一、红外探测技术的应用最近俄乌战争有升级的趋势，从双方公布的战场细节来看，在战争中用到了许多红外探测技术。现代红外探测器技术的研发始于第二次世界大战期间，特别是红外光子技术和半导体材料科学的结合，以及冷战军备的刺激，使红外探测器技术在过去的60多年里，取得了快速而迅猛的发展。目前，红外探测技术在现代战争中发挥着极其重要的作用。具有红外探测和成像功能的武器装备遍布海陆空各作战平台，其对控制战场形势具有至关重要的意义。红外探测技术不但在军事应用中发挥着重要作用，在民用方面也颇具应用价值。其在大量工业、医疗、交通...
SiC材料这几年关注的人越来越多，逐渐从幕后走到了台前，技术的进步少不了那些研发SiC材料的科技工作者夜以继日。首先要提出的是美国的Wolfspeed公司，也有人没听过Wolfspeed，但听过Cree公司，这家公司生产的SiC材料在全球占有率超过80%，Cree在2015年被Wolfspeed公司收购，以Wolfspeed名称对外。SiC器件的普及应用和Rohm公司也有一丝联系，在8年前，人们都还不太关注SiC材料时，Rohm公司已经看到了这种材料的优势，并开始赞助Venturi赛车队，并将车队车辆上的IGBT+Si的FRD方案升级为IGBT+SiC的SBD方案，因此赛车的整车重量下降了2公斤，尺寸减小19...
前段时间，小米隆重的召开了小米汽车的技术发布会，雷军在台上重点讲解了小米汽车的技术优势，其中SiC电控模块被重点介绍。SiC IGBT包含了两个专业领域知识，即什么是SiC?什么是IGBT?因这两个领域跨度大，一口气说不清楚，今天先来了解上半部分的内容，即什么是SiC(碳化硅)？SiC这个词现在提的人是越来越多，感觉是个很高端很有技术含量的词，如何才能通俗的了解这个材料呢？SiC是一种两种元素组成的化合物，类似我们平时吃的食盐是NaCl,喝的水是H2O，都是化合物。最早人工合成SiC的方法非常简单粗暴，在140年前，一名美国化学家Acheson通过焦炭与硅...
一、什么是芯片封装？芯片封装作为设计和制造电子产品开发过程中的关键技术之一日益受到半导体行业的关注和重视。封装的作用主要有保护电路免受外界环境的影响、避免噪声信号的污染，屏蔽外场的串扰，支撑封装体内机械机构、电气互连，缓解封装体内部的机械应力，提供从封装体内功率器件到外界环境的热传递路径，使芯片间的引线从封装体牢固地引出而非直接装配在基片上等功能。封装技术的优劣直接关系到芯片自身性能的发挥以及与芯片连接的PCB(印制电路板)的设计和制备，因此封装是至关重要的。高密度封装应半导体技术的发展，实现电子器件由二维(2D...
一、什么是外延？外延（Epitaxy）这个词来源于希腊语，意为“在上方排列”。外延生长，是指在具有特定晶格的洁净衬底表面上沉积一层按衬底晶向生长的单晶层，新沉积的这层因为犹如衬底向外延伸出来的一样而被称为外延层。根据外延生长的材料与衬底是否相同，可以分为同质外延和异质外延两种类型。顾名思义，同质外延指的是外延生长的材料和衬底是同一种材料的生长方式，例如在Si片上生长Si薄膜、在ZnO衬底上生长ZnO薄膜等。因为晶格匹配度高，同质外延容易得到高结晶质量的单晶薄膜，但是对于特定的材料而言，相同的高质量衬底难以获得，从而造成成...
一、分子束外延工艺介绍分子束外延(Molecular beam epitaxy,MBE)是一种在超高真空状态下，进行材料外延技术，下图为分子束外延的核心组成，包括受热的衬底和释放到衬底上的多种元素的分子束。在这个过程中，晶体衬底被加热升温，各种分子束流被发射到衬底表面发生相互作用，最终在衬底上结合成单质或化合物半导体，外延层的厚度可以控制在10E-10m至10E-6m的量级之间，也就是纳米级别的厚度。在半导体行业我们常听到的光刻机，可实现为3nm或5nm半导体工艺，分子束外延设备在进行材料生长时，也是纳米级别。举个例子，我们蒸镀设备，在进行薄膜材料生...
