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關(guān)鍵詞:電子技術(shù);概念;現(xiàn)象;抽象;形象
電子中的概念是反映電子現(xiàn)象和過(guò)程的本質(zhì)屬性的思維方式,是電子技術(shù)事實(shí)的抽象。它不僅是電子技術(shù)基礎(chǔ)理論知識(shí)的一個(gè)重要組成部分,也是構(gòu)成電子技術(shù)規(guī)律和公式的理論基礎(chǔ)。論文百事通學(xué)生學(xué)習(xí)電子技術(shù)的過(guò)程,其實(shí)是在不斷地建立電子技術(shù)概念的過(guò)程。因此概念教學(xué)是學(xué)生學(xué)好電子技術(shù)的基礎(chǔ),更是學(xué)好電子技術(shù)的關(guān)鍵。在實(shí)際教學(xué)中如何才能讓學(xué)生有效地掌握、理解并運(yùn)用好高中電子技術(shù)概念呢,從實(shí)際教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)中體會(huì)到,采用靈活多變的教學(xué)方式,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,變抽象為形象,可以提高概念教學(xué)的效果。
一、聯(lián)系、聯(lián)想記憶法
電子技術(shù)中有很多抽象的概念,例如:電場(chǎng)、電力線,磁場(chǎng)、磁力線。電場(chǎng)、磁場(chǎng)看不到但卻實(shí)存在(可以利用實(shí)驗(yàn)證明),而電力線和磁力線不存在為了分析問題方便而畫出來(lái)的(可以看到)。利用電力線或磁力線的方向表示電場(chǎng)或磁場(chǎng)的方向,利用電力線或磁力線的疏密來(lái)表示電場(chǎng)或磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。
半導(dǎo)體中載流子的運(yùn)動(dòng)也是如此:一般我們看不到,為了分析方便往往把空穴和自由電子畫出來(lái)??昭◣д姾?,自由電子帶負(fù)電荷,主要靠空穴導(dǎo)電的半導(dǎo)體稱為空穴型半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體;主要靠自由電子導(dǎo)電的半導(dǎo)體稱為電子型半導(dǎo)體或稱為N型半導(dǎo)體??昭ㄍǔS脠A圈O表示,P去掉尾巴就是O;電子帶負(fù)電N就可以想成三個(gè)負(fù)號(hào)。通過(guò)總結(jié)空穴、電子,P型半導(dǎo)體、N型半導(dǎo)體就比較容易記了。
二、教學(xué)實(shí)驗(yàn)演示法
電子技術(shù)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科,在進(jìn)行概念教學(xué)時(shí),演示實(shí)驗(yàn)法是一種行之有效的教學(xué)方法,一個(gè)生動(dòng)的演示實(shí)驗(yàn),可創(chuàng)設(shè)一種良好的電子技術(shù)環(huán)境,給學(xué)生提供鮮明具體的感性認(rèn)識(shí),再通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)現(xiàn)象特征的概括形成自己的概念。
如“整流”概念的教學(xué),用直流電源和單向半波整流電路演示,讓學(xué)生體會(huì)到外加電源的正極接二極管的正極,電源的負(fù)極接二極管的負(fù)極,二極管受正電壓,二極管導(dǎo)通,電路中通過(guò)大的電流IF;反之外加電源的正極接二極管的負(fù)極,電源負(fù)極接二極管的正極,電路中幾乎無(wú)電流通過(guò)。從而揭示了二極管的單向?qū)щ娦浴?/p>
三、電教圖像剖析法
有些高中電子技術(shù)概念,無(wú)法實(shí)驗(yàn)演示也無(wú)法從生活中體驗(yàn)。如PN結(jié)的形成,空穴和電子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)、漂移運(yùn)動(dòng)等。可以用圖像、電教手段(如FLASH動(dòng)畫)展示給學(xué)生觀看。電子技術(shù)圖像通過(guò)培養(yǎng)學(xué)生的直覺,從而培養(yǎng)學(xué)生的高層次的形象思維能力,建立起電子技術(shù)概念的情景;電教手段能以生動(dòng)、形象、鮮明的動(dòng)畫效果,模擬再現(xiàn)一些電子技術(shù)過(guò)程,學(xué)生通過(guò)觀看、思考,就會(huì)自覺地在頭腦中形成建立電子技術(shù)概念的情景。這種方法符合“從生動(dòng)的直觀,到抽象的思維”的基本認(rèn)識(shí)規(guī)律,是現(xiàn)代教學(xué)中提高概念教學(xué)效果的一種重要手段。
四、興趣引導(dǎo)法
興趣是最好的老師,實(shí)際生活,生產(chǎn)實(shí)踐及現(xiàn)代高科技中一些有趣的電子技術(shù)現(xiàn)象會(huì)吸引學(xué)生的注意力,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,活躍學(xué)生的思維,提高學(xué)生的理解能力,有利于知識(shí)的掌握。
如對(duì)放大概念的認(rèn)識(shí),以門鈴的工作過(guò)程為例。可以先不加放大三極管時(shí)接好電源和音樂片,門鈴發(fā)聲,聲音很小只能在耳邊才能聽到;接著接好電源、音樂片,門鈴發(fā)聲,聲音比較大,整個(gè)班都可以聽到。使學(xué)生親身感受到門鈴發(fā)出聲響的明顯變化的現(xiàn)象。說(shuō)明和分析什么是放大的概念,通過(guò)學(xué)生對(duì)“放大”現(xiàn)象切身的體會(huì)來(lái)理解掌握這一概念。利用振蕩電路組成的閃光燈電路即提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,有利于學(xué)生對(duì)電路的分析對(duì)知識(shí)的掌握。
五、循序漸進(jìn)法
循序漸進(jìn),通過(guò)復(fù)習(xí)舊知識(shí)引入新知識(shí),是實(shí)際教學(xué)中常用的一種教學(xué)方法。通過(guò)復(fù)習(xí)已掌握的電子技術(shù)概念,并對(duì)此概念加以擴(kuò)展,延伸,或使其內(nèi)涵、外延發(fā)生變化從而得到新的概念。
【關(guān)鍵詞】半導(dǎo)體材料與器件;雙語(yǔ)教學(xué);課程內(nèi)容
0 引言
隨著信息時(shí)代的發(fā)展,對(duì)光電子專業(yè)類人才的需求也越來(lái)越大。大學(xué)教育作為培養(yǎng)人才的重要基地,承擔(dān)了越來(lái)越重要的角色;向社會(huì)輸送高素質(zhì)的人才,要求對(duì)光電子專業(yè)課程體系教學(xué)不斷更新改革,賦予其新時(shí)代的內(nèi)涵。目前,還沒有一本合適的教材能滿足這個(gè)要求。另外,在教學(xué)方法上也缺乏行之有效的方法。
1 課程內(nèi)容的構(gòu)建
半導(dǎo)體材料與器件這門課,應(yīng)該涉及到半導(dǎo)體材料與半導(dǎo)體器件兩個(gè)方面的內(nèi)容,現(xiàn)有的教材在內(nèi)容構(gòu)建上往往偏重半導(dǎo)體材料,或是偏重半導(dǎo)體器件,很少能兼顧兩者的材料與器件的平衡。圖1為現(xiàn)有鄧志杰等編的《半導(dǎo)體材料》的內(nèi)容構(gòu)建示意圖,明顯偏重于材料,對(duì)器件部分只做了簡(jiǎn)單的概述,如圖1所示。類似的教材還有楊樹人等編的《半導(dǎo)體材料》。由劉思科等編的《半導(dǎo)體物理學(xué)》這門課則大篇幅的介紹半導(dǎo)體物理相關(guān)的知識(shí),而對(duì)半導(dǎo)體材料涉及較少。同樣,由Dieter K. Schroder 編寫的《Semiconductor Material and Device Characterization, Third Edition》則大部分內(nèi)容介紹器件特性,而對(duì)材料方面的相關(guān)知識(shí)介紹很少。同樣,佛羅里達(dá)大學(xué)的Franky So教授編著的《Organic Electronics Materials Processing Devices and Applications》則側(cè)重于器件加工制備,Robert F. Pierret等編著的《Semiconductor Device Fundamentals》則側(cè)重于器件特性原理。
基于此,本人提出了全新的內(nèi)容構(gòu)建策略,該策略同時(shí)兼顧了半導(dǎo)體材料與半導(dǎo)體器件兩個(gè)方面的內(nèi)容。該策略結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示,其內(nèi)容分半導(dǎo)體材料與半導(dǎo)體器件兩個(gè)部分,其中半導(dǎo)體材料包含:元素半導(dǎo)體、化合物半導(dǎo)體、摻雜半導(dǎo)體和有機(jī)半導(dǎo)體,半導(dǎo)體器件部分包含三個(gè)部分的內(nèi)容,分別是器件基礎(chǔ)、二極管、三極管。
對(duì)比圖1、圖2不難看出,新編排的課程內(nèi)容更簡(jiǎn)潔、更全面。其實(shí),現(xiàn)有材料的課程內(nèi)容編排上有很多的弊端,如知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容很相似,交叉重疊性大。如元素半導(dǎo)體,半導(dǎo)體電子材料、半導(dǎo)體光電子材料,在內(nèi)容上有很大的交疊;非晶、有機(jī)和微結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體與摻雜半導(dǎo)體有很大的重疊,所以在新方案中將其并入摻雜半導(dǎo)體一章中來(lái)講解,而前者并入到半導(dǎo)體一章中來(lái)講解。可以看出,新方案更合理、簡(jiǎn)潔明了。
