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在今日頭條 小伙一本正經(jīng)用石頭打造CPU,，號(hào)稱99秒“解決”芯片危機(jī)[1] 中介紹了一位加拿大的小伙 羅伯特·愛(ài)德（Robert Elder）的一篇博文中 How To Make A CPU - A Simple Picture Based Explanation[2] 講述了如何從一顆小石子制作出集成電路芯片的,。  ▲ 圖1 Elder在演示制作過(guò)程 愛(ài)德的這篇博文，廢話很少,，全部演示給你瞧,。這個(gè)世界上在我們周圍充滿著專用的各式各樣的硬件和軟件，使得我們?cè)僖蔡岵黄鹋d趣，也喪失了相應(yīng)的能力,，去自己?jiǎn)为?dú)干一件事情,。哪怕一丟丟這樣的意念沒(méi)有了。正是為了改變這個(gè)現(xiàn)狀,，愛(ài)德就設(shè)想自己如何從組成集成電路的基本原料開(kāi)始自己來(lái)制作出芯片,。 ▌第一步：撿拾石子 ▲ 圖1.1 撿拾這種亮晶晶的石子，其中包含有石英（二氧化硅）成分 ▌第二步：粉碎石子  ▲ 圖1.2 人類從舊石器時(shí)代（300萬(wàn)年年）就會(huì)敲擊石子,，但現(xiàn)在愛(ài)德使用鐵錘將石子粉碎 ▌第三步：提純二氧化硅  ▲ 圖1.3 篩選出色澤白皙石英粉末,，它們是純度為98%的二氧化硅  ▲ 圖1.4 這是純度為99.9%的二氧化硅，這是制作多晶硅的原料 ▌第四步：還原多晶硅  ▲ 圖1.5 將純凈二氧化硅通過(guò)還原過(guò)程形成多晶硅,，純度達(dá)到99.9999999% ▌第五步：放入坩堝  ▲ 圖1.6 往后，大家只能意會(huì)愛(ài)德的藝術(shù)行為了：將多晶硅放入坩堝（鐵鍋）內(nèi)準(zhǔn)備加熱 ▌第六步：加熱坩堝  ▲ 圖1.7 將前面的坩堝（鐵鍋）通過(guò)電熱絲（電磁爐）加熱到1698°K ▌第七步：加入結(jié)晶種料  ▲ 圖1.8 使用一小塊單晶硅作為結(jié)晶種料輕輕沾入熔硅坩堝內(nèi) ▌第八步：提拉單晶硅  ▲ 圖1.9 將晶體緩慢提拉出坩堝,，并進(jìn)行冷卻,，就會(huì)得到一條長(zhǎng)柱型的單晶硅 ▌第九步：切割晶圓片  ▲ 圖1.10 純度極高的單晶硅現(xiàn)在已經(jīng)閃亮登場(chǎng) ▲ 圖1.11 大家別忘了最上面是開(kāi)始用于結(jié)晶籽料的原始單晶硅。那么問(wèn)題來(lái)了,，這個(gè)籽料單晶硅是怎么制作的呢？ ▲ 圖1.12 將單晶硅切割成薄片用作后期芯片制作原料,。這種切火腿的姿勢(shì)看得我直流口水 ▌第十步：晶片摻雜 ▲ 圖1.13 經(jīng)過(guò)切割、拋光后的晶圓片會(huì)亮瞎你的狗眼 ▲ 圖1.14 用于晶片摻雜的元素硼元素 ▲ 圖1.15 在普通的火柴中包含有摻雜元素磷 ▌第十一步：涂抹光刻膠 ▲ 圖1.16 將光刻膠涂抹在硅圓片上,。看著這瓶像可樂(lè)的水瓶,，感到口發(fā)干 ▌第十二步：掩膜曝光 ▲ 圖1.17 將所需電路走線制作鍍鉻光腐蝕晶體掩膜,，通過(guò)一束激光將其投影在晶圓片上的光刻膠上 ▲ 圖1.18 晶片上出現(xiàn)了曝光的集成電路圖案 ▌第十三步：曝光顯影 ▲ 圖1.19 在曝光過(guò)程中，掩膜影子則會(huì)控制硅片不同部位表面的感光膠的化學(xué)變化,。這一點(diǎn)還依賴于所使用的感光膠是極性 ▌第十四步：勾兌顯影劑 ▲ 圖1.20 勾兌出光致抗蝕劑 ▌第十五步：腐蝕暴露硅片 ▲ 圖1.21 使用酸性腐蝕劑將暴露的硅片進(jìn)行腐蝕,。看著這桶白醋,，讓我想起了熱騰騰的餃子 ▌第十六步：循環(huán)往復(fù)折騰 ▲ 圖1.22 經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)遍的重復(fù)過(guò)程：均相外延,，異相外延，偽外延,，擴(kuò)散摻雜,，銅連接層，機(jī)械化學(xué)拋光,，施加抗蝕層，酸腐蝕，掩膜曝光等 ▲ 圖1.23 最終形成所需要的電路表面結(jié)構(gòu) ▌第十七步：芯片切割 ▲ 圖1.24 這是完成所有工藝步驟的成品硅片,，上面往往具有成千上萬(wàn)個(gè)相同的芯片 ▲ 圖1.25 下面就是切蛋糕的時(shí)刻了，將它們一一分割開(kāi)來(lái),。感受愛(ài)德的小刀下面還應(yīng)該有剛剛吹滅的蠟燭 ▌第十八步：綁定引線 ▲ 圖1.26 這是分割后的電路芯片 ▲ 圖1.27 將它們放在芯片外殼中心,，利用金絲將芯片引腳與外殼引腳相連 ▲ 圖1.28 電路芯片上的引腳與外殼進(jìn)行了綁定 ▌第十九步：芯片封裝 ▲ 圖1.29 在芯片外再增加保護(hù)材料將電路封裝并進(jìn)行管腳的固定 上面的介紹僅僅是集成電路制作的粗略框架,，實(shí)際上遠(yuǎn)比上面復(fù)雜得多，很多的工藝過(guò)程并沒(méi)有被提及?，F(xiàn)代集成電路制作的工藝還在不斷的更新演變,，甚至有些尚未被正式公開(kāi)。至于是否真的個(gè)人可以在家中完成半導(dǎo)體芯片的制作,，在一些小眾的團(tuán)體中是有人給出了精簡(jiǎn)的解決方案,，并在不斷的完善過(guò)程中。 當(dāng)然,，如果你真的很想在自己的家中得到一個(gè)集成電路的硅片,，也可以按照下面的步驟獲得。 ▲ 圖19.2 從封裝好的芯片拆解出其中的硅片 ▲ 圖19.3 拆解一個(gè)集成電路 參考資料[1] 小伙一本正經(jīng)用石頭打造CPU,，號(hào)稱99秒“解決”芯片危機(jī): https://www.toutiao.com/i7031022403836723720/?tt_from=weixin&utm_campaign=client_share&wxshare_count=1×tamp=1637120537&app=news_article&utm_source=weixin&utm_medium=toutiao_ios&use_new_style=1&req_id=2021111711421601015114304711CE59D8&share_token=3E0D2FA2-29F1-4B62-A9E5-70AE6BF474DC&group_id=7031022403836723720 [2] How To Make A CPU - A Simple Picture Based Explanation: https://blog./how-to-make-a-cpu/ |
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