前言

半导体集成电路（IC）元件的核心是芯片，被称为“工业之米”。芯片已渗透到社会生活的各个领域，不仅机器设备，就连我们生活中不可或缺的电子手表、电冰箱、洗衣机、电饭锅、手机等也离不开芯片。

以大数据、云计算为支撑，人们正在逐步实现各种机器的智能化。这些机器具有人的感知，能收集、加工各种信息，主动地进行某种目的的操作，经过学习训练（机器学习）还能从事技术含量更高的工作等。而这一切，都是以各种芯片为基础的。

芯片大约以每3年一代（集成度翻两番）的速度日新月异地发展。尽管目前已有减速的迹象，但信息化、多媒体化、数字化、智能化的进程仍在继续。所有这些都有赖于电子技术及作为其核心的芯片技术的持续进展。

芯片除在装置、设备中扮演“部件”的角色外，其自身作为一个体系也在不断发展、进化。从这种意义上讲，将芯片形容为“进化中的细胞”或许更确切些。

时至今日，我国进口额最大的物资，不是石油、天然气，也不是粮食，而是芯片。我国每年芯片的进口额高达2600多亿美元，约折合1.7万亿元人民币。装备制造业的芯片相当于人的心脏，心脏不强，体量再大也不算强。我国要在芯片技术上加快实现重大突破，勇攀世界半导体科技高峰。

芯片是信息革命的核心技术和主要推动力，可以说，现在每一个信息产业的进步，都离不开芯片的发展。特别是当下的移动互联网和人工智能时代，表面上看是苹果手机、谷歌人工智能、互联网公司APP大行其道，但其背后，是许多芯片在支撑海量数据的计算、处理、传输和通信。

没有芯片的安全，就没有信息的安全。核心的技术是买不来的，必须依靠自主创新。经过多年努力，我国芯片研发已取得明显进步，一些领域有重大突破，但与西方国家相比，我们的芯片产业依然有很大差距。

目前，一方面芯片技术正日益广泛、深入和快速地应用到现代社会的各个领域，而另一方面，很多人对芯片技术的了解、对其本质的认识却一知半解，人云亦云。由于涉及大量尖端技术，难度极高，且芯片制作封闭于“与世隔绝”的超净工作间，普通人很难了解其中的奥妙。同时，由于多学科交叉，即使某一学科的专家，也难以做到“一专百通”。面对涉及面广、发展快、内容新而又相当深奥的半导体技术和芯片技术，迫切需要深入浅出、通俗易懂、内容广泛、学科交叉，既针对现实又照顾到历史由来和发展前景的科普读物。

《图解芯片技术》是“名师讲科技前沿”系列中的一册，其目的是全方位地介绍半导体及集成电路的基本知识。针对制造现场出现的，生产者和使用者经常考虑的、想要知道的、经常听别人谈起的问题，简要地回答是什么和为什么，不仅能使读者入门，而且对于芯片的最前沿领域的现状和发展也有了解。本书可供从事芯片产业或关联领域，以及在芯片工艺、制造装置、制造材料等领域与技术或经营相关的读者学习借鉴。

针对入门者、应用者和研究开发者等多方面的需求，本书在汇集大量资料的前提下，采用图文并茂的形式，全面且简明扼要地介绍芯片工作原理，集成电路材料，制作工艺，芯片的新进展、新应用及发展前景等。采用每章之下“节节清”的论述方式，左文右图，图文对照，并给出“本节重点”。力求做到深入浅出，通俗易懂；层次分明，思路清晰；内容丰富，重点突出；选材新颖，强调应用。

本书得到清华大学本科教材立项资助并受到清华大学材料学院的全力支持。原稿承蒙蔡坚、吴华强教授审阅，并采纳了他们的宝贵意见，少部分内容还利用了吴华强教授的讲稿，在此表示衷心感谢。

芯片技术涉及电路设计、制作、封装、测试及材料等各个方面，作者水平有限，不妥之处，恳请读者批评指正。