一、什么是外延？很多人，尤其是小朋友喜欢吃生日蛋糕，蛋糕在制作时先蒸好蛋糕的底材形状，在半导体中称为衬底。再在蛋糕上刷一层奶油，奶油很甜，铺满整个蛋糕表面，这一层奶油在半导体工艺中叫做外延。许多半导体器件衬底没有或者只有少部分功能，大多数光电性能都是通过外延来实现的。高质量外延材料是制备和研究半导体器件的基础，如何获得高质量的外延材料成了提升半导体性能的关键。早期真空蒸镀是制备高质量金属薄膜的有效方式。什么是蒸镀呢？类似我们用一口大锅烧白开水，水开始沸腾后挥发，附着在锅盖上，锅盖上的这一层水汽就是薄膜。早...
一、SiC 晶体的结构及性质SiC是一种Si元素和C元素以1:1比例形成的二元化合物，即百分之五十的硅（Si）和百分之五十的碳（C），其基本结构单元为 Si-C 四面体。举个例子，Si原子直径大，相当于苹果，C原子直径小，相当于橘子，把数量相等的橘子和苹果堆在一起就成了SiC晶体。SiC 是一种二元化合物，其中 Si-Si 键原子间距为3.89 Å，这个间距如何理解呢？目前市面上最牛逼的光刻机光刻精度3nm，就是30Å的距离，光刻精度是原子距离的8倍。Si-Si键能大小为 310 kJ/mol，可以理解键能是把这两个原子拉开的力度，键能越大，需要拉开的力越大。Si-C 键原...
一、战斗机如何在黑夜里工作？有没有想过，战斗机比如F-35是如何在黑夜里来无影去无踪的？靠无人驾驶吗？那如果有敌机跟进，或者导弹追踪如何躲避？靠雷达探测吗？如果碰到像歼-20这样的隐形战斗机如何发现？既然歼击机需要在黑夜中出没，甚至常常在黑夜里出没，比如打击恐怖组织时，黑夜中出行更容易避开居民，更容易精确打击，因此黑夜里的视线尤为重要！查询F-35官方资料，官方资料中介绍F-35有全方位、全天候的光电系统，简称:DAS和EOTS;DAS是AN/AAQ-37 Electro-Optical Distributed Aperture System的简称，EOTS是AN/AAQ-40Electro-Optical Tar...
最近看到一则新闻，上半年中国光刻机进口额39.63亿美元，同比增长64.8%，其中从荷兰进口额为25.86亿美元，超过一半的光刻机来自荷兰ASML公司。ASML公司第二季销售额69亿欧元，毛利率51.3%，其中EUV光刻机平均每台售价1500亿韩元，相当于8.7亿人民币。一台卖8.7亿人民币设备，这是啥神仙机器？是不是觉得很贵？虽然很贵，想买还不一定买得到，台积电、三星、Intel是ASML公司股东，有优先提货权，目前国内的半导体都在争取买最先进的光刻机。既然光刻机这么牛逼，不如先了解一下什么是光刻？上次写了一些简单的半导体知识，这次接着写写半导体的加工工...
一、什么是刻蚀？在半导体加工工艺中，常听到的两个词就是光刻(Lithography)和刻蚀(Etching)，它们像俩兄弟一样，一前一后的出现，有着千丝万缕的联系，这一节介绍半导体刻蚀工艺。如何通俗的理解半导体刻蚀工艺呢？举个例子，东晋时期，王羲之出去和朋友们聚会，酒过三巡，兴致正酣，便找仆人拿来笔墨纸砚文房三宝，提笔写下了《兰亭集序》。文章词句和书法手迹非常雅致，宾客们都觉得这是难得一见的墨宝，便吩咐仆人把这篇文章要雕刻在石碑上。仆人接到了这个艰巨任务，他认认真真的把《兰亭集序》真迹贴在石碑上，为了贴的平整一些，他还在石碑上...