半導(dǎo)體材料與器件這么課程,其內(nèi)容應(yīng)該包含經(jīng)典的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體、新型有機(jī)半導(dǎo)體;器件內(nèi)容應(yīng)該包含經(jīng)典的二極管、柵控二極管、三級(jí)管、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。其中,二極管的兩個(gè)重要應(yīng)用,即光伏電池、發(fā)光二極管、二極管存儲(chǔ)器件,應(yīng)該作為一個(gè)重要的章節(jié)進(jìn)行介紹。
2 課程內(nèi)容的組織
在課程內(nèi)容的組織上,按照由易到難、循序漸進(jìn)的原則,以及材料-性質(zhì)-器件應(yīng)用的原則,先編排材料體系,后編排器件體系。材料體系包含:有本征的p-型材料、n-型材料,非本征摻雜型的p-型材料、n-型材料,以及新型有機(jī)半導(dǎo)體材料,包含寬帶隙主體材料、窄帶隙材料。從材料最基本的物理特性,即電阻切入,圍繞電阻的構(gòu)成因素展開內(nèi)容,過(guò)渡到絕緣體、半導(dǎo)體、導(dǎo)體的概念,以及影響因素,引入到載流子濃度、摻雜、遷移率等概念,即本征的元素半導(dǎo)體向化合型、摻雜型半導(dǎo)體的思路展開。在引入材料的功函數(shù)這一概念的基礎(chǔ)上,引入接觸電阻、界面注入勢(shì)壘,沿著這一思路自然過(guò)渡到肖特基二極管,柵控二極管、三級(jí)管等基本的半導(dǎo)體器件等系列概念介紹。該課程內(nèi)容體系的組織,遵循著從基礎(chǔ)性質(zhì)到上層器件建設(shè)的原則,系統(tǒng)性、邏輯性很強(qiáng),可以說(shuō)是環(huán)環(huán)相扣,要求學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中,任何一個(gè)章節(jié)的內(nèi)容都不能落下來(lái),以避免給后繼的內(nèi)容學(xué)習(xí)造成困難。同時(shí),該課程也要求授課老師對(duì)課程體系的內(nèi)容有深刻的理解和清楚的認(rèn)識(shí),做到思路清晰,講解有條有理。
3 課程內(nèi)容的編譯
依照雙語(yǔ)教學(xué)的原則,教材應(yīng)該采用全英文編寫。以往的雙語(yǔ)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)表明,全英語(yǔ)的教材實(shí)施起來(lái)很困難,教學(xué)效果甚微,甚至比純母語(yǔ)教學(xué)的效果更差。原因很簡(jiǎn)單,部分學(xué)生的外語(yǔ)底子薄,閱讀純英文課本很困難,尤其是專業(yè)英語(yǔ)教材,碰到長(zhǎng)句、疑難復(fù)合句看不懂,專業(yè)名詞更是不懂,甚至憑借網(wǎng)絡(luò)翻譯也找不到答案。確實(shí),專業(yè)名詞,尤其是半導(dǎo)體這門課的專業(yè)名詞的翻譯是比較少的。另外,有部分名詞是用構(gòu)詞法得到的,詞典里根本沒有收錄。這部分學(xué)生常常抱怨,中文都看不懂,還看什么英文??!結(jié)果可想而知,什么都沒學(xué)到,還不如采用中文版教材教學(xué)呢。
鑒于一門新課教材全部用英文編寫的困難,可以部分章節(jié)采用中文編寫,部分章節(jié)采用英文編寫。對(duì)于構(gòu)成半導(dǎo)體學(xué)科的三個(gè)基礎(chǔ)理論,如肖特基理論、半導(dǎo)體能帶理論、半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理、擴(kuò)散理論,采用中英文對(duì)照的形式,以便于學(xué)生理解、掌握知識(shí)點(diǎn)。對(duì)于半導(dǎo)體特有的五大特性,如整流效應(yīng)、光電導(dǎo)效應(yīng)、負(fù)電阻溫度效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)和霍爾效應(yīng),應(yīng)做詳細(xì)介紹;對(duì)于重要現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),如霍爾效應(yīng),可以在教材中添加“知識(shí)園地”,以增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、掌握知識(shí)點(diǎn)。方便學(xué)生自學(xué)。
對(duì)于半導(dǎo)體材料部分,如元素半導(dǎo)體、化合物半導(dǎo)體、摻雜半導(dǎo)體、有機(jī)半導(dǎo)體,可以采用中文的形式撰寫。其中,元素半導(dǎo)體這一章內(nèi)容比較難,涉及到原子在固態(tài)堆積中的排列,即晶體類型、晶格、晶胞結(jié)構(gòu)等,用中文撰寫更便于學(xué)生理解。同時(shí),配合適當(dāng)晶體結(jié)構(gòu)模型,如經(jīng)典的正四面體結(jié)構(gòu)、面心立方結(jié)構(gòu)、體心結(jié)構(gòu)、六方體心結(jié)構(gòu)、八面體結(jié)構(gòu)模型,來(lái)剖析材料的微觀結(jié)構(gòu)特征。并且,這部分內(nèi)容要求學(xué)生有一定的背景知識(shí),如對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)這門課有初步的認(rèn)識(shí)。接下來(lái)的兩章,如化合物半導(dǎo)體、摻雜半導(dǎo)體,可以簡(jiǎn)化材料凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)的介紹。因?yàn)檫@兩類半導(dǎo)體材料分子堆積結(jié)構(gòu)與元素半導(dǎo)體類似,只是一個(gè)衍生結(jié)構(gòu)。所以這兩章的內(nèi)容重點(diǎn)介紹化合方式以及摻雜形式。對(duì)于有機(jī)半導(dǎo)體,可以借鑒經(jīng)典的元素半導(dǎo)體理論,所以結(jié)構(gòu)部分可以簡(jiǎn)化,重在介紹有機(jī)半導(dǎo)體材料,包含其組成、特性與經(jīng)典的制備方法。
對(duì)于半導(dǎo)體器件部分,其器件基礎(chǔ)應(yīng)該加以重點(diǎn)介紹,對(duì)于常見的半導(dǎo)體器件特性效應(yīng)加以詳細(xì)的描述,采用地道的英語(yǔ)教材,如Arizona State University大學(xué)的Dieter K. Schroder.編寫的《Semiconductor Material and Device Characterization, Third Edition》里面的第一、二、三、四章部分內(nèi)容。該教材系統(tǒng)闡述了半導(dǎo)體材料一些基本特性,如電阻率、載流子密度、摻雜、遷移率、公函、接觸電阻及界面勢(shì)壘。重點(diǎn)內(nèi)容有Schottky barrier diodes,solar cell, bipolar junction transistors, light-emitting diodes, MOSFETs。
4 結(jié)論
本文針對(duì)半導(dǎo)體材料與器件這門課程的內(nèi)容建設(shè)提出了全新的思路,重新編排了該課程內(nèi)容,優(yōu)化了課程內(nèi)容的內(nèi)涵,調(diào)整了半導(dǎo)體材料與半導(dǎo)體器件這兩方面的內(nèi)容比例,使內(nèi)容的組織更平衡、更合理,并對(duì)課程內(nèi)容的編譯提出了新的思路,采用中英文對(duì)照使得知識(shí)點(diǎn)的闡述更清楚、母語(yǔ)教學(xué)更便捷,這將為電子類專業(yè)課程的雙語(yǔ)教學(xué)提供新的參考。
【參考文獻(xiàn)】
[1]龍國(guó)智.我國(guó)高校雙語(yǔ)教學(xué)的現(xiàn)狀評(píng)析[J].教育論叢,2011(2):173-174.
總經(jīng)理近藤史郎向《經(jīng)濟(jì)》記者介紹公司時(shí)說(shuō):“可以把我們理解為一家創(chuàng)能、節(jié)能企業(yè)。我們的產(chǎn)品主要用在和能源相關(guān)的地方。我們的核心技術(shù)是電力電子設(shè)備、功率半導(dǎo)體及控制系統(tǒng)。在這個(gè)核心技術(shù)平臺(tái)上,我們構(gòu)筑了創(chuàng)能技術(shù)平臺(tái)及節(jié)能技術(shù)平臺(tái)?!?/p>
一番解釋之后,給記者留下突出印象的是,這里的技術(shù)和能源有關(guān),具有節(jié)能和創(chuàng)能的特點(diǎn)。
在經(jīng)濟(jì)剛剛開始發(fā)展的階段,大量使用能源就能立即讓經(jīng)濟(jì)面貌出現(xiàn)變化。但煤炭、石油等資源是有限的,同時(shí),大量使用后帶來(lái)的污染問題,也難以解決。一個(gè)企業(yè)是否具有較高的能源使用技術(shù),這不僅關(guān)系著企業(yè)成本的支出,也與其能否在新市場(chǎng)上奪得先機(jī)有著重要關(guān)系。富士電機(jī)公司作為電氣企業(yè),發(fā)揮能源利用上的技術(shù)優(yōu)勢(shì),便能夠讓人知道這是一家具有戰(zhàn)略眼光的企業(yè)。
專注中國(guó)的能源及環(huán)境市場(chǎng)
《經(jīng)濟(jì)》:我們知道富士電機(jī)成立于1923年,是日本最著名的電氣企業(yè)之一。但很多讀者可能還不是很清楚富士電機(jī)在中國(guó)的情況。請(qǐng)您介紹一下。
近藤史郎總經(jīng)理(以下簡(jiǎn)稱近藤):我們?cè)?965年已經(jīng)開始向中國(guó)提供水力發(fā)電機(jī),80年代,設(shè)立派遣員工事務(wù)所,并擁有中國(guó)最高的變頻器出口銷售市場(chǎng)占有率;90年代以后,我們?cè)谥袊?guó)設(shè)立了一些工廠,主要生產(chǎn)馬達(dá)等產(chǎn)品。現(xiàn)在我們?cè)谥袊?guó)有銷售網(wǎng)點(diǎn)15個(gè),在中國(guó)從事生產(chǎn)及售后服務(wù)等業(yè)務(wù)的企業(yè)有25家。
《經(jīng)濟(jì)》:從事生產(chǎn)及售后服務(wù)的企業(yè)主要分布在哪些地方?富士電機(jī)的特點(diǎn)是什么?
