“一知半解是件危险的事”这句谚语是由亚历山大·蒲柏(1688-1744)在法国提出的论批评(1711)。如果这种感觉是真的，那么我自诩为一个非常危险的人。
作为题外话(我们在本专栏的早期就开始了题外话，因为我就是这样的人)，普普利留斯·西罗斯(公元前85-45年)，一个叙利亚人，最初是罗马奴隶，最终获得了自由，他以一种略微不同的方式表达了这个概念，他写道:“对一件事一无所知，胜过对一件事半知半解。”当有人说出这样的话时，背后通常都有一个故事。我希望我知道这背后的故事。如果我能让我的时间机器运转起来，我会回去让年轻的普普利留斯解释和阐明。
我在这里提到这一点的原因是，直到最近，我会认为我对化合物半导体的主题了解得和下一个人一样多，也就是说，一点也不了解。然而，在与韦恩·约翰逊聊天之后，他是公司销售和业务发展的执行副总裁以在美国，我发现我所知道的有一半并没有我以为的那么多，而我所知道的有一半是错的。
让我们从威廉·肖克利，沃尔特·布拉顿和约翰·巴丁成功地创造了第一个事实开始点接触型晶体管1947年12月23日(他们在圣诞节假期休息了一下，然后发表了他们的成就，这就是为什么一些参考书说第一个晶体管是在1948年发明的。)三年后，也就是1950年，肖克利发明了一种叫做双极结晶体管(BJT)相比点接触式设备，这种设备更可靠、更容易、更便宜，而且结果更一致。
第一个晶体管是用锗(Ge)作为衬底形成的，但硅(Si)很快取代锗成为半导体的首选，原因有很多，包括(a)硅半导体可以在比锗半导体更高的温度下使用，(b)硅晶圆比锗晶圆拥有更好的结构完整性。
硅和锗都被称为four-valence半导体因为它们都有4个电子可以在最外层的电子层成键。因此，它们被称为第IV族元素(其中“IV”在罗马数字中是“4”)。此外，他们都被称为元素半导体因为它们都是由一种原子组成的。然而，事实证明有很多化合物半导体由两个或多个元素组成的。
另一方面，碳(C)在元素周期表中与硅和锗属于同一族，这意味着它在最外层也有四个价电子。反过来，这意味着金刚石形式的碳可以用作半导体;然而，迄今为止，我们还没有学会如何制造单晶金刚石晶圆。
一种类型的化合物半导体涉及混合两组IV元素，如硅和碳，从而产生碳化硅(SiC)，其中“碳化硅”用于指碳与电负性较低或相当的元素的二元化合物。
另外，铝(Al)、镓(Ga)和铟(In)的最外层都有三个价电子，而氮(N)、磷(P)、砷(As)和锑(Sb)的最外层都有五个价电子。将这些III族和V族元素以1:1的比例混合会产生各种III-V(发音为“three-five”)化合物半导体，如GaAs、InP、GaN、GaSb和AlGaAs。
另一方面，令我惊讶和喜悦的是，原来还有II-VI(发音为“two-six”)化合物半导体，我刚刚发现它们通常表现出较大的带隙，从而使它们在光电子学中的短波长应用中很受欢迎。根据维基百科的说法，“这些半导体要么在锌闪锌矿晶格结构中结晶，要么在纤锌矿晶体结构中结晶”，对此我的回答是，“嗯，废话”(这是我说“我不知道这两个术语的意思”的方式)。
回到IV-IV和III-V型化合物半导体——使用这些小颗粒的原因是，与硅相比，它们提供了无数的性能优势，包括高效的高频操作，高效的发射和检测光，更高的击穿电压，以及更好的热性能。换句话说，化合物半导体只消耗了单质半导体检测、存储、路由和传输数据所需能量的一小部分。
值得注意的是，当涉及到制造CMOS器件时，如微处理器(mpu)、微控制器(mcu)、图形处理单元(gpu)、现场可编程门阵列(fpga)和片上系统(SoC)设备时，化合物半导体不会取代硅等元素半导体，这些器件目前可以包含数十亿个晶体管。我们在这里谈论的是使用复合半导体来制造小型设备，在智能手机等设备中实现射频级等功能。事实上，你可能会惊讶地发现，化合物半导体无处不在，支撑着当今大量的技术产品。
化合物半导体无处不在(来源:IQE)
