光像只有一种颜色，一般是红色或绿色，由于蓝色由于蓝色LEDLED 的成本高，一
19、般只用于制作全彩屏。的成本高，一般只用于制作全彩屏。LEDLED显示屏显示屏37 全彩色：构成全彩色：构成LEDLED显示屏的发光元素有红绿蓝三种颜色，依靠红绿两显示屏的发光元素有红绿蓝三种颜色，依靠红绿两种基色的不同灰度等组合可以较好的还原自然界的色彩，具有丰富的种基色的不同灰度等组合可以较好的还原自然界的色彩，具有丰富的表现力。表现力。室内室内ledled显示屏显示屏38户外显示屏户外显示屏39奥运会的室内显示屏奥运会的室内显示屏40国内国内ledled产业近况产业近况 整个整个20112011年，年，LEDLED产业投资保持高速增长，投资额已超过数百亿产业投资保持高速增长，投资额已超过数
20、百亿元，增速超过元，增速超过90%90%，成为名副其实的投资热点。目前我国已初步形成，成为名副其实的投资热点。目前我国已初步形成珠三角、长三角、北方地区、江西及福建地区四大半导体照明产业聚珠三角、长三角、北方地区、江西及福建地区四大半导体照明产业聚集区域，外延片生产、芯片制备、封装集成、集区域，外延片生产、芯片制备、封装集成、LEDLED应用的产业链初步应用的产业链初步构成。但众多国内厂商缺乏核心技术，在创新研发上投入非常小，狂构成。但众多国内厂商缺乏核心技术，在创新研发上投入非常小，狂热发展暴露了产业缺陷。热发展暴露了产业缺陷。LEDLED产业正面临核心技术掣肘、标准缺失与产业正面临核心技术
21、掣肘、标准缺失与资金滞压等瓶颈。资金滞压等瓶颈。41LedLed制造商制造商 以以 LED LED 制造商来看，制造商来看，LED LED 产业的第一级领导厂商都是属于欧洲、产业的第一级领导厂商都是属于欧洲、美国与日本的厂商。包含日亚美国与日本的厂商。包含日亚 、丰田合成、丰田合成 、飞利浦、飞利浦Lumileds Lumileds 、科锐、科锐与欧斯朗，以及东芝、松下与夏普。他们不仅拥有高阶的技术与专利，与欧斯朗，以及东芝、松下与夏普。他们不仅拥有高阶的技术与专利，而且都是以进攻高阶之超高亮度而且都是以进攻高阶之超高亮度 LED LED 市场迈进。所以目标放在一般照市场迈进。所以目标放在一般
22、照明与汽车照明。明与汽车照明。 第二级厂商，主要是台湾与南韩公司。由于台湾、南韩都拥有液晶第二级厂商，主要是台湾与南韩公司。由于台湾、南韩都拥有液晶面板的整体价值链，所以其对于面板的整体价值链，所以其对于LEDLED投资是看重于其对于整体产业链的投资是看重于其对于整体产业链的附加价值，所以他们可通过授权生产所需产品。附加价值，所以他们可通过授权生产所需产品。 LED LED 第三级的厂商是在中国大陆。在中国大陆的第三级的厂商是在中国大陆。在中国大陆的LED LED 厂商都是赚厂商都是赚取最低阶取最低阶 LED LED 的毛利。例如：在南韩地区，也只不过只有的毛利。例如：在南韩地区，也只不过只有
23、5 5家家LEDLED封装封装厂，可是在中国大陆就有高达厂，可是在中国大陆就有高达5 5千多家封装厂，并且以低阶千多家封装厂，并且以低阶 LED LED 封装封装为主。为主。 42国外国外ledled应用应用创意创意产品产品43 这款手表外形优雅，极富未来感，设计师在大胆发挥想象力的同这款手表外形优雅，极富未来感，设计师在大胆发挥想象力的同时融入了精湛的工艺，让其成为一款走在城市时尚尖端的产品。时融入了精湛的工艺，让其成为一款走在城市时尚尖端的产品。 时时间显示方式非常特别，是用多种颜色的间显示方式非常特别，是用多种颜色的LEDLED灯组合闪烁而成。可手表灯组合闪烁而成。可手表的设置却很简单易
24、懂。最重要的是你能拥有一款独具自己风格的时间的设置却很简单易懂。最重要的是你能拥有一款独具自己风格的时间显示工具显示工具44 飞利浦公司发布他们的技飞利浦公司发布他们的技术，可以让服装或是任何纺织术，可以让服装或是任何纺织品能够变成显示屏，表现各式品能够变成显示屏，表现各式各样的图案。各样的图案。 所有这些都可以被隐藏在所有这些都可以被隐藏在普通布料下面，不显示的时候普通布料下面，不显示的时候甚至看不出它和普通的织物有甚至看不出它和普通的织物有什么区别，摘掉控制器也可以什么区别，摘掉控制器也可以随意洗涤。随意洗涤。 显示器的控制其可以通过显示器的控制其可以通过USBUSB同同PCPC连接，在计算机上编辑连接，在计算机上编辑显示图案。还可以连接一个显示图案。还可以连接一个GSMGSM模块，直接在你的衣服上显示模块，直接在你的衣服上显示短信等等。整个显示系统的耗短信等等。整个显示系统的耗电量约电量约20W20W，使用内置锂电池可，使用内置锂电池可以工作以工作3 3到到4 4小时。小时。 45为了让水温调节更为直观，为了让水温调节更为直观，LEDLED灯根据水温的不同来变换不同灯根据水温的不同来变换不同的色彩，蓝色表示冷水，红色的色彩，蓝色表示冷水，红色则表示热水则表示热水46索尼带有微型索尼带有微型LEDLED投影的投影的DVDV47