近藤:無(wú)錫富士電機(jī)有限公司有員工400多人,主要生產(chǎn)變頻器。生產(chǎn)斷路器的富士電機(jī)大連有限公司和生產(chǎn)各種馬達(dá)的富士電機(jī)馬達(dá)(大連)有限公司的員工數(shù)量分別為780人和460人。在上海、深圳、常熟、珠海等地也有我們的工廠,員工人數(shù)都分別達(dá)到數(shù)百上千不等。
我們的生產(chǎn)內(nèi)容較大,但我們的基本理念很簡(jiǎn)單,就三條:第一,強(qiáng)化綜合事業(yè),不僅要保證內(nèi)容的多樣化,還要在成本等方面與中國(guó)保持一致;第二,加速開拓用戶;第三,在智能電網(wǎng)、自動(dòng)售貨機(jī)及電動(dòng)汽車等方面,拓展新事業(yè)。
《經(jīng)濟(jì)》:我們注意到近藤總經(jīng)理特別注重能源、環(huán)境問題。這是為什么呢?
近藤:提高能源利用效率,可以為解決環(huán)境問題作貢獻(xiàn),其關(guān)鍵的技術(shù)在于能源轉(zhuǎn)換。電力電子技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高效率能源轉(zhuǎn)換最有效的手段,我們?cè)谶@方面有著長(zhǎng)年積累的經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)的技術(shù)。功率半導(dǎo)體、電路及控制系統(tǒng)是電力電子事業(yè)的基礎(chǔ),在這個(gè)基礎(chǔ)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)最合理的能源利用。
《經(jīng)濟(jì)》:這些技術(shù)能夠用在什么地方?
近藤:在社會(huì)及產(chǎn)業(yè)各個(gè)方面均有其用途。但我們的產(chǎn)品比較多地用在了鋼鐵、石化、水泥、數(shù)據(jù)中心、半導(dǎo)體工廠及汽車的組裝廠中。
比如在制造業(yè)方面,可以用于節(jié)能、環(huán)保,用于數(shù)據(jù)中心及無(wú)塵室的節(jié)能與高效化;在水環(huán)境方面,用于污水處理廠、工廠排水等等。
強(qiáng)有力的半導(dǎo)體事業(yè)
《經(jīng)濟(jì)》:我們知道,半導(dǎo)體事業(yè)是日本幾家綜合廠家去年虧損的主要領(lǐng)域。富士電機(jī)也在從事半導(dǎo)體事業(yè),經(jīng)營(yíng)情況如何?
近藤:我們所銷售的功率半導(dǎo)體是指耐高壓、大容量制品,如1700V、PrimePACK、High Power Module方面的產(chǎn)品,與電視、數(shù)碼上使用的半導(dǎo)體在市場(chǎng)方面不一樣。
在很多核心技術(shù)上,我們的第六代、第七代IGBT電子零件技術(shù),耐高壓IC技術(shù)及高放熱性能捆綁技術(shù)等,都是富士電機(jī)自己獨(dú)到的技術(shù)。
在智能城市概念上的新開拓
《經(jīng)濟(jì)》:富士電機(jī)的生產(chǎn)內(nèi)容超出了我們的想象,能否用一個(gè)比較具體的方式解釋一下?
近藤:最簡(jiǎn)單的說(shuō)法便是智能城市概念。在這個(gè)概念里,我們的產(chǎn)品用在了光伏發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、風(fēng)力發(fā)電及火力發(fā)電方面,同時(shí)和這些發(fā)電系統(tǒng)有關(guān)聯(lián)的是電池、環(huán)境測(cè)試、智能電表、電動(dòng)汽車、綠色數(shù)據(jù)中心等。在智能城市這一概念里,很多產(chǎn)品、系統(tǒng)都離不開富士電機(jī)的產(chǎn)品。
《經(jīng)濟(jì)》:最近電動(dòng)汽車的充電系統(tǒng)就非常引人注目。
近藤:在這方面,富士電機(jī)的產(chǎn)品非常多。比如馬達(dá)、電動(dòng)汽車的充電器、大型電動(dòng)機(jī)車上的控制基板等,就是我們生產(chǎn)提供的。在充電設(shè)施上,我們的充電站與智能電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng),可以實(shí)現(xiàn)快速充電。同時(shí),相關(guān)的產(chǎn)品也用在了鐵路上。
關(guān)鍵詞:半導(dǎo)體有機(jī)半導(dǎo)體電學(xué)性能
一、從有機(jī)半導(dǎo)體到無(wú)機(jī)半導(dǎo)體的探索
1.1有機(jī)半導(dǎo)體的概念及其研究歷程
什么叫有機(jī)半導(dǎo)體呢?眾所周知,半導(dǎo)體材料是導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的一類材料,這類材料具有獨(dú)特的功能特性。以硅、鍺、砷化嫁、氮化嫁等為代表的半導(dǎo)體材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電子元件、高密度信息存儲(chǔ)、光電器件等領(lǐng)域。隨著人們對(duì)物質(zhì)世界認(rèn)識(shí)的逐步深入,一批具有半導(dǎo)體特性的有機(jī)功能材料被開發(fā)出來(lái)了,并且正嘗試應(yīng)用于傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料的領(lǐng)域。
在1574年,人們就開始了半導(dǎo)體器件的研究。然而,一直到1947年朗訊(Lueent)科技公司所屬貝爾實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)研究小組發(fā)明了雙極晶體管后,半導(dǎo)體器件物理的研究才有了根本性的突破,從此拉開了人類社會(huì)步入電子時(shí)代的序幕。在發(fā)明晶體管之后,隨著硅平面工藝的進(jìn)步和集成電路的發(fā)明,從小規(guī)模、中規(guī)模集成電路到大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路不斷發(fā)展,出現(xiàn)了今天這樣的以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的電子信息技術(shù)與產(chǎn)業(yè),所以晶體管及其相關(guān)的半導(dǎo)體器件成了當(dāng)今全球市場(chǎng)份額最大的電子工業(yè)基礎(chǔ)。,半導(dǎo)體在當(dāng)今社會(huì)擁著卓越的地位,而無(wú)機(jī)半導(dǎo)體又是是半導(dǎo)體家族的重中之重。
1.2有機(jī)半導(dǎo)體同無(wú)機(jī)半導(dǎo)體的區(qū)別及其優(yōu)點(diǎn)
與無(wú)機(jī)半導(dǎo)體相比,有點(diǎn)半導(dǎo)體具有一定的自身獨(dú)特性,表現(xiàn)在:
(l)、有機(jī)半導(dǎo)體的成膜技術(shù)更多、更新,如真空蒸鍍,溶液甩膜,Langmtrir一Blodgett(LB)技術(shù),分子自組裝技術(shù),從而使制作工藝簡(jiǎn)單、多樣、成本低。利用有機(jī)薄膜大規(guī)模制備技術(shù),可以制備大面積的器件。
(2)、器件的尺寸能做得更小(分子尺度),集成度更高。分子尺度的減小和集成度的提高意味著操作功率的減小以及運(yùn)算速度的提高。
(3)、以有機(jī)聚合物制成的場(chǎng)效應(yīng)器件,其電性能可通過(guò)對(duì)有機(jī)分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男揎?在分子鏈上接上或截去適當(dāng)?shù)脑雍突鶊F(tuán))而得到滿意的結(jié)果。同時(shí),通過(guò)化學(xué)或電化學(xué)摻雜,有機(jī)聚合物的電導(dǎo)率能夠在絕緣體(電阻率一10一Qcm)到良導(dǎo)體這樣一個(gè)很寬的范圍內(nèi)變動(dòng)。因此,通過(guò)摻雜或修飾技術(shù),可以獲得理想的導(dǎo)電聚合物。
