前言

半導體集成電路（IC）元件的核心是芯片，被稱為“工業之米”。芯片已滲透到社會生活的各個領域，不僅機器設備，就連我們生活中不可或缺的電子手表、電冰箱、洗衣機、電飯鍋、手機等也離不開芯片。

以大數據、云計算為支撐，人們正在逐步實現各種機器的智能化。這些機器具有人的感知，能收集、加工各種信息，主動地進行某種目的的操作，經過學習訓練（機器學習）還能從事技術含量更高的工作等。而這一切，都是以各種芯片為基礎的。

芯片大約以每3年一代（集成度翻兩番）的速度日新月異地發展。盡管目前已有減速的跡象，但信息化、多媒體化、數字化、智能化的進程仍在繼續。所有這些都有賴于電子技術及作為其核心的芯片技術的持續進展。

芯片除在裝置、設備中扮演“部件”的角色外，其自身作為一個體系也在不斷發展、進化。從這種意義上講，將芯片形容為“進化中的細胞”或許更確切些。

時至今日，我國進口額最大的物資，不是石油、天然氣，也不是糧食，而是芯片。我國每年芯片的進口額高達2600多億美元，約折合1.7萬億元人民幣。裝備制造業的芯片相當于人的心臟，心臟不強，體量再大也不算強。我國要在芯片技術上加快實現重大突破，勇攀世界半導體科技高峰。

芯片是信息革命的核心技術和主要推動力，可以說，現在每一個信息產業的進步，都離不開芯片的發展。特別是當下的移動互聯網和人工智能時代，表面上看是蘋果手機、谷歌人工智能、互聯網公司APP大行其道，但其背后，是許多芯片在支撐海量數據的計算、處理、傳輸和通信。

沒有芯片的安全，就沒有信息的安全。核心的技術是買不來的，必須依靠自主創新。經過多年努力，我國芯片研發已取得明顯進步，一些領域有重大突破，但與西方國家相比，我們的芯片產業依然有很大差距。

目前，一方面芯片技術正日益廣泛、深入和快速地應用到現代社會的各個領域，而另一方面，很多人對芯片技術的了解、對其本質的認識卻一知半解，人云亦云。由于涉及大量尖端技術，難度極高，且芯片制作封閉于“與世隔絕”的超凈工作間，普通人很難了解其中的奧妙。同時，由于多學科交叉，即使某一學科的專家，也難以做到“一專百通”。面對涉及面廣、發展快、內容新而又相當深奧的半導體技術和芯片技術，迫切需要深入淺出、通俗易懂、內容廣泛、學科交叉，既針對現實又照顧到歷史由來和發展前景的科普讀物。

《圖解芯片技術》是“名師講科技前沿”系列中的一冊，其目的是全方位地介紹半導體及集成電路的基本知識。針對制造現場出現的，生產者和使用者經常考慮的、想要知道的、經常聽別人談起的問題，簡要地回答是什么和為什么，不僅能使讀者入門，而且對于芯片的最前沿領域的現狀和發展也有了解。本書可供從事芯片產業或關聯領域，以及在芯片工藝、制造裝置、制造材料等領域與技術或經營相關的讀者學習借鑒。

針對入門者、應用者和研究開發者等多方面的需求，本書在匯集大量資料的前提下，采用圖文并茂的形式，全面且簡明扼要地介紹芯片工作原理，集成電路材料，制作工藝，芯片的新進展、新應用及發展前景等。采用每章之下“節節清”的論述方式，左文右圖，圖文對照，并給出“本節重點”。力求做到深入淺出，通俗易懂；層次分明，思路清晰；內容豐富，重點突出；選材新穎，強調應用。

本書得到清華大學本科教材立項資助并受到清華大學材料學院的全力支持。原稿承蒙蔡堅、吳華強教授審閱，并采納了他們的寶貴意見，少部分內容還利用了吳華強教授的講稿，在此表示衷心感謝。

芯片技術涉及電路設計、制作、封裝、測試及材料等各個方面，作者水平有限，不妥之處，懇請讀者批評指正。