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    造個芯片這么難

    2018-06-28 07:08:30梁海濤
    讀者 2018年14期
    關鍵詞:光刻機光刻硅片

    梁海濤

    芯片是怎么被造出來的?為什么我們造芯片難度那么大?要回答這些問題,就得從芯片的工作原理說起。

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

    這兩種芯片,本質上都是載有集成電路的硅片。怎么理解呢?就是我們在一片硅片上,按照設計刻出一些凹槽,在凹槽里填充一些介質,從而使硅面上形成許多晶體管、電阻、電容和電感,讓這片硅成了復雜的電路,得以實現一些特定的功能。所以,我們才會看到芯片放大圖上有那么多彎曲、平行的凸起和紋路。

    聽起來不難,做起來可要命。芯片的誕生分三個步驟,分別是設計、制作和封裝,難度依次減弱。現在全球芯片設計基本集中在美國,制作集中在中國臺灣地區(qū)和韓國,中國大陸大部分承擔的是封裝工作,也就是把芯片裝到板上拿出去賣。可以說,在芯片的電路設計這個領域,中國的競爭力遠不如美國和韓國。

    設計難,制作也不簡單。我們來看具體過程。首先,需要提取純硅,就是把二氧化硅(其實就是沙子)還原成硅單質,把硅打成硅錠切片,就得到了硅片——這相當于芯片的地基。這個步驟簡單,我們的技術做得很不錯。

    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,當用紫外線加透鏡去照射某一個部位,膠面會發(fā)生變化,之后利用化學原理進行腐蝕,光照過的部分就會被腐蝕掉,留下凹槽。此時,往凹槽里添加硼、磷等介質,就會出現一個半導體或者電容。以此類推,我們再涂一層膠,再照,再腐蝕,再摻入……不斷重復,像搭房子一樣搭出一個復雜的集成電路,也就是芯片的核心部分。

    然而,以上說的只是光刻技術的基本原理,實際操作起來要復雜得多,還會涉及波長等問題。光刻最主要的器械就是光刻機,這項技術長期被荷蘭、日本、德國壟斷,一臺機器要花七八億元人民幣,而且他們只優(yōu)先提供給中國臺灣、韓國等地的大客戶。中國大陸也有自己的光刻機,但是和世界先進水平比,差距還很大。

    現在看來,中國要真正做出自己的芯片,頂層設計和光刻技術是兩大難題。但我們也有理由相信,以中國的科研實力和技術積累,突破這兩個難關只是時間問題。

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