带你看懂芯片的内部结构

在我们阐明半导体芯片之前，我们先应该了解两点。其一半导体是什么，其二芯片是什么。

半导体( semiconductor)，指常温下导电性能介于绝缘体(insulator)与导体(conductor)之间的材料。人们通常把导电性差的材料，如煤、人工晶体、琥珀、陶瓷等称为绝缘体。而把导电性比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。

与导体和绝缘体相比，半导体材料的发现是最晚的，直到20世纪30年代，当材料的提纯技术改进以后，半导体才得到工业界的重视。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，而硅则是各种半导体材料中，在商业应用上最具有影响力的一种。

芯片(chip)，又称微芯片(microchip)、集成电路(integrated circuit， IC)。是指内含集成电路的硅片，体积很小。一般而言，芯片(IC)泛指所有的半导体元器件，是在硅板上集合多种电子元器件实现某种特定功能的电路模块。它是电子设备中最重要的部分，承担着运算和存储的功能。广泛应用于军工、民用等几乎所有的电子设备。

讲到这里你大概对于半导体和芯片有个简单了解了，接下来我们来聊聊半导体芯片。

半导体芯片是什么？

一般情况下，半导体、集成电路、芯片这三个东东是可以划等号的，因为讲的其实是同一个事情。

半导体是一种材料，分为表格中四类，由于集成电路的占比非常高，超过80%，行业习惯把半导体行业称为集成电路行业。而芯片就是集成电路的载体，广义上我们就将芯片等同于了集成电路。

所以对于小白来说，只需要记住，当芯片、集成电路、半导体出现的时候，别慌，是同一码事儿。

半导体芯片内部结构

半导体芯片虽然个头很小。但是内部结构非常复杂，尤其是其最核心的微型单元——成千上万个晶体管。我们就来为大家详解一下半导体芯片集成电路的内部结构。一般的，我们用从大到小的结构层级来认识集成电路，这样会更好理解。

1、系统级

我们还是以手机为例，整个手机是一个复杂的电路系统，它可以玩游戏、可以打电话、可以听音乐... ...

它的内部结构是由多个半导体芯片以及电阻、电感、电容相互连接组成的，称为系统级。(当然，随着技术的发展，将一整个系统做在一个芯片上的技术也已经出现多年——SoC技术)

2、模块级

在整个系统中分为很多功能模块各司其职。有的管理电源，有的负责通信，有的负责显示，有的负责发声，有的负责统领全局的计算，等等 —— 我们称为模块级，这里面每一个模块都是一个宏大的领域。

3、寄存器传输级(RTL)

那么每个模块都是由什么组成的呢？以占整个系统较大比例的数字电路模块(它专门负责进行逻辑运算，处理的电信号都是离散的0和1)为例。它是由寄存器和组合逻辑电路组成的。

寄存器是一个能够暂时存储逻辑值的电路结构，它需要一个时钟信号来控制逻辑值存储的时间长短。

实际应用中，我们需要时钟来衡量时间长短，电路中也需要时钟信号来统筹安排。时钟信号是一个周期稳定的矩形波。现实中秒钟动一下是我们的一个基本时间尺度，电路中矩形波震荡一个周期是它们世界的一个时间尺度。电路元件们根据这个时间尺度相应地做出动作，履行义务。

什么是组合逻辑呢，就是由很多“与(AND)、或(OR)、非(NOT)”逻辑门构成的组合。比如两个串联的灯泡，各带一个开关，只有两个开关都打开，灯才会亮，这叫做与逻辑。

一个复杂的功能模块正是由这许许多多的寄存器和组合逻辑组成的。把这一层级叫做寄存器传输级。

4、门级

寄存器传输级中的寄存器其实也是由与或非逻辑构成的，把它再细分为与、或、非逻辑，便到达了门级(它们就像一扇扇门一样，阻挡/允许电信号的进出，因而得名)。

5、晶体管级

无论是数字电路还是模拟电路，到最底层都是晶体管级了。所有的逻辑门(与、或、非、与非、或非、异或、同或等等)都是由一个个晶体管构成的。因此集成电路从宏观到微观，达到最底层，满眼望去其实全是晶体管以及连接它们的导线。

