硅是芯片的主要原材料，硅又是什么呢?其實(shí)就是那些最不起眼的沙子，經(jīng)過(guò)多個(gè)工序，這些沙子會(huì)變成價(jià)格昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能強(qiáng)大、充滿著神秘感的芯片。今天我們就了解一下“沙子”是如何變成黃金的。

簡(jiǎn)單說(shuō)，不算最后的測(cè)試環(huán)節(jié)，芯片的生產(chǎn)時(shí)需要經(jīng)過(guò)6個(gè)工序的，分別是：硅提純，切割晶圓，影印，蝕刻，重復(fù)、分層以及封裝。

首先在硅提純的過(guò)程中，原材料硅將被熔化，并放進(jìn)一個(gè)巨大的石英熔爐。這時(shí)向熔爐里放入一顆晶種，以便硅晶體圍著這顆晶種生長(zhǎng)，直到形成一個(gè)幾近完美的單晶硅。

切割晶圓”也就是用機(jī)器從單晶硅棒上切割下一片事先確定規(guī)格的硅晶片，并將其劃分成多個(gè)細(xì)小的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域都將成為一個(gè)CPU的內(nèi)核。而在切割晶園過(guò)程中，切片越薄，用料越省，自然可以生產(chǎn)的處理器芯片就越多。

切割完成之后，在經(jīng)過(guò)熱處理得到的硅氧化物層上面涂敷一種光阻物質(zhì)，紫外線通過(guò)印制著CPU復(fù)雜電路結(jié)構(gòu)圖樣的模板照射硅基片，被紫外線照射的地方光阻物質(zhì)溶解，這就是影印。

而蝕刻工序是芯片生產(chǎn)的重要工作，也是重頭技術(shù)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)蝕刻就是用激光在硅晶圓制造晶體管的過(guò)程，蝕刻這個(gè)過(guò)程是由光完成的，所以用于蝕刻的光的波長(zhǎng)就是該技術(shù)提升的關(guān)鍵，它影響著在硅晶圓上蝕刻的最小尺寸，也就是線寬。

重復(fù)工序也就是為加工新的一層電路，再次生長(zhǎng)硅氧化物，然后沉積一層多晶硅，涂敷光阻物質(zhì)，重復(fù)影印、蝕刻過(guò)程，得到含多晶硅和硅氧化物的溝槽結(jié)構(gòu)。重復(fù)多遍，形成一個(gè)3D的結(jié)構(gòu)，這才是最終的CPU的核心。

盡管這時(shí)的芯片已經(jīng)是一塊塊晶圓，但它還不能直接被用戶使用，必須將它封入一個(gè)陶瓷的或塑料的封殼中，這樣它就可以很容易地裝在一塊電路板上了。封裝結(jié)構(gòu)各有不同，但越高級(jí)的芯片封裝也越復(fù)雜，新的封裝往往能帶來(lái)芯片電氣性能和穩(wěn)定性的提升，并能間接地為主頻的提升提供堅(jiān)實(shí)可靠的基礎(chǔ)。

說(shuō)到這里就不得不說(shuō)一下摩爾定律。摩爾定律是指：當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔18-24個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍，這是由Intel的創(chuàng)始人戈登摩根在1965年提出的。這個(gè)定律在過(guò)去的幾十年都準(zhǔn)確無(wú)誤，但現(xiàn)在他卻面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因?yàn)閺奈锢矶蓙?lái)看，7nm就是物理極限。一旦晶體管大小低于這一數(shù)字，載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律都必須考慮到量子效應(yīng)，這就導(dǎo)致基礎(chǔ)的門(mén)電路功能錯(cuò)亂。也就是說(shuō)，一旦工藝做到7nm甚至5nm時(shí)，現(xiàn)在這種 CPU制作技術(shù)已經(jīng)基本走到頭了。那個(gè)時(shí)候你會(huì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)自己的手機(jī)用了三年之后，市面上的華為小米的旗艦性能還是那樣，耗電量還是那樣，續(xù)航能力還是那樣。

但這并不是說(shuō)CPU的性能就會(huì)被限制于此，就像從45nm到32nm或者是從22nm到14nm一樣，問(wèn)題總歸是可以解決的，只是說(shuō)這一次可能要改變整個(gè)CPU的制作方法或者說(shuō)材料，要比以往的難得多。

2017-11-20  來(lái)源：it168網(wǎng)站 張存 

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