造個(gè)芯片這么難

芯片是怎么被造出來(lái)的？為什么我們?cè)煨酒y度那么大？要回答這些問(wèn)題，就得從芯片的工作原理說(shuō)起。

眾所周知，只要是電子產(chǎn)品，就離不開(kāi)芯片。芯片通常分為兩種：一種是功能芯片，比如我們常說(shuō)的中央處理器（CPU），就是帶有計(jì)算功能的芯片；另一種就是存儲(chǔ)芯片，比如電腦里的閃存（Flash），是一種能儲(chǔ)存信息的芯片。

這兩種芯片，本質(zhì)上都是載有集成電路的硅片。怎么理解呢？就是我們?cè)谝黄杵希凑赵O(shè)計(jì)刻出一些凹槽，在凹槽里填充一些介質(zhì)，從而使硅面上形成許多晶體管、電阻、電容和電感，讓這片硅成了復(fù)雜的電路，得以實(shí)現(xiàn)一些特定的功能。所以，我們才會(huì)看到芯片放大圖上有那么多彎曲、平行的凸起和紋路。

聽(tīng)起來(lái)不難，做起來(lái)可要命。芯片的誕生分三個(gè)步驟，分別是設(shè)計(jì)、制作和封裝，難度依次減弱?，F(xiàn)在全球芯片設(shè)計(jì)基本集中在美國(guó)，制作集中在中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)和韓國(guó)，中國(guó)大陸大部分承擔(dān)的是封裝工作，也就是把芯片裝到板上拿出去賣?？梢哉f(shuō)，在芯片的電路設(shè)計(jì)這個(gè)領(lǐng)域，中國(guó)的競(jìng)爭(zhēng)力遠(yuǎn)不如美國(guó)和韓國(guó)。

設(shè)計(jì)難，制作也不簡(jiǎn)單。我們來(lái)看具體過(guò)程。首先，需要提取純硅，就是把二氧化硅（其實(shí)就是沙子）還原成硅單質(zhì)，把硅打成硅錠切片，就得到了硅片——這相當(dāng)于芯片的地基。這個(gè)步驟簡(jiǎn)單，我們的技術(shù)做得很不錯(cuò)。

有了硅片后，就要在上面涂上一層膠，名為“光刻膠”。這是一種感光膠狀物，當(dāng)用紫外線加透鏡去照射某一個(gè)部位，膠面會(huì)發(fā)生變化，之后利用化學(xué)原理進(jìn)行腐蝕，光照過(guò)的部分就會(huì)被腐蝕掉，留下凹槽。此時(shí)，往凹槽里添加硼、磷等介質(zhì)，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)半導(dǎo)體或者電容。以此類推，我們?cè)偻恳粚幽z，再照，再腐蝕，再摻入……不斷重復(fù)，像搭房子一樣搭出一個(gè)復(fù)雜的集成電路，也就是芯片的核心部分。

然而，以上說(shuō)的只是光刻技術(shù)的基本原理，實(shí)際操作起來(lái)要復(fù)雜得多，還會(huì)涉及波長(zhǎng)等問(wèn)題。光刻最主要的器械就是光刻機(jī)，這項(xiàng)技術(shù)長(zhǎng)期被荷蘭、日本、德國(guó)壟斷，一臺(tái)機(jī)器要花七八億元人民幣，而且他們只優(yōu)先提供給中國(guó)臺(tái)灣、韓國(guó)等地的大客戶。中國(guó)大陸也有自己的光刻機(jī)，但是和世界先進(jìn)水平比，差距還很大。

現(xiàn)在看來(lái)，中國(guó)要真正做出自己的芯片，頂層設(shè)計(jì)和光刻技術(shù)是兩大難題。但我們也有理由相信，以中國(guó)的科研實(shí)力和技術(shù)積累，突破這兩個(gè)難關(guān)只是時(shí)間問(wèn)題。

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