双极性晶体管(BJT)在早期的时候用的比较多，俗称三极管。它连上电阻、电源、电容，本身就具有放大信号的作用。

像堆积木一样，可以用它构成各种各样的电路，比如开关、电压/电流源电路、上面提到的逻辑门电路、滤波器、比较器、加法器甚至积分器等等。由BJT构建的电路我们称为TTL(Transistor-TransistorLogic)电路。BJT的电路符号长这个样子：

但是后来金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的出现，以优良的电学特性、超低的功耗横扫IC领域。除了模拟电路中BJT还有身影外，基本上现在的集成电路都是由MOS管组成的了。

同样的，由它也可以搭起来成千上万种电路。而且它本身也可以经过适当连接用来作电阻、电容等基本电路元件。MOSFET的电路符号如下：

综上所述，在实际工业生产中，芯片的制造，实际上就是成千上万个晶体管的制造过程。只不过现实中制造芯片的层级顺序正好反过来了，是从最底层的晶体管开始一层层向上搭建。

也就是说，按照“晶体管->芯片->电路板”的顺序，我们最终可以得到电子产品的核心部件——电路板。

再也不尴尬，分不清元器件是啥了！这里有实物图，让你一次认识完

在实际的生活中，你是否会遇到这样一种窘境？看到一个元器件，却是不知道，这是什么东西？不用担心，小编今天，让你一下子了解所有的常用元器件，

电阻实物图展示

插件色环电阻

光敏电阻

色环电阻

贴片电阻

黑色的是热敏电阻

金属

碳膜电阻

大功率刹车电阻

贴片电阻

压敏电阻

阻值表

电容实物图展示：

电解电容结构图

电解电容

音频专用电源

CBB电容

启动电容

贴片电容

贴片电容

各种电容

电解电容

电位器实物图展示：

电位器

电位器

电位器

电位器

电位器

电位器

二极管实物展示：

发光二极管

普通二极管

稳压二极管

三极管实物展示：

三极管

三极管

功率三极管

三极管

光电耦合器实物展示：

光耦

光耦

光耦

继电器实物展示

继电器

继电器

马达实物展示：

直流电机

电机转子

交流马达

直流马达

直流电机

马达电刷

由于时间关系，暂时先分享这一些，如果对电子感兴趣，可以关注作者，技术男带你学习电子。如果想了解更多学习方式，请发送私信“学习方式”就可以获得回答。感谢大家的支持，祝大家生活愉快，万事如意。

相关问答

[回答]qcwx_s2()

[最佳回答]下面的发动机基本零件结构图很详细,对新手汽车保养很有帮助。不了解发动机基本零件的童鞋,不妨了解一下,提高对汽车的认识。发动机节气门零件图发动...

[回答]qcwx_s2()

看看空调制热有两种方式:与制冷类似,只是将冷凝器与散热器换个位置(通过导向阀,将制冷剂的流动方向调换一下来实现),制冷就变成制热了。这种方式就...

[最佳回答]蛋白质二级结构(secondarystructure)二级结构是指多肽链借助于氢键沿一维方向排列成具有周期性的结构的构象,是多肽链局部的空间结构(构象),主要有...

螺栓、孔、电焊铆钉图例:5、钢梁结构:钢梁常用于大、中跨度桥梁中钢梁的种类:钢板梁、钢桁梁下承式简支栓焊梁图:6、钢梁结构图的内容:设计轮廓图、节点...

[回答]疏水器中的受热元件收缩,将针型阀门打开进行排凝,在此过程中,随着冷凝液的流动,不可避免的将蒸汽带出电厂锅炉蒸汽段管道用的输水设备简单的说就是...

设备安装需要的图纸一般有以下几种一,设备平面布置图.标明设备安装位置及高程二,设备结构图含总图,零件...恩,老师,好多图纸都看不懂,发现在这...

塔结构和其它塔差不多。和板式塔一模一样。只是塔板上的气流分布元件不一样这个是天大导向浮阀。希望楼主发些这类照片,期待呢哪位博学之士能发...

以下是用PROE画手机结构图的步骤:1.打开PROE软件,选择新建一个零件文件。2.在绘图区域中创建基本形状,如矩形、圆形、椭圆形等,用于表示手机的各...