第一次世界大战早期的飞机，设计师关注的是如何将飞机飞起来，飞多远。在外形设计上采用了巨大的双层机翼。从第一次世界大战到第二次世界大战尾声，无论是美国、德国还是苏联设计的飞机，都是相似的外形——圆筒形的机舱和两片长长的机翼。在第二次世界大战即将结束之际，德国人发明了一种强大的战争机器——喷气战机！尽管它最终没能拯救德国法西斯覆灭的命运，但人类迎来了喷气战机时代！经过第二次世界大战洗礼，领袖们明白了空中力量对于战争的重要性，美国从1944年生产第一架喷气战机起，开启了喷气战机时代！一、第一代战机美国第一架喷气战机...
半导体是这两年国家重点发展的行业，到底什么是半导体？生活中所有的物体按照导电性大致可分为三类：导体、半导体、绝缘体。这个很好理解，物体要么导电，要么不导电，要么有一点点导电，正是这种半推半就、不清不楚的物质给物理学家不同的发挥空间。太绝对的导电和不导电的物质没什么意思，而在不同情况下导电性发生变化的东西才是有意思的。来张图直观看看物体的导电性：按照导电性可分为：绝缘体:电导率很低，约介于20E－18S/cm～10E－8S/cm,如熔融石英及玻璃；导 体：电导率较高，介于10E4S/cm～10E6S/cm，如铝、银等金属。半导体：电导率则介于...
激光的原理早在 1916 年已经由著名物理学家爱因斯坦（Albert Einstein）的受激辐射理论所预言。世界上第一台可操作的激光器由梅曼（Theodore Harold "Ted" Maiman）在1960年成功研制，其增益介质为红宝石，波长为 694.3nm。激光器的诞生正式将激光引入实用领域。在工业上，通常将激光分为连续波、准连续、短脉冲、超短脉冲四类。“超快激光”，通常是指输出激光的脉冲宽度在10E-12S即皮秒级别，或小于皮秒级别的脉冲激光。想象一下，光在如此短的时间，能跑多远？假设地球上有个人将激光笔对着月亮，大概1.3秒后，激光就会达到月球表面。当然得理想...
一、红外制导的应用在军事需求的牵引和红外成像技术发展的推动下，精确制导武器已经发展了以光电、雷达、惯性导航、全球定位等技术为基础的多种精确制导技术。红外成像制导技术成了近一二十年来光电制导技术发展的热点。下图是红外制导导弹Tomahawk(战斧)及相关参数，其制导方式以GPS与Infrared camera(红外相机)复合制导。红外成像制导技术是利用目标和景物的热辐射成像进行目标识别，并对目标图像进行实时处理，获取误差信号反馈跟踪，用于引导导弹准确攻击目标的集光、机、电及信息处理于一体的一项技术，是一种具有较强抗干扰能力的制导体制。红...
一、IGBT的应用中国新能源汽车市场自2015年超越美国成为世界第一大新能源汽车市场，是全球新能源汽车市场迅猛增长的主要驱动力。电力电子技术在新能源汽车中应用广泛，是汽车动力总成系统高效、快速、稳定、安全能量变换的基础。新能源汽车中DC/DC拓扑主要应用于车载充电器，AC/DC拓扑主要应用于充电桩，DC/AC拓扑则主要应用于电机控制器。电机控制器用于实现大功率直流/交流变换之后驱动电动机，还可用于捕获再生制动能量并回馈给电池组，是新能源汽车的“心脏”，决定了汽车的功能安全性，高速平稳性和绿色舒适性。由于新能源汽车对续航里程的高需...
一、红外探测器的应用为什么在战斗机上常看到球形的玻璃罩子？这里面装的是什么呢？下图是F35战机头部的光电系统：下面是Su-57战机上的光电系统：Su-57机身上的光电及雷达系统如图所示：这些玻璃罩子里装的是红外探测器！红外探测器是战机光电系统核心组成部分，对寻找目标和导弹告警起到关键作用！在军事领域,由于红外探测系统能够有效提高战斗人员在烟雾及夜间环境下的目标识别能力,被广泛应用于坦克、装甲车及夜视镜等装备中,极大的提高了军队及单兵的作战能力；并且基于红外探测技术研制的自动跟踪导弹相对于普通的导弹武器具有更高的命中率；除...