(4)、有機(jī)物易于獲得,有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)器件的制作工藝也更為簡(jiǎn)單,它并不要求嚴(yán)格地控制氣氛條件和苛刻的純度要求,因而能有效地降低器件的成本。
(5)、全部由有機(jī)材料制備的所謂“全有機(jī)”的場(chǎng)效應(yīng)器件呈現(xiàn)出非常好的柔韌性,而且質(zhì)量輕。
(6)通過(guò)對(duì)有機(jī)分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男揎?,可以得到不同性能的材料,因此通過(guò)對(duì)有機(jī)半導(dǎo)體材料進(jìn)行改性就能夠使器件的電學(xué)性能達(dá)到理想的結(jié)果。
1.3有機(jī)半導(dǎo)體材料分類
有機(jī)半導(dǎo)體層是有機(jī)半導(dǎo)體器件中最重要的功能層,對(duì)于器件的性能起主導(dǎo)作用。所以,有機(jī)半導(dǎo)體器件對(duì)所用有機(jī)半導(dǎo)體材料有兩點(diǎn)要求:
(l)、高遷移率;(2)、低本征電導(dǎo)率。
高的遷移率是為了保證器件的開關(guān)速度,低的本征電導(dǎo)率是為了盡可能地降低器件的漏電流,從而提高器件的開關(guān)比。用作有機(jī)半導(dǎo)體器件的有機(jī)半導(dǎo)體材料按不同的化學(xué)和物理性質(zhì)主要分為三類:一是高分子聚合物,如烷基取代的聚噬吩;二是低聚物,如咪嗯齊聚物和噬吩齊聚物;三是有機(jī)小分子化合物,如并苯類,C6。,金屬酞著化合物,蔡,花,電荷轉(zhuǎn)移鹽等。
二、制作有機(jī)半導(dǎo)體器件的常用技術(shù)
有機(jī)半導(dǎo)體性能的好壞多數(shù)決定于半導(dǎo)體制作過(guò)程因此實(shí)驗(yàn)制備技術(shù)就顯得尤為重要。下面將對(duì)一些人們常用器件制備的實(shí)驗(yàn)技術(shù)做簡(jiǎn)要的介紹:
(1)、真空技術(shù)。它是目前制備有機(jī)半導(dǎo)體器件最普遍采用的方法之一,主要包括真空鍍膜、濺射和有機(jī)分子束外延生長(zhǎng)(OMBE)技術(shù)。
(2)、溶液處理成膜技術(shù)。它被認(rèn)為是制備有機(jī)半導(dǎo)體器件最有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù),適用于可溶性的有機(jī)半導(dǎo)體材料。常用的溶液處理成膜技術(shù)主要包括電化學(xué)沉積技術(shù)、甩膜技術(shù)、鑄膜技術(shù)、預(yù)聚物轉(zhuǎn)化技術(shù)、分子自組裝技術(shù)、印刷技術(shù)等。
三、有機(jī)半導(dǎo)體器件的場(chǎng)效應(yīng)現(xiàn)象
為了便于說(shuō)明有機(jī)半導(dǎo)體器件的場(chǎng)效應(yīng)現(xiàn)象,本文結(jié)合有機(jī)極性材料制作有機(jī)半導(dǎo)體器件對(duì)薄膜態(tài)有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)進(jìn)行分析。試驗(yàn)中,將有機(jī)極性材料經(jīng)過(guò)真空熱蒸鍍提純之后溶在DMF溶液中,濃度是20Omg/ml,使用超聲波清洗機(jī)促進(jìn)它們充分并且均勻的溶解,經(jīng)過(guò)真空系統(tǒng)中沉積黃金薄膜作為器件的源極和漏極。在類似條件下,在玻璃襯底上制作了極性材料的薄膜形態(tài)晶粒,研究發(fā)現(xiàn):
在有機(jī)極性材料形態(tài),有塊狀、樹枝狀和針狀。不同的薄膜態(tài)形態(tài),在不同柵極電壓VG的作用下有不同的Ids(流過(guò)器件的源極和漏極的電流)一Vds(加在器件的源極和漏極之間的電壓)曲線。
1、塊狀形貌結(jié)構(gòu)的薄膜態(tài)有機(jī)器件的Ids-Vds(性能曲線,變化范圍是從-150V到15OV、柵極電壓的變化范圍是從-200V到200V。當(dāng)柵極電壓Vg以100V的間隔從-200V變化到200V時(shí),Ids隨著Vds的增加而增加,此時(shí)沒有場(chǎng)效應(yīng)現(xiàn)象。
2、針狀形貌結(jié)構(gòu)的薄膜態(tài)有機(jī)器件的Ids-Vds性能曲線,當(dāng)Vds從-75V增加到75V,柵極電壓VG的變化范圍是一200V~20OV,遞增幅度是5OV。此時(shí)器件具有三種性能規(guī)律:(1)在固定的柵極電壓Vg下,當(dāng)從Vds-75V增加到75V時(shí),電流Ids也隨之增加;(2)在固定的外加電壓Vds下,當(dāng)柵極電壓Vg從-2O0V增加到2OOV時(shí),電流Ids也隨之增加;(3)如果沒有對(duì)器件施加Vds電壓,只要柵極電壓Vds存在,就會(huì)產(chǎn)生Ids電流,產(chǎn)生電池效應(yīng)。
通過(guò)上述的解說(shuō)我們對(duì)有機(jī)半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能已有一定的了解了。下面我們即將通過(guò)試驗(yàn)來(lái)揭開其神秘的面紗。
四、有機(jī)半導(dǎo)體的光電性能探討——以納米ZnO線(棒)的光電性能研究為例
近年來(lái),納米硅的研究引起了社會(huì)的廣泛的關(guān)注,本文中我們將采用場(chǎng)發(fā)射系統(tǒng),測(cè)試?yán)盟疅岱ㄖ苽涞墓杌嚵谢趸\納米絲的場(chǎng)發(fā)射性能。圖11是直徑為30和100nm兩個(gè)氧化鋅陣列的場(chǎng)發(fā)射性能圖,其中圖11a和b分別是上述兩個(gè)樣品的I_V圖和F_N圖。從圖11a中可以看出氧化鋅納米絲的直徑對(duì)場(chǎng)發(fā)射性能有很大的影響,直徑為30nm的氧化鋅陣列的開啟場(chǎng)強(qiáng)為2V/μm門檻場(chǎng)強(qiáng)為5V/μm;而直徑為100nm的氧化鋅陣列的開啟場(chǎng)強(qiáng)為3V/μm,門檻場(chǎng)強(qiáng)大于7V/μm。并且從圖11b中可以知道,ln(J/E2)和1/E的關(guān)系近似成線性關(guān)系,可知陰極的電子發(fā)射與F_N模型吻合很好,表明其發(fā)射為場(chǎng)發(fā)射,其性能比文獻(xiàn)報(bào)道的用熱蒸發(fā)制備的陣列化氧化鋅的場(chǎng)發(fā)射性能要好[25]。這主要是由于氧化鋅的二次生長(zhǎng),導(dǎo)致所得氧化鋅陣列由上下兩層組成,具有較高的密度以及較小的直徑,在電場(chǎng)的作用下,更多的電子更容易從尖端的氧化鋅納米絲發(fā)射,從而降低了它們的開啟場(chǎng)強(qiáng)和門檻場(chǎng)強(qiáng)。
我們測(cè)試了硅基陣列化納米ZnO的光致熒光譜,如圖12所示。從圖中可知,600~700℃和300~400℃下熱蒸發(fā)合成的陣列化ZnO納米絲的峰位分別在393nm(虛線)及396nm(實(shí)線)。PL譜上強(qiáng)烈的紫外光的峰證明:合成的ZnO納米絲有較好的結(jié)晶性能和較少的氧空位缺陷。由于在高溫區(qū)合成的納米絲有較細(xì)的尖端,故有少量藍(lán)移。
通過(guò)上述針對(duì)納米ZnO線(棒)的試驗(yàn),我們能對(duì)硅基一維納米的電學(xué)性能進(jìn)行了初步的探討。相信這些工作將為今后的硅基一維納米材料在光電方面的應(yīng)用提供一個(gè)良好的基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
[1]DuanXF,HuangY,CuiY,etal.Indiumphos-phidenanowiresasbuildingblocksfornanoscaleelectronicandoptoelectronicdevices.Nature,2001.
[2]WangJF,GudiksenMS,DuanXF,etal.HighlypolarizedphotoluminescenceandphotodetectionfromsingleIndiumPhosphideNanowires.Science,2001.
