小小芯片上的上千萬個晶體管是怎么裝上去的,？

vu米 2021-10-05

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如果評選近100年來最偉大的科技發(fā)明,，芯片恐怕算得上其中之一。CPU芯片的生產,，可以形容為沙子的涅槃過程,。簡單來說,，芯片在電子設備中的作用就相當于汽車的發(fā)動機。

芯片的制作,，跟在一片指甲蓋大小的位置上蓋一座城市一樣復雜,。那么這座指甲蓋大小的面積上會有多少條街道呢？答案是,，有數(shù)公里長的導線和上億跟集體管,。再形象一點，就相當于在一根頭發(fā)的橫截面積上印上一本紅樓夢加一本西游記的字,，還要保證能看得清,，可想而知，這其中的技術難度有多大,。

芯片的制造過程

一,、制作硅晶圓

第一步進行硅提純，簡單來說就是在沙子中加入碳,，沙子成分是二氧化硅,，在高溫作用下，制備出純度99.9%的硅,。接著進行硅單質的熔煉,，從熔融的硅單質里面拉出鉛筆狀的硅晶柱，也就是硅錠,。鉆石刀將硅晶柱切成圓片,。再拋光打磨，得到硅晶圓,。硅晶圓就是芯片的地基,。

二、硅晶圓上刻電路圖

這一步類似于膠片感光,，在硅片上有電路圖掩膜,，紫外線透過掩膜照射到光刻膠上，光刻過程中曝光在紫外線下光刻膠被溶解掉,，清除后硅片上的圖案就跟掩膜上的一致,。通過化學物質腐蝕，形成需要的電路圖凹槽,，這個過程,，相當于制作地基的走向。

三,、施工連接晶體管和導電結構

把電路圖光刻出來之后,，就需要搭建芯片的框架了，先把硼和磷注入到已經有電路圖凹槽的硅片中，接著填充銅并連接晶體管,，也就是在里面形成骨架,，填充完一層的骨架結構后，再涂一層膠,，再做一層結果,，一層一層壘起來，就像有幾十層高的高架橋一樣,。

四,、封裝測試

將已經連接好晶體管和導體，精細切割,，切割完成之后進行封裝安裝，封裝結構中最下層是襯底基片,，中層是已經切割好的硅晶片電路,，最后加蓋一層散熱片，封裝完成,，測試合格之后,，就能包裝出廠售賣了。

到這里,，一塊芯片就算是制作完成,。

說起芯片，不得不提的就是,，咱們國家被外國掣肘的芯片制造,，芯片制造離不開光刻機，光刻機制造為什么這么難呢,？主要是因為光刻機幾乎集合了當今整個歐美日韓的頂尖科技,。用的是目前世界上最頂級的工程技術，材料科技,，并且很多原件,，多個國家限制出口我國。

那么,，如果沒有光刻機,，我們還能不能從其他地方突圍呢？答案是有的,，石墨烯,。在2012年，美國電氣和電子工程協(xié)會提出未來半導體工業(yè)可能從硅時代進入到碳時代,。石墨烯很有可能在未來替代硅基材料,。

到了2014年，全球芯片劇透IBM就推出世界首個多級石墨烯接收器，傳輸速度時硅基芯片的數(shù)千倍,。隨后,，三星、LG等公司也在該領域加大投入,。2017年,，央視新聞中提到，石墨烯有望替代硅,，成為下一代芯片的主要材料,。我國在石墨烯芯片制造業(yè)有望實現(xiàn)彎道超車。

為什么石墨烯要比硅制造的芯片傳輸速度快呢,？

用硅制造的芯片,，結構是單層的，它們之間靠線來連接,。這樣的芯片在傳輸數(shù)據(jù)流大,、距離遠的數(shù)據(jù)時，往往會耗費較多的資源,，而且時常發(fā)生堵塞,。

石墨烯則與之不同，它是六角型的,、呈蜂巢晶格式的平面薄膜,，傳導性極佳。因此能夠做到快速傳輸數(shù)據(jù),，提升芯片速率,。

另外，硅基芯片在使用時會發(fā)熱,，芯片廠商為了控制發(fā)熱問題,，對芯片采取降頻措施，這樣一來,，芯片的性能就會受到抑制,，多數(shù)PC的主頻只是在3-4GHZ。而石墨烯則不同,，導熱性良好,，理論上芯片主頻可以達到300GHZ。如此巨大的性能差距,。多數(shù)高新技術產業(yè)已經開始進行大力投入,。華為已經在英國進行了石墨烯的投資，而我國發(fā)改委,、工信部,、科技部三部委也出臺了強有力政策，大力促進我國石墨烯產業(yè)的發(fā)展。