一、半导体封装技术的发展微电子封装技术伴随着器件形式的发展而发展，其发展史也是器件性能不断提高、系统不断小型化的历史。从器件在基板上的安装方式分类，微电子封装可分为以下几个发展阶段：第一阶段为20世纪80年代之前的通孔安装(THD)时代，以TO型封装和双列直插封装为代表。IC的功能相对简单，引线数不多，封装可用于手工插入PCB的通孔中，引线节距固定，引线数的增加将意味着封装尺寸的增大，封装的最大安装密度是10pin/cm2。第二阶段是20世纪80年代的表面安装(SMT,表面组装/表面贴装)时代，其代表是小外形封装(SOP)和扁平封装(QFP),大大提...
一、半导体封装技术简介从事半导体行业，尤其是半导体封装行业的人，总绕不开几种封装工艺，那就是芯片粘接、引线键合、倒装连接技术。尤其以引线键合(Wire Bonding)及倒装连接(Flip Chip Bonding)最为常见，因为载带连接技术(TAB)有一定的局限性，封装上逐渐淘汰了这种技术。倒装芯片技术是通过芯片上的凸点直接将元器件朝下互连到基板、载体或者电路板上。引线键合的连接方式是将芯片的正面朝上，通过引线(通常是金线)将芯片与线路板连接。 引线键合、载带连接、倒装连接各有特点。其中倒装连接以结构紧凑，可靠性高在封装行业应用越来越广泛。二...
一、摄像头如何工作？摄像头可以将看到的图像真实的呈现出来，所见即所得。比如人眼看到的一座山的风景，是这样：手机摄像头设计后的外观是这样：红外摄像头设计后的外观是这样：如何将外界的图像真实地呈现在芯片上？对于芯片来说，外界图像可以按不同区域进行拆解，图像按区域拆解后是这样：拆解后的图片对芯片来讲，是下面这样：感光芯片的设计思想就是分割被描述的区域，用相应的灰度来填充。如果将图像拆解的方格（像元）足够小，就足够显示每一个图片的细节。这就是为什么手机像素要向2000W，3000W甚至更高像素发展的原因。芯片虽然接收到了光...
一、双极型晶体管的起源双极型晶体管是由贝尔实验室(Bell Laboratory)的一个研究团队在1947年发明的，第一个晶体管是将两条具有尖锐端点的金属线与锗衬底(germanium substrate)形成点接触(point contact)，以今天的水准来看，此第一个晶体管虽非常简陋但它却改变了整个电子工业及人类的生活方式。现代双极型晶体管，锗衬底已由硅(silicon)取代，点接触亦由两个相邻的耦合p‒n结(coupled p‒n junction)所取代，其结构可为p‒n‒p或n‒p‒n的形式。晶体管(transistor，是转换电阻transfer resistor的缩写)是一个多重结的半导体器件。通常晶体管会与其...
一、晶体结构与空间点阵若将组成晶体的原子（离子、分子等，以下称为结构基元）置于点阵的各个阵点上，则将还原为晶体结构，即：晶体结构=空间点阵+结构基元．下图是NaCl晶体结构：可以用图形来了解这个定义：空间点阵+结构基元=晶体结构再来一张图片：虽然空间点阵只有14种，但由于结构基元的多样性（可能是同种或异种原子、离子，也可能是分子、原子团等），因而每一种点阵因结构基元不同可表示多种晶体结构。下图是14种布拉菲点阵：由空间点阵和不同的结构基元衍生出了不同的晶体结构，下图晶体结构中虽然点阵相同，但晶体结构单元不同：例如Cu和...
一、半导体的起源1946年1月，彼时新中国尚未成立，国共还处在内战的关键时刻，远在太平洋彼岸的美国BELL实验室正式成立了一个半导体研究小组，小组内有3名核心成员，分别是Schokley、Bardeen和Brattain，俗称“晶体管三剑客”。三剑客有自己的研究优势，Bardeen提出了表面态理论，Schokley给出了实现放大器的基本设想，Brattain设计了实验。在三剑客成立的次年，1947年巴丁(Bardeen)和布莱登(Brattain)发明了点接触(point‒contact)晶体管。接着在1949年肖克莱(Shockley)发表了关于p‒n结和双极型晶体管的经典论文。有史以来的第一个晶体管中，在三...