“今天,計(jì)算機(jī)的CPU所能集成的晶體管數(shù)目已經(jīng)從上世紀(jì)70年代的數(shù)千個(gè)發(fā)展到最近的10億個(gè)以上;與此同時(shí),CPU每秒處理百萬(wàn)指令數(shù)據(jù)的成本也從3萬(wàn)美元降低到0.1美元以下。這些令人驚訝的發(fā)展成果不斷驗(yàn)證注射摩爾定律。在過(guò)去40多年里,這個(gè)定律一直引領(lǐng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)全力去實(shí)現(xiàn)更高的性能、更大的容量以及更低的成本?,F(xiàn)在,英特爾已經(jīng)了最新的22nm工藝技術(shù),以滿足對(duì)計(jì)算性能的需求。但是,隨著電子技術(shù)的發(fā)展,人們更加關(guān)注健康、醫(yī)療、交通、通信、電子社會(huì)等領(lǐng)域,人們需要的不僅僅是速度、性能和容量,還需要節(jié)能、環(huán)保、舒適以及安全性。”恩智浦半導(dǎo)體多重市場(chǎng)半導(dǎo)體事業(yè)部大中華區(qū)高級(jí)市場(chǎng)總監(jiān)梅潤(rùn)平先生說(shuō),“人們從過(guò)去創(chuàng)造技術(shù)讓生活節(jié)奏更快,演進(jìn)到現(xiàn)在要讓生活更有質(zhì)量,更安全、更環(huán)保并更健康。”這些新的社會(huì)需求也在很大程度上影響到了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
“對(duì)比傳統(tǒng)的摩爾定律,我們提出了描述新發(fā)展動(dòng)向的新規(guī)則,即新摩爾定律(More-than-Moore)。”梅潤(rùn)平先生說(shuō),“它并不是一個(gè)定律,因?yàn)樗鼪]有像摩爾定律那樣提出某些業(yè)界可以遵循的數(shù)字化概念。但它向我們揭示了一些新的趨勢(shì),即業(yè)界除了會(huì)延續(xù)摩爾定律對(duì)集成度、性能的追求外,還會(huì)利用更多的技術(shù),例如,模擬/射頻、高壓電源、傳感器和驅(qū)動(dòng)器、生物芯片以及SiP封裝技術(shù)等,提供具有更高附加價(jià)值的系統(tǒng)。涉及廣泛的技術(shù)領(lǐng)域?!?/p>
創(chuàng)新是不變的發(fā)展主題
在惠普推出“動(dòng)成長(zhǎng)企業(yè)”概念幾年后,今年成為惠普的“動(dòng)成長(zhǎng)交付年”。從策略到實(shí)踐的落實(shí),制造業(yè)信息化參考架構(gòu)(MIRA,Manufacturing & Distribution Industries Reference Architecture)將起到重要作用。
“在各國(guó)高科技和半導(dǎo)體企業(yè)中,日本企業(yè)面臨的最大問題是創(chuàng)新,韓國(guó)企業(yè)最關(guān)心的問題是產(chǎn)量和利潤(rùn),中國(guó)臺(tái)灣的企業(yè)最大的問題在于全球化。但對(duì)于中國(guó)內(nèi)地企業(yè)來(lái)說(shuō),剛才提到的這三類問題都是他們所關(guān)心的。”這是惠普亞太及日本地區(qū)企業(yè)計(jì)算及專業(yè)服務(wù)集團(tuán)制造暨分銷行業(yè)總經(jīng)理Kumar Narayanan對(duì)整個(gè)亞太地區(qū)的高科技及半導(dǎo)體行業(yè)信息化現(xiàn)狀的總體分析。
的確,在現(xiàn)今中國(guó),高科技與半導(dǎo)體行業(yè)正在迎接全球“企業(yè)轉(zhuǎn)移”與市場(chǎng)增長(zhǎng)、變化的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。面對(duì)不斷降低成本與開拓新興市場(chǎng)的壓力,如何創(chuàng)造性地利用信息技術(shù)手段、著眼全球化、攜手上下游、整合業(yè)務(wù)流程、創(chuàng)新商業(yè)模式、帶動(dòng)企業(yè)變革、提升企業(yè)績(jī)效,是眾多制造業(yè)企業(yè)管理決策層日益關(guān)注的問題。
2006年4月20日,以“全球化與協(xié)作”為主題的“2006惠普高科技及半導(dǎo)體行業(yè)信息化論壇”在上海召開。惠普攜手AIM、BEA、Intel、SAP等合作伙伴,廣邀國(guó)內(nèi)外高科技企業(yè)的信息技術(shù)專家,就高科技及半導(dǎo)體行業(yè)在全球化背景下,如何運(yùn)用信息技術(shù)整合供應(yīng)鏈、布局全球化、實(shí)現(xiàn)IT與業(yè)務(wù)同步等問題,展開了深入交流。
首提MIRA架構(gòu)
在論壇上,Kumar首次提出了“惠普高科技及半導(dǎo)體制造業(yè)信息化參考架構(gòu)(MIRA)”。該體系是參照惠普的動(dòng)成長(zhǎng)企業(yè)戰(zhàn)略模型,以及高科技和半導(dǎo)體行業(yè)的IT應(yīng)用現(xiàn)狀提出的。
據(jù)kumar介紹,MIRA不僅能降低采用制造業(yè)IT解決方案的相關(guān)風(fēng)險(xiǎn),有助于企業(yè)輕松過(guò)渡到下一代IT架構(gòu),而且可以幫助企業(yè)把自己的專業(yè)制造信息系統(tǒng)和企業(yè)IT系統(tǒng)整合,創(chuàng)建一個(gè)能夠支持更快地響應(yīng)市場(chǎng)變化的IT制造環(huán)境。
Kumar進(jìn)一步表示, 惠普MIRA的很多具體組成部分,包括下一代數(shù)據(jù)中心、下一代數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)等,都會(huì)在今后一段時(shí)間在全球正式公布。MIRA是惠普公司推動(dòng)的一個(gè)業(yè)務(wù)大方向,而不是單個(gè)的解決方案,它可以看成是惠普在制造行業(yè)推行的端到端架構(gòu)。
中國(guó)惠普有限公司副總裁、企業(yè)計(jì)算及專業(yè)服務(wù)集團(tuán)市場(chǎng)營(yíng)銷部制造暨分銷行業(yè)總經(jīng)理謝少毅介紹說(shuō):“幾年前,我們講動(dòng)成長(zhǎng)的概念,現(xiàn)在已經(jīng)形成了很多模塊。我們將今年定為‘動(dòng)成長(zhǎng)交付年’,這就從策略變成了實(shí)踐。現(xiàn)在有很多企業(yè)信息化失敗的例子,但是有了這樣全面的參考我想失敗就會(huì)小一些。我們希望通過(guò)我們的‘動(dòng)成長(zhǎng)企業(yè)’戰(zhàn)略及其交付,和客戶一起適應(yīng)和駕馭變化,實(shí)現(xiàn)動(dòng)成長(zhǎng)。”
作為惠普的行業(yè)應(yīng)用客戶之一,京東方光電科技集團(tuán)副總裁兼CIO金錫奉表示,半導(dǎo)體行業(yè)是在IT應(yīng)用方面最先進(jìn)的行業(yè)。中國(guó)企業(yè)是在全球范圍內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)的,因此要把IT系統(tǒng)目標(biāo)設(shè)定在最高水平上。金錫奉認(rèn)為,惠普在制造業(yè)有豐富的行業(yè)經(jīng)驗(yàn),相信MIRA作為針對(duì)制造企業(yè)的信息化參考架構(gòu),會(huì)是非常有價(jià)值的。
“一站式”解決
經(jīng)歷了平板化、高清化之后,電視機(jī)的交互化、平臺(tái)化和智能化已經(jīng)成為家電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向,電視這一存在了數(shù)十年的產(chǎn)品,以驚人的增長(zhǎng)速度爆發(fā)了。
據(jù)DisplaySearch公司的報(bào)告顯示,2010年全球電視的出貨量比上年增長(zhǎng)16%,達(dá)2.43億臺(tái),預(yù)測(cè)2011年將續(xù)增4.9%,達(dá)2.55億臺(tái)。展望2014年可達(dá)2.88億臺(tái),2009~2014年的年均增長(zhǎng)率為7%。
目前,中國(guó)的電視用戶超過(guò)4億,國(guó)家廣電總局預(yù)測(cè),到2015年,DTH(Direct-To-Home,直接到戶)衛(wèi)星直播電視的機(jī)頂盒裝機(jī)數(shù)量將達(dá)到2億臺(tái),并計(jì)劃在2020年前完成中國(guó)電視網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化進(jìn)程。中國(guó)將成為世界最大的數(shù)字電視及重要配套元器件的開發(fā)和生產(chǎn)基地之一。
作為歐洲最大的半導(dǎo)體公司,意法半導(dǎo)體2011年收入近100億美元。在汽車半導(dǎo)體領(lǐng)域,它是中國(guó)第一、世界第三;在消費(fèi)電子領(lǐng)域,它是全球第二、美國(guó)以外市場(chǎng)最大的機(jī)頂盒半導(dǎo)體廠商。但是,意法半導(dǎo)體一直將目標(biāo)鎖定在中國(guó)的數(shù)字電視市場(chǎng)。
意法半導(dǎo)體一直占據(jù)著中國(guó)機(jī)頂盒芯片市場(chǎng)第一的寶座。它在高清音視頻編解碼、全新互連技術(shù)、3D驅(qū)動(dòng)芯片、互聯(lián)網(wǎng)電視以及微控制器等方面都有著創(chuàng)新理念和技術(shù)優(yōu)勢(shì)。特別是針對(duì)中國(guó)市場(chǎng),意法半導(dǎo)體總能在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候推出適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品。
“意法半導(dǎo)體在中國(guó)數(shù)字電視市場(chǎng)擁有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì),能夠在中國(guó)電視數(shù)字化進(jìn)程中發(fā)揮重要作用。”意法半導(dǎo)體(ST)大中華與南亞區(qū)消費(fèi)電子事業(yè)部副總裁李容郁(YU LEE)這樣說(shuō)。意法半導(dǎo)體的目標(biāo)是讓中國(guó)消費(fèi)者能夠在居室內(nèi)體驗(yàn)家庭網(wǎng)絡(luò)和互動(dòng)多媒體。意法半導(dǎo)體將結(jié)合戰(zhàn)略伙伴,全力支持中國(guó)廣播電視、3D、高清機(jī)頂盒等市場(chǎng)的發(fā)展,利用意法半導(dǎo)體市場(chǎng)領(lǐng)先的完整的數(shù)字電視、寬帶網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和家庭網(wǎng)絡(luò)解決方案滿足中國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)和出口市場(chǎng)的需求。
李容郁在意法半導(dǎo)體工作長(zhǎng)達(dá)24年,他曾在五個(gè)不同的國(guó)家工作過(guò)。在計(jì)世傳媒集團(tuán)副總編孫定與李容郁的交流中,深入探討了未來(lái)半導(dǎo)體制程的趨勢(shì)和發(fā)展,對(duì)全球半導(dǎo)體市場(chǎng)和中國(guó)半導(dǎo)體市場(chǎng)進(jìn)行了預(yù)測(cè),并展望了智能電視的未來(lái)。
制程
不僅是納米數(shù)
孫定:我們現(xiàn)在已經(jīng)看到了主流的廠商都在談?wù)?2納米的制程和量產(chǎn)。意法半導(dǎo)體在制程方面有什么規(guī)劃?全球的工廠的布局是什么樣的?
李容郁:目前市場(chǎng)上對(duì)制程有很多誤解,只關(guān)注工藝納米數(shù),卻不看工藝的復(fù)雜性。意法半導(dǎo)體目前的工藝還是32納米,因?yàn)橐夥ò雽?dǎo)體不做低端的產(chǎn)品,也不做閃存。我們注重的是SoC產(chǎn)品技術(shù),這個(gè)產(chǎn)品技術(shù)包括模擬和數(shù)字整合的工藝,這是我們擅長(zhǎng)的。打個(gè)比喻,20層樓的建筑和40、50層樓建筑的復(fù)雜性并不是單純的加倍,可能要幾倍。
我們?cè)诮衲闏CBN(中國(guó)國(guó)際廣播電視信息網(wǎng)絡(luò)展覽會(huì))上推出的新系列機(jī)頂盒芯片,就是采用40納米制造工藝,支持所有的HD電視廣播和多媒體編解碼標(biāo)準(zhǔn)、雙模機(jī)頂盒、IP協(xié)議、最新的安全加密和內(nèi)容保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)、主要軟件廠商提供的重要中間件。
目前意法半導(dǎo)體在全球有12個(gè)主要制造基地,在10個(gè)國(guó)家設(shè)有先進(jìn)的研發(fā)中心,在中國(guó)設(shè)有世界一流的封裝測(cè)試廠。
孫定:在CCBN上也看到了英特爾等廠商的身影,你如何看待芯片廠商之間的競(jìng)爭(zhēng)?意法半導(dǎo)體的技術(shù)和英特爾的技術(shù)差異在哪里?
