【摘 要】
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芯片制作过程中的光刻技术示意图 前不久,美国商务部宣布禁止向中兴公司出售元器件产品,期限为7年。中兴公司表示,此次禁令不仅伤害中兴,也伤害了大量美国企业在内的中兴合作伙伴,必须反对把贸易政治化,反对某些国家单边主义破坏全球产业链。 一时间,全国哗然。媒体上新闻漫天,股市里芯片股涨停,连公交车上都有人在讨论集成电路。然而,究竟有多少人真正知道何为芯片?芯片是怎么被造出来的?为什么我们要造个芯片难
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芯片制作过程中的光刻技术示意图
前不久,美国商务部宣布禁止向中兴公司出售元器件产品,期限为7年。中兴公司表示,此次禁令不仅伤害中兴,也伤害了大量美国企业在内的中兴合作伙伴,必须反对把贸易政治化,反对某些国家单边主义破坏全球产业链。
一时间,全国哗然。媒体上新闻漫天,股市里芯片股涨停,连公交车上都有人在讨论集成电路。然而,究竟有多少人真正知道何为芯片?芯片是怎么被造出来的?为什么我们要造个芯片难度那么大? 要回答这些问题,就得从芯片的工作原理说起。
众所周知,只要有电子产品,就离不开芯片。芯片,英文chip,通常被分为两种:一种是功能芯片,比如我们常说的中央处理器(CPU),就是带有计算功能的芯片;另一种就是存储芯片,比如电脑里的闪存(Flash),是一種能储存信息的芯片。
这两种芯片,本质上都是载有集成电路的硅片。怎么理解呢?就是我们在一片硅片上,按照设计刻出一些凹槽,在凹槽里填充一些介质,从而使硅面上形成许多晶体管、电阻、电容和电感,让这片硅成了复杂的电路,得以实现一些特定的功能。所以,我们才会看到芯片放大图上那么多弯曲、平行的凸起和纹路。
听起来不难,做起来可要命。芯片的诞生分三步骤,分别是设计、制作、封装,难度依次减弱。现在全球芯片设计基本集中在美国,制作集中在中国台湾和韩国,中国大陆大部分承担的是封装工作,也就是把芯片装到板上拿出去卖。拿中兴为例,他们的芯片90%都是从美国进口的,少数自主研发的则是中低端芯片。可以说,在芯片的电路设计这个领域,中国的竞争力远不如美国和韩国。
设计难,制作也不简单。我们来看具体过程。首先,需要提取纯硅,就是把二氧化硅(其实就是沙子)还原成硅单质,把硅打成硅锭切片,就得到了硅片——这相当于芯片的“地基”。这个步骤简单,我们的技术做得很不错。
有了硅片后,就要在上面涂一层胶,名为“光刻胶”。这是一种感光胶状物,当用紫外线加透镜去照射某一个部位,胶面会发生变化,之后利用化学原理进行腐蚀,光照过的部分就会被腐蚀掉,留下凹槽。此时,往凹槽里添加硼、磷等介质,就出现了一个半导体或者电容。以此类推,我们再涂一层胶,再照、再腐蚀、再掺入,不断重复,像搭房子一样搭出了一个复杂的集成电路,也就搭出了芯片的核心部分。
然而,以上说的只是光刻技术的基本原理,实际操作起来要复杂得多,还会涉及波长等问题。光刻最主要的器械就是光刻机,这项技术长期被荷兰、日本、德国垄断,一台机器要花七八亿元人民币,而且他们只优先提供给中国台湾、韩国等大客户。中国大陆也有自己的光刻机,但是和世界先进水平比,差距还很大。
所以,现在看来,中国要真正做出自己的芯片,顶层设计和光刻技术是两大难题。但我们也有理由相信,以中国的科研实力和技术积累,突破这两个难关只是时间问题罢了。
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