红外制导的导弹，听到最多的就是响尾蛇导弹（AIM-9X）,导弹的外观是这样：可以看到导弹的最前方（导引头）有一块镜片，这块镜片是用来接收并追踪红外信号，实现对目标的攻击。什么是红外信号？红外信号就是红外辐射或者说是红外电磁波。大自然中一切高于0K的物体都在向外辐射电磁波，有人问0K是多少度？是零下273℃，大多数的人都没体验过零下二百多度的温度（冻碎了）。所以，自然界中的一切物体，都在无时无刻的向外辐射红外电磁波，只是我们人眼无法识别这种现象。人眼能识别的波长区域实质上很狭窄，区间大概在0.3-0.7um，在光谱范围内就是下面...
接触半导体行业的人，经常听到的一个词叫——晶圆，也常叫做Wafer。从外观上看晶圆是这样的：晶圆为什么是圆形呢？那就要从晶圆的制造工艺开始谈起了，我们知道制作晶圆的材料是硅，在自然界中硅元素有很多种形态，比如沙子是氧化硅，玻璃是硅酸盐。要将日常生活中的砂子制作成半导体材料，需要将砂子中的硅元素提炼出来。怎么提炼呢？一个字——烧！赤壁之战决定胜负的是火，芯片制造决定成败的也是火，古往今来，道理都是相通的。制造硅的原始材料是一种称为石英岩的高纯度硅砂(SiO2)。将硅砂与碳化硅混合熔炼得到固体硅：SiC+SiO2 → Si(固体)+Si...
“布拉格”这个词容易让人想到周杰伦的《布拉格广场》，在这儿，布拉格指的是人名，而且是两个人的名字——布拉格父子。父亲带着儿子一起做科学研究，研究数学方程还是罕见的，关键是老布拉格带着儿子还拿了个诺贝尔物理学奖。1913 年布拉格父子借助X 射线成功地测出金刚石的晶体结构，并提出了“布拉格公式”，为最终建立现代晶体学打下了基础，在1915 年获得诺贝尔物理学奖。当时，小布拉格年仅25岁，而老布拉格53岁。那么我们先来一睹布拉格父子的容颜，W.H.Bragg和W.L.Bragg。致敬，Respect!步入正题，我们来学习一下布拉格父子的学术成果。初中...
X射线，大家生活中偶尔会接触到，比如日常体检拍摄胸片，感冒发烧后肺部CT观察，这是X射线在医学上的应用。X射线在科技上，尤其是在材料分析领域也有各种各样的应用场景。什么是X-射线？在讲解X-射线之前，不得不提到一个人——伦琴 (1845 ~ 1923)，就是下面这个帅哥。他是德国物理学家，在1895 年发现 X射线，1901 年获首届诺贝尔物理学奖。伦琴大哥就是在下面这个实验室里发现并解读了这种射线，看上去很简陋，他的实验却震惊了整个科技界，现在他的实验都无时无刻地影响着我们的生活。故事是这样发生的：1895年11月8日，伦琴在实验室里从事阴极射...
在晶体生长过程中，人们经常会提到一种晶体的生长方法，叫做提拉法。提拉法是从同组成的熔体中生长单晶的一种主要方法。设备示意图如下图所示，将多晶原料装在坩埚中，并被加热到原料的熔点以上，此时，坩埚内的原料就熔化成熔体。在坩埚的上方有一根可以旋转和升降的提拉杆，杆的下端带有一个夹头，其上装有籽晶。降低提拉杆，使籽晶插入熔体中, 只要温度合适，籽晶既不熔掉也不长大，然后缓慢地向上提拉和转动晶杆, 熔体在籽晶表面凝固，得到与原籽晶结晶学取向相同的棒状晶体。在提拉过程中，缓慢地降低加热功率，籽晶就逐渐长粗，小心地调节加热...
在材料行业或半导体行业工作和学习的人，总绕不开一个词——晶体！什么是晶体？最常见的就是石英了，晶莹剔透，看上去就很直观。这是我们人眼能看到的宏观结构，晶体的定义实质上是从微观上定义的，专业的术语说：单晶是指结构基元在三维空间按长程有序排列而成的固态物质。通俗的理解就是，晶体就是物质的原子结构在排列组合上有规律，就像下面这样，晶体宏观上看到的是这样：如果能把这个晶体细分到原子级别，里面的原子排列是这样：原子长程有序指的是所有的原子都是按一定的规律进行排列。为了把这些让这种排序更直观，可以把原子结构简化，就可...
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