李容郁:我想最主要的不同是,意法半導(dǎo)體的產(chǎn)品更加關(guān)注速度之外的性能,例如模擬部分設(shè)計(jì)的性能、消費(fèi)類產(chǎn)品的節(jié)能等。
意法半導(dǎo)體加入了ISDA(International Semicon Development Alliance)聯(lián)盟,其中有IBM、三星等知名公司,這些公司的目標(biāo)就是開發(fā)先進(jìn)的半導(dǎo)體。去年意法半導(dǎo)體已經(jīng)將32納米的產(chǎn)品量產(chǎn),今年將推進(jìn)到28納米。
孫定:從你的介紹中,我是不是可以得到這樣的結(jié)論:意法半導(dǎo)體也在走向20納米,生產(chǎn)工藝從40納米、30納米向20納米在前進(jìn),未來(lái)20納米也會(huì)變成主要的產(chǎn)能。那么,什么時(shí)候會(huì)變成主要的產(chǎn)能?
李容郁:電視行業(yè)的芯片和電腦芯片不一樣,到目前為止,標(biāo)清數(shù)字電視的SoC是80納米。這個(gè)產(chǎn)品在市場(chǎng)上也非常的暢銷,這類產(chǎn)品沒有必要馬上向40納米或28納米發(fā)展。
2012年的半導(dǎo)體市場(chǎng)只有2%~3%的增長(zhǎng),增速比較緩慢,但是在中國(guó)市場(chǎng),還是會(huì)繼續(xù)較快增長(zhǎng)。
智能電視勝負(fù)難分
孫定:作為消費(fèi)電子領(lǐng)域的全球第二大半導(dǎo)體廠商,意法半導(dǎo)體在消費(fèi)電子領(lǐng)域占10%的市場(chǎng)份額。你認(rèn)為,未來(lái)智能電視產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顟B(tài)如何,未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是什么?
李容郁:目前我們談?wù)摫容^多的是互聯(lián)網(wǎng)電視和智能電視?;ヂ?lián)網(wǎng)電視可以與互聯(lián)網(wǎng)連接,可以聯(lián)網(wǎng)看視頻,不需要瀏覽器;智能電視是有操作系統(tǒng)的,帶瀏覽器和復(fù)雜應(yīng)用。
智能電視的應(yīng)用程序和價(jià)格是影響智能電視市場(chǎng)擴(kuò)容速度的因素,以Google TV、Android與iOS等三大平臺(tái)系統(tǒng)發(fā)展最為迅速。但未來(lái)市場(chǎng)將如何發(fā)展,目前還沒有定論,因?yàn)檫€沒有一個(gè)成熟的產(chǎn)品可以獨(dú)步市場(chǎng),整個(gè)產(chǎn)業(yè)還需要慢慢發(fā)展。
2011年,中國(guó)平板電視需求總量為3800萬(wàn)臺(tái),其中智能電視的需求量只有400萬(wàn)臺(tái),占總需求的15%;預(yù)計(jì)2012年市場(chǎng)需求總量將達(dá)4200萬(wàn)臺(tái),其中智能電視需求量將提升至20%,達(dá)800萬(wàn)臺(tái)??梢?,中國(guó)市場(chǎng)的潛力非常大,隨著智能電視技術(shù)及上游產(chǎn)業(yè)鏈的逐步完善,消費(fèi)者對(duì)智能電視認(rèn)知度也有進(jìn)一步提升。創(chuàng)維、TCL、酷開網(wǎng)、百事通等國(guó)內(nèi)廠商都為智能電視打造了內(nèi)容和商業(yè)模式。
孫定:意法半導(dǎo)體今年在全球智能電視市場(chǎng)有哪些預(yù)期?新興市場(chǎng)的發(fā)展是否比歐美市場(chǎng)的預(yù)期稍高一些?
李容郁:雖然整體增長(zhǎng)情況還沒有對(duì)外宣布,但意法半導(dǎo)體的目標(biāo)就是市場(chǎng)增長(zhǎng)要高于行業(yè)平均水平。
我主要負(fù)責(zé)中國(guó)和印度市場(chǎng),今年新興市場(chǎng)可能會(huì)有7%~10%的增長(zhǎng)。在中國(guó),雖然增速相對(duì)前幾年略有下滑,但依然是全球增長(zhǎng)的主力。印度的產(chǎn)量相對(duì)較小。
孫定:業(yè)界有傳言,蘋果下一代iTV可能會(huì)引起智能電視的革命,谷歌也在拼命發(fā)展。從電腦到智能手機(jī)再到平板,智能電視可能成為下一次革命。你能預(yù)測(cè)一下未來(lái)電視的革命性嗎?中國(guó)的智能電視發(fā)展前景會(huì)怎么樣?
李容郁:目前的產(chǎn)品形態(tài)無(wú)非是電視與機(jī)頂盒一體、機(jī)頂盒+顯示器,我想,在未來(lái)3~5年里,是機(jī)頂盒代替了數(shù)字電視,還是數(shù)字電視整合了機(jī)頂盒?都不會(huì)有非常清晰的贏家,但所有廠商都在努力。不僅是中國(guó),歐洲也是相同情況。幾年前,我們沒有想過(guò)3D電視會(huì)進(jìn)入家庭,我們也無(wú)法想象未來(lái)5~10年的電視會(huì)怎么樣,它的App、服務(wù)形態(tài)我們想象不到。當(dāng)寬帶速率達(dá)到20MB甚至更快,整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)將會(huì)改變?nèi)藗兊纳盍?xí)慣,那時(shí)候,機(jī)頂盒、電視的使用方式和行為會(huì)完全不同。
孫定:在智能電視中,以前用MIPS核的廠商最多,近幾年也開始使用ARM核+安卓的操作系統(tǒng)?,F(xiàn)在意法半導(dǎo)體的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是什么樣的?是以MIPS的盒為主,還是慢慢以ARM為主?
李容郁:目前,意法半導(dǎo)體高端機(jī)頂盒產(chǎn)品都使用ARM的核,未來(lái)從這個(gè)產(chǎn)品線也會(huì)分出中、高端的產(chǎn)品。這個(gè)產(chǎn)品集成了意法半導(dǎo)體的優(yōu)勢(shì)和ARM的優(yōu)勢(shì),ARM在性能、軟件的生態(tài)系統(tǒng)、功耗方面很有優(yōu)勢(shì),而意法半導(dǎo)體在工藝方面有自己獨(dú)到的專長(zhǎng),所以這兩者結(jié)合是最好的。
目前,在市場(chǎng)上大概有10多種不同價(jià)格的CPU。很多新介入廠家都買ARM或者M(jìn)IPS核,但意法半導(dǎo)體低端的產(chǎn)品都是自己開發(fā)的。
領(lǐng)先中國(guó)機(jī)頂盒市場(chǎng)
孫定:2011年,意法半導(dǎo)體在中國(guó)銷售最好的產(chǎn)品是什么?
李容郁:我們的銷售收入在半導(dǎo)體工業(yè)的五大市場(chǎng)上分布比較均衡,其中電信市場(chǎng)占28%,汽車電子占17%,消費(fèi)電子占10%,計(jì)算機(jī)占14%,工業(yè)領(lǐng)域占9%。
在中國(guó),銷量最好的產(chǎn)品還是MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))芯片。今年3月,MEMS傳感器出貨量現(xiàn)已突破20億大關(guān),意法半導(dǎo)體的MEMS傳感器不僅被用于智能手機(jī)、平板電腦、個(gè)人媒體播放器、游戲機(jī)、數(shù)碼相機(jī)和遙控器等主流消費(fèi)電子設(shè)備,還廣泛用于筆記本電腦硬盤自落體保護(hù)功能、移植設(shè)備等醫(yī)療儀器、汽車信息娛樂和導(dǎo)航系統(tǒng)。
孫定:許多跨國(guó)公司都提出了“分享”的概念,與中國(guó)企業(yè)和產(chǎn)業(yè)來(lái)分享技術(shù)、運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)等,或形成產(chǎn)業(yè)鏈的合作。意法半導(dǎo)體如何建立自己在中國(guó)的生態(tài)圈?與中國(guó)的電視機(jī)廠商怎樣合作?
李容郁:意法半導(dǎo)體成立了數(shù)字電視應(yīng)用研發(fā)中心,在中國(guó)的北京、上海、臺(tái)北、深圳都有技術(shù)支持中心。在中國(guó),我們有數(shù)字電視機(jī)頂盒產(chǎn)品,針對(duì)不同的市場(chǎng),從最基礎(chǔ)的機(jī)頂盒到高端的基于安卓互動(dòng)的機(jī)頂盒,都可以來(lái)提供相應(yīng)的解決方案。
孫定:你來(lái)自韓國(guó),很多人說(shuō)韓國(guó)的帶寬、服務(wù)都很好,韓國(guó)的智能電視市場(chǎng)是怎樣的?