连接:你想要一部支持5G、6G、还能连接星链卫星的智能手机吗?复合半导体支持的频率比硅高得多，功耗比硅低得多。
力量:GaN化合物半导体是高效电力电子产品的基础，使一系列不同的应用成为可能，从汽车电池充电和手机5G功率放大器，到支撑全球NetZero运动。
意义:如果你的智能手机可以识别你的脸，那么它就是在使用复合半导体来处理3D传感任务。复合半导体使自动驾驶汽车的激光雷达、国防和工业的红外传感等成为可能。
显示:基于GaAs/GaN化合物半导体的microled可以实现超高的密度和效率，使其成为元宇宙、可穿戴设备、智能显示器和大规模直视显示器的理想选择。
现在，这是(a)事情变得有趣的地方，(b)我揭示了我无知的深度，(b)点可能是(a)点背后的驱动力，这取决于你的观点。我最熟悉的是创建常规硅基CMOS器件的过程(以及闪存之类的东西，这需要一些额外的步骤)。在这种情况下，我们从一个由硅制成的晶圆形式的基板开始。然后我们做一些事情，比如生长一层氧化物，涂上一层抗蚀剂，成像抗蚀剂，去除不需要的抗蚀剂，蚀刻氧化物，并掺杂暴露的硅(引入其他元素)，在硅衬底本身中创建p型和n型结构。在这种情况下，我们最终在基底上得到的唯一东西是氧化物层和金属化层。
我认为在化合物半导体的例子中使用了大致相同的过程，这只是表明亚历山大知道他在说什么，当他说出他的“一点点知识是一件危险的事情”的宣言时。
我们确实从晶圆形式的化合物半导体基板开始。然而，下一步是使用外延工艺在晶圆表面沉积原子工程薄膜层。我们可以在这里讨论数十或数百层，其中每个层堆栈都是针对每个目标应用程序定制的。这就是那些老爷们在的地方以作为唯一一家在全球范围内创建晶圆外延层堆栈的化合物半导体制造商，我们将自豪地屹立在人群中epiwafers，然后再运往芯片制造商(比如台积电)。
这是让我大吃一惊的部分，因为我们不需要给化合物半导体堆栈上涂料;相反，我们根据需要蚀刻图层。这意味着必须以这样一种方式来构思和实现层堆栈，以便使用同一层集的不同子集来实现不同类型的组件。例如，下面的图像显示了伪伪高电子迁移率晶体管(pHEMT)开关和异质结双极晶体管(HBT)功率放大器(PA)的组合:
HBT PA和pHEMT开关使用相同的复合半导体外延层堆叠创建
(资料来源:C. K. Lin, et al.， CS MANTECH 2007)
当Wayne给我看另一张完全让我震惊的图片时，我还在试着把(我笑着称之为)我的思想围绕在这个概念上。当我们谈论“使用外延工艺在晶圆表面沉积原子工程薄膜层”时，我以为我们基本上是用与常规元素半导体相同的方式生长层。例如，如果我们把一块硅片放在带有氧气的烤箱中，并将其放置一段时间，我们最终会得到一层一定厚度的二氧化硅。如果我们增加在烤箱里的时间，就会增加氧化层的厚度。这是不我们在这里谈论的。我们是我们讨论的是一次增加一层原子。
每次增加一层原子
(来源:张炳扬。Lo et al 2015 ECS Trans. 66 191)
我们通常认为华夫饼是平躺在桌子上的，但想象一下这个华夫饼是站在桌子边上的。我们在这里看到的是位于晶圆表面的大约90层原子。从左到右，我们可以看到大约16层GaN(左边浅灰色区域)，然后是一堆ALGaN(中间深灰色区域)，然后是4层左右的GaN(右边浅灰色条带)，然后是晶圆“上方”的大气(右边黑色区域)。虽然这听起来令人兴奋，但每个点都是一个独立的原子。
“O-M-G，”我只能说。
当我们在思考我们刚刚看到的东西时，让我们回到IQE的男男女女，他们想给我们留下以下想法:“我们是当今社会无处不在的技术的‘沉默的推动者’。如果你的口袋里有一部移动电话，它很有可能包含IQE材料，允许它与基站通信。我们是3D传感技术的先驱，该技术使高端手机能够进行面部识别。此外，我们今天所知道的互联网依赖于由IQE制造的复合半导体实现的高速数据通信。”
说实话，他们可以这样聊上几个小时——根据我所看到的，这是活该——但我想我们就到此为止，把它交给你。你怎么看这一切?