李容郁:韓國(guó)的寬帶跟中國(guó)的機(jī)頂盒完全不一樣,韓國(guó)有線量非常少,以衛(wèi)星、IPTV為主;中國(guó)是有線電視居多。目前中國(guó)的高清內(nèi)容相對(duì)較少,美國(guó)有100多個(gè)高清頻道,韓國(guó)大概有60多個(gè),中國(guó)目前只有幾個(gè)。高清頻道對(duì)于用戶的體驗(yàn)非常重要。中國(guó)的三網(wǎng)融合已經(jīng)發(fā)展了幾年,高清內(nèi)容和機(jī)頂盒可以使用戶有更好的體驗(yàn)。
總編觀察
智能電視不是PC
在采訪中,我與意法半導(dǎo)體李容郁深入探討了智能電視的現(xiàn)狀與趨勢(shì)。
據(jù)李容郁介紹,當(dāng)今智能電視在彩電原有技術(shù)的基礎(chǔ)上,搭載ARM處理器、安卓操作系統(tǒng)和瀏覽器,除了收看電視節(jié)目以外,還可以上網(wǎng),像平板電腦一樣安裝應(yīng)用程序。這令我想起聯(lián)想CEO楊元慶的一句話:“聯(lián)想做的智能電視就是PC?!睏钤獞c還說(shuō),智能電視毫無(wú)疑問肯定會(huì)取代傳統(tǒng)電視。他認(rèn)為,智能手機(jī)取代傳統(tǒng)手機(jī)有多迅速,智能電視取代傳統(tǒng)電視就有多迅速。
但是,和李容郁的一番訪談,令人對(duì)楊元慶的觀點(diǎn)產(chǎn)生了懷疑。
SIP并沒有完全接手SOC的技術(shù)任務(wù),2006年開始推出3DIC概念后,2008年實(shí)作已有20萬(wàn)片。臺(tái)灣地區(qū)目前最重要的課題是:制訂3D IC的產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。異質(zhì)整合,平地起高樓
如果以“高度”形容一個(gè)城市,杜拜2008年的最高建筑是160層樓高,高度705m。馬來(lái)西亞1998年的最高建筑是88層樓高,高度452m。臺(tái)灣2004年的最高建筑是101層樓高,高度508m。 電子產(chǎn)品,功能越加越多,走到系統(tǒng)單芯片(SOC),為數(shù)眾多的晶體管,必須越靠越緊密。
3D IC的概念,是從SOC的痛苦中,尋求創(chuàng)新的結(jié)果,蓋起高樓吧!!簡(jiǎn)單說(shuō)3D IC是把各種不同屬性,不同制程程序的晶圓,把邏輯(IogIC)、內(nèi)存(memory)、微機(jī)電(MEMS),生醫(yī)(Bio)、電池(Bartery)等,一層層地堆棧,構(gòu)筑出千層糕一般的立體IC。
3D IC,最精簡(jiǎn)的介紹,就是“異質(zhì)整合”(Hete rogeneous Integration)。
SOC帶來(lái)的痛苦
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)推動(dòng)辦公室(SIPO)副主任唐經(jīng)洲,分析SOC所面臨的6大困難包括:“投資成本太高”,“材料發(fā)展不易”、“微影技術(shù)太過(guò)困難”、“3D晶體管架構(gòu)尚未成熟”、“制程變異性難以掌握”及“散熱問題影響深遠(yuǎn)”。
在“投資成本太高”方面,他指出,追求先進(jìn)制程的SOC,65奈米制程的投資規(guī)模已高達(dá)新臺(tái)幣15億元,這樣的投資規(guī)模已經(jīng)不是一般的IC公司可以投資得下去的。
在“微影技術(shù)太過(guò)困難”方面,193nm光源的微影機(jī),在制程技術(shù)不斷微縮的挑戰(zhàn)下,雖然臺(tái)積電的林本堅(jiān)博士發(fā)明了浸潤(rùn)式微影技術(shù),解決了大家花更多資金買157nm光源的微影機(jī),但浸潤(rùn)式微影技術(shù)可不是白吃的午餐,要付出的代價(jià)是要用更多的計(jì)算機(jī)運(yùn)算,包括光學(xué)近接效應(yīng)修正法(optICal proximitycorrection;OPC)OPC等計(jì)算機(jī)算法來(lái)做微調(diào)。
在“3D晶體管架構(gòu)尚未成熟”這點(diǎn),雖然有FinFET(鰭式場(chǎng)效晶體管),但也還不是非常成熟普及的技術(shù)。
5個(gè)字簡(jiǎn)介SOC,可說(shuō)“又貴、又困難”:兩個(gè)字簡(jiǎn)介SOC,就是“痛苦”。
3D IC技術(shù)優(yōu)勢(shì)
3D IC與過(guò)去IC制程概念上,并沒有太大不同,不同的是這回晶圓(Wafer)必須磨得更薄,直接在wafer上鉆洞,透過(guò)濺鍍或CVD把銅給灌進(jìn)洞里。唯一新的制程是精準(zhǔn)度要求達(dá)1μm的精密機(jī)械手臂(Handler)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)(alignment),把多片wafer給連結(jié)在一起。
把SOC,SIP及3D IC三者放在一起比較。在聯(lián)機(jī)密度(interconnect density)上,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)推動(dòng)辦公室(SIPO)副主任唐經(jīng)洲給了很好的概念,他表示,SIP與SOC的聯(lián)機(jī)密度比,大約是1比100,而3D IC則是10左右。在菜單現(xiàn)上,3D IC又能達(dá)到SOC的高復(fù)雜度。嬌小省電
3D IC在聯(lián)機(jī)密度上的優(yōu)勢(shì),給設(shè)計(jì)所帶來(lái)的好處包括:減少外觀尺寸、減少電容與電感、提高速度、以及降低功耗等,這些好處,尤其是降低功耗,對(duì)于手持式電子產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)非常大。制造成本低
生產(chǎn)費(fèi)用上,3D IC延長(zhǎng)許多舊制程(例如:0.35μm)的使用年限,這些制程的機(jī)臺(tái)早就折舊得差不多了,所以,3D IC的制造成本,具有很好的成本優(yōu)勢(shì)。
異質(zhì)整合
整個(gè)3D IC技術(shù),最炫人的部分,就在于“異質(zhì)整合”(Heterogeneous Integration),這項(xiàng)技術(shù)讓設(shè)計(jì)者可以把許多制程特性完全不同的組件,給一片片像迭千層糕似地,往3D IC迭上去,除了電源(Energy/Power)、處理器(Processor),內(nèi)存(Memory)外,還可以有射頻(RF)、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換(AD/DA)、奈米組件 (Nano DevICe)、微機(jī)電(MEMS)、生化傳感器(ChemICal & Bio Sensors)等等。異質(zhì)整合的3D IC讓未來(lái)的手機(jī)可像悠游卡一樣薄,還能同時(shí)擁有照相功能。
提高可靠度
由于制程上3D IC只要用10年前的主流制程就已綽綽有余,因此,相較于SOC的制程變異性高、難以掌控,3D IC所需的制程,早已千錘百煉,所以可靠度高。
3D IC主要應(yīng)用
由于SOC的千難萬(wàn)難,因此,2007年大家就主推SIP來(lái)幫忙。但SIP美中不足的是,在聯(lián)機(jī)密度(interconnect density)上表現(xiàn)有限,要連太多線就要打架了。
3D IC的應(yīng)用從2006年萌芽后,2008年已經(jīng)有20萬(wàn)片芯片實(shí)作,未來(lái)增長(zhǎng)性持續(xù)看好。其主要應(yīng)用包括:3D-SIP邏輯IC(FPGA、CPU、MPU、Analog)、微機(jī)電(硅麥克風(fēng)、RF,光學(xué)微機(jī)電組件等)、NOR & NAND Flash內(nèi)存(手機(jī)、SSD)、DRAM(服務(wù)器模塊、桌上型PC、NB)、影像傳感器(手機(jī)相機(jī)、筆電WebCam)、RF-SIP等、
3D IC市場(chǎng)預(yù)估樂觀
SOC又貴又痛苦,SIP又不夠應(yīng)付,3D IC未來(lái)市場(chǎng)需求,大家一致表示樂觀。幾乎所有的市場(chǎng)調(diào)查機(jī)構(gòu)都表示,看好3D IC未來(lái)的市場(chǎng)增長(zhǎng)。
亟需:制訂產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
關(guān)鍵詞:半導(dǎo)體;供應(yīng)鏈;高級(jí)訂單承諾系統(tǒng);線性規(guī)劃;客戶關(guān)系管理
中圖分類號(hào):F273;TN30;TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
Advanced available-to-promise system for semiconductor enterprise
HAN Lixi1,SHI Liang1,TONG Minglong2,WU Zhiming1
(1.School of Electronic & Electric Eng.,Shanghai Jiaotong Univ.,Shanghai 200240,China;
2. Intel Asia-Pacific Research & Development Ltd.,Shanghai 200240,China)
Abstract:To improve the customer service quality for semiconductor enterprises,the optimization on advanced Available-to-Promise(ATP) system which is based on multi-plant and multi-phrase supply chain system under the multi-customer and multi-product environment is studied. Taking the profit and customer satisfaction as object,the advanced ATP system is developed based on linear programming by taking full advantage of the substitution character among semiconductor products. The system makes use of the optimization software OPL to convert the content of the model into OPL language. The simulation experiment indicates that the method can help semiconductor enterprises to improve order response speed and make reliable decision on ATP .
Key words:semiconductor;supply chain;advanced available-to-promise system;linear programming;customer relationship management
0 引 言
隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇,各公司越來(lái)越多地通過(guò)更好的客戶服務(wù)提高競(jìng)爭(zhēng)力.半導(dǎo)體企業(yè)目前所面臨的挑戰(zhàn)包括:訂單呈現(xiàn)出多品種小批量趨勢(shì)(訂單多且雜),產(chǎn)品生命期縮短(需要高響應(yīng)速度)和客戶關(guān)系管理(客戶分層).因此,半導(dǎo)體企業(yè)迫切需要強(qiáng)大的訂單承諾(Available to Promise,ATP)系統(tǒng)迎接這些挑戰(zhàn).現(xiàn)有企業(yè)的ATP主要依賴于ERP系統(tǒng)提供的傳統(tǒng)可承諾量.由于ERP系統(tǒng)不考慮物料和產(chǎn)能約束且沒有優(yōu)化功能,使得ATP結(jié)果很不可靠,若采用手工分析考慮物料和產(chǎn)能,由于半導(dǎo)體的多工廠環(huán)境,通常這樣的分析需要在各個(gè)工廠內(nèi)進(jìn)行,然后匯總給虛擬工廠代表,需要經(jīng)過(guò)多次商討,花費(fèi)大量人工,而且容易打斷正常的生產(chǎn)計(jì)劃安排,造成生產(chǎn)混亂情況.
為了解決以上缺點(diǎn),提出具有優(yōu)化物料和產(chǎn)能功能的高級(jí)ATP系統(tǒng).CLAY[1]提出1個(gè)改進(jìn)的可供量承諾概念,用信息系統(tǒng)管理客戶訂單、安全庫(kù)存和提前期.WENG[2]研究MTO(Make to Order,按訂單生產(chǎn)模式)下的可供量承諾問題.CHEN等[3]提出可以給出承諾數(shù)量和日期的可供量承諾模型.ZHAO等[4]發(fā)表基于優(yōu)化的多階段可供量承諾模型.江道琪等[5]詳細(xì)介紹應(yīng)用線性規(guī)劃(Linear Programming,LP)的生產(chǎn)計(jì)劃模型案例.本文針對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)多工廠多階段生產(chǎn)供應(yīng)鏈系統(tǒng)和多客戶關(guān)系、多產(chǎn)品市場(chǎng)環(huán)境下的ATP優(yōu)化問題,以利潤(rùn)和客戶滿意度為目標(biāo),把半導(dǎo)體產(chǎn)品具有的成品替代特性作為約束條件進(jìn)行建模,并通過(guò)仿真分析模型的應(yīng)用效果.
1 問題描述
供應(yīng)鏈有兩種基本的控制模式:推式(以需求預(yù)測(cè)安排生產(chǎn))和拉式(以實(shí)際訂單安排生產(chǎn)).半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)采用典型的推拉結(jié)合生產(chǎn)控制模式.半導(dǎo)體前期生產(chǎn)(晶圓制造)的主要加工工序是化學(xué)清洗、平面光刻、離子注入、金屬沉積和氧化等,生產(chǎn)提前期約3個(gè)月,不能做到快速響應(yīng)訂單,并且前道的產(chǎn)出晶圓種類較少,故不按照晶圓的預(yù)期需求量,而以生產(chǎn)入庫(kù)的方式生產(chǎn).半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)后道的封裝測(cè)試可根據(jù)不同的封裝形式將晶圓加工成種類眾多的不同成品,加工時(shí)間一般在1到2周不等.故而,后道加工能以實(shí)際的訂單或者較為精確的需求預(yù)測(cè)為基礎(chǔ)進(jìn)行生產(chǎn)安排.兩個(gè)生產(chǎn)模式通過(guò)晶圓倉(cāng)庫(kù)銜接,其作用是集中收集所有前道產(chǎn)出晶圓,進(jìn)行簡(jiǎn)單分類處理;由于晶圓倉(cāng)庫(kù)一般安排在前道工廠附近,倉(cāng)儲(chǔ)成本較高,故而一般不設(shè)置庫(kù)存,將分類后的晶圓迅速運(yùn)往各后道處理工廠.
高級(jí)ATP系統(tǒng)應(yīng)處于推式與拉式之間,將推式生產(chǎn)過(guò)渡到拉式生產(chǎn).簡(jiǎn)言之,其作用就是基于晶圓供應(yīng)量和產(chǎn)能得出1個(gè)可行的封裝測(cè)試方案,以最好地滿足現(xiàn)有訂單并使企業(yè)利益最大化.
所研究的生產(chǎn)系統(tǒng)見圖1,包括1個(gè)晶圓倉(cāng)庫(kù)、3個(gè)封裝工廠、兩個(gè)測(cè)試工廠和兩個(gè)配送中心.生產(chǎn)流程是:由晶圓倉(cāng)庫(kù)運(yùn)送晶圓(2種)至封裝工廠的物料倉(cāng)庫(kù),在晶圓被封裝成半成品(3種)后,不在封裝工廠存儲(chǔ),直接送往測(cè)試工廠的半成品倉(cāng)庫(kù),測(cè)試完成后,再將成品(6種)直接運(yùn)至配送中心,以滿足訂單需求.根據(jù)半導(dǎo)體產(chǎn)品的替代特性(如不同頻率的同類芯片可替代使用),將6種成品分為2個(gè)產(chǎn)品家族,前3種成品為1個(gè)產(chǎn)品家族,后3種為另1組.每個(gè)產(chǎn)品家族里的成員具有相互替代性,當(dāng)某種產(chǎn)品的產(chǎn)出不夠時(shí),可由其替代品滿足訂單,但售價(jià)將降低30%.
本文的ATP系統(tǒng)計(jì)算時(shí)間跨度為1個(gè)月,時(shí)間單位為d.ATP系統(tǒng)的輸入主要包括:未來(lái)1個(gè)月內(nèi)的晶圓供給量;各工廠的產(chǎn)能;各環(huán)節(jié)的運(yùn)輸時(shí)間和成本;各倉(cāng)儲(chǔ)成本;未來(lái)1個(gè)月內(nèi)的訂單,每周統(tǒng)計(jì)1次,并且按照客戶等級(jí)分為3個(gè)級(jí)別(第1級(jí)客戶最重要).輸出主要包括:每天各工廠的產(chǎn)量報(bào)表;各運(yùn)量報(bào)表;成品分配量報(bào)表(業(yè)務(wù)員可根據(jù)成品分配量報(bào)表對(duì)訂單進(jìn)行承諾).
2 數(shù)學(xué)模型
上述問題可由線性方程進(jìn)行數(shù)學(xué)建模.LP是數(shù)學(xué)規(guī)劃的分支之一.當(dāng)問題被描述成線性模型時(shí),LP可以在較短時(shí)間內(nèi)解決大型問題.比如,1個(gè)典型的具有150 000個(gè)決策變量的LP問題,可在1 min內(nèi)得到解決.此外,LP生成的是最優(yōu)解,不受搜索初始點(diǎn)以及商業(yè)規(guī)則順序的影響.鑒于LP得到解的速度和質(zhì)量,使用者可以通過(guò)改變輸入數(shù)據(jù)(不同的訂單需求和生產(chǎn)能力)模擬不同情況,以支持最終的決策.LP也同樣可以方便地修改已經(jīng)存在的規(guī)則或是新增規(guī)則,得到系統(tǒng)的增強(qiáng)版.對(duì)于產(chǎn)品種類繁多、生產(chǎn)流程復(fù)雜的半導(dǎo)體制造業(yè),LP作為1種綜合考慮多種影響因素的全局優(yōu)化方法,與其他方法相比其優(yōu)越性更為明顯.
3 模型實(shí)驗(yàn)與分析
用LP求解時(shí)應(yīng)用ILOG公司的OPL優(yōu)化軟件,將模型中的內(nèi)容(包括目標(biāo)函數(shù)和約束方程)轉(zhuǎn)化為OPL語(yǔ)言. 本模型在CPU為1.86 GHz,2 GB內(nèi)存的PC機(jī)上運(yùn)行,對(duì)于總約束數(shù)量1 872個(gè),變量5 059個(gè),非0系數(shù)16 750個(gè)的LP模型,平均求解時(shí)間小于20 s.
3.1 ATP系統(tǒng)基本功能實(shí)驗(yàn)
在其他參數(shù)不變、物料產(chǎn)能受限的情況下,考慮兩種不同的成品利潤(rùn)方案.方案1:成品1的利潤(rùn)與其他5種成品無(wú)差異.方案2:成品1的利潤(rùn)略高于其他5種成品.結(jié)果見表1.根據(jù)表中數(shù)據(jù)得出在物料產(chǎn)能受限的情況下,如果成品1 的利潤(rùn)提高,優(yōu)化模型會(huì)優(yōu)先支持產(chǎn)品1的訂單,使得在維持同樣客戶滿意度的情況下(2 717個(gè)未滿足訂單),給出利潤(rùn)最大的ATP方案.
3.2 產(chǎn)品替代功能實(shí)驗(yàn)
在其他參數(shù)不變、訂單受限的情況下,考慮當(dāng)產(chǎn)品3由于某種意外而不能被生產(chǎn)的情況.方案1:模型具有成品替代功能(直接利用上文所述模型即可);方案2:模型不具有成品替代功能(在模型約束中加入替代分配量為0的限制條件).結(jié)果見表2.由于產(chǎn)品3的停產(chǎn),使得其訂單都不能得到滿足.但是,若開啟模型的成品替代功能,在物料和產(chǎn)能允許的前提下,模型將建議增加產(chǎn)品3的替代品(產(chǎn)品1和產(chǎn)品2)的總供應(yīng)量,以供客戶選購(gòu),最大程度上滿足客戶的訂單,提高客戶滿意度.
4 總 結(jié)
研究半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)多工廠多階段生產(chǎn)供應(yīng)鏈系統(tǒng)和多客戶關(guān)系、多產(chǎn)品市場(chǎng)環(huán)境下的ATP優(yōu)化問題,建立1種考慮成品替代性的LP模型,最后通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)說(shuō)明,該方法能幫助半導(dǎo)體企業(yè)提高訂單響應(yīng)速度,作出可靠ATP決策.
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