芯片確實(shí)是人類一個(gè)偉大的發(fā)明，只有用芯片才能把CPU的體積做得很小，海量的CPU集成在一起，才能夠制造出超級(jí)并行計(jì)算機(jī)。

因?yàn)樾酒闹圃爝^程比較復(fù)雜，在閱讀正文前，先用比喻把這個(gè)大概的原理告訴大家。

芯片的制造過程，就相當(dāng)于用完全相同的材料，建設(shè)一個(gè)城市的過程。

比如我們要建造一個(gè)10平方公里的城市，那么在這10平方公里的土地上，澆筑一層10米厚的混凝土。然后在這個(gè)混凝土板上印上城市的地圖，把街道部分留白。然后把鹽酸倒到這塊混凝土板上，留白的部分就被腐蝕出了街道，被油墨覆蓋的部分就形成了建筑。然后把這些建筑物激活，城市就建成了。

現(xiàn)在就讓我們看一下，芯片到底是怎么制造的。

》芯片的技術(shù)實(shí)際上是由1個(gè)理論，2項(xiàng)技術(shù)作為鋪墊的。

第1個(gè)技術(shù)就是晶體管的技術(shù)，第2個(gè)技術(shù)是光刻技術(shù)。

光刻的技術(shù)就是照相制版技術(shù)的進(jìn)化。因?yàn)槭澜缟系?個(gè)大規(guī)模生產(chǎn)芯片的工廠是美國的仙童公司，它的老板是賣照相器材的。

芯片上要使用相同的材料制造不同功能的電子元件，這就需要晶體管。

晶體管又可以被稱為固態(tài)的二極管或者是三極管。固態(tài)的意思就是說它里面沒有空間，在材料上是密實(shí)的。

最開始發(fā)明的二極管和三極管都是像一個(gè)燈泡那樣的，是空心的。

因?yàn)樗枰獙?shí)現(xiàn)單向?qū)щ姷墓δ?，真空二極管里面有電加熱絲，加熱陰極以后，在電場的作用下，向陽極發(fā)射電子才能夠?qū)崿F(xiàn)導(dǎo)電。

真空二極管的材料來說就有玻璃、電熱絲，陰極和陽極靶板，而且還要抽真空。但是晶體管實(shí)現(xiàn)同樣的功能只有兩種材料，一種是P型材料，一種是N型材料，兩個(gè)疊加在一起就可以單向?qū)щ姟?/span>

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)用這種方式可以實(shí)現(xiàn)二極管功能，是因?yàn)橛幸粋€(gè)量子力學(xué)的理論：能量和能量空穴的理論，這個(gè)理論又被稱為迪拉克海理論。

這個(gè)理論可以用來解釋物體的導(dǎo)電性，所以才會(huì)區(qū)分出絕緣體、半導(dǎo)體和導(dǎo)體。

而且，P材料和N材料，也可以用同一種材料來做，這種材料就是硅。

純凈的硅是不導(dǎo)電的，如果在純凈的硅里面摻入不同的雜質(zhì)，就會(huì)制造出P材料和N材料。

這就是集成電路能夠?qū)崿F(xiàn)的物理基礎(chǔ)：硅經(jīng)過適當(dāng)?shù)募庸?，可以制造出任何電子元件?/span>

芯片從原料開始，一直到制造出成品的過程，可以分成4步。

》第1步，制備高純度的單晶硅片。

把二氧化硅（沙子、水晶）加熱融化和焦炭混合在一起，這個(gè)時(shí)候碳就會(huì)和二氧化硅中的氧結(jié)合變成二氧化碳，二氧化碳是氣體，就揮發(fā)了，剩下來的就是粗硅。

然后用化學(xué)方法把粗硅進(jìn)行提純，就得到了高純度的多晶硅。

把多晶硅加熱融化，用一個(gè)棒子慢慢的把它拉出來，就成了一個(gè)晶圓棒。

晶圓棒制備好了以后，用機(jī)器切成薄片，然后再拋光過，就形成了制造芯片的最重要材料，晶圓片。

因?yàn)樾酒欠降模跃A片的直徑越大，邊邊角角的利用率越高。

2019年廣州已經(jīng)可以生產(chǎn)出12英寸的晶圓片，這是我國能夠成熟生產(chǎn)的最大直徑的晶圓片。

》第2步，光刻。

這一部分需要在晶片上刻出電子元件的形狀。

雕刻形狀之前要涂一層薄薄的光刻膠，這個(gè)光刻膠實(shí)際上是一種光敏樹脂。

然后把設(shè)計(jì)好的集成電路的圖像，通過光投影到這個(gè)光刻膠上。

因?yàn)楣饪棠z是光敏的，所以光照射到的地方光刻膠就起了化學(xué)反應(yīng)，變成了容易被溶解掉的物質(zhì)，然后用溶液清洗掉產(chǎn)生了化學(xué)變化的光刻膠。

集成電路的圖案就從照相底片上轉(zhuǎn)移到了晶片上。

然后把晶片放到腐蝕劑里進(jìn)行腐蝕，沒有被光刻膠覆蓋的地方就被腐蝕出了凹痕。于是在晶片上就出現(xiàn)了各種各樣的圖案，這些圖案就是各種各樣的晶體管。

但是這個(gè)時(shí)候晶體管還沒有辦法工作，因?yàn)檫€沒有被激活。

》第3步，離子注入。

因?yàn)槊恳粋€(gè)二極管都是一個(gè)P型材料和一個(gè)N型材料組成的。

要知道硅它的原子結(jié)構(gòu)跟碳類似的，它外面有4個(gè)自由電子。

在高純度硅里面摻進(jìn)去外面含有5個(gè)自由電子的材料，比如說磷，就變成了 N型材料。

如果摻進(jìn)去的是3個(gè)自由電子的材料，比如是硼，就變成了P型材料。

把磷和硼注入芯片中的工藝，就叫做離子注入。

這個(gè)過程完成了以后，芯片上所有的電子元件都制備好了。

然后還要用電線把它們連接起來，形成一種邏輯結(jié)構(gòu)的電路。

這個(gè)過程需要在晶片上按照電路的連接方式沉淀金屬銅。

等沉淀好銅以后，這個(gè)晶片就是由金屬導(dǎo)線連接成的各種電路元件，這個(gè)時(shí)候一個(gè)晶片就做好了。

在這個(gè)過程中需要多次曝光，這取決于晶片中的電子元器件的種類、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度。

而且每次曝光和離子注入的時(shí)候都要對(duì)準(zhǔn)確。

因此每一步都要做到非常精確，才能做出一個(gè)成品的芯片。

制造光刻機(jī)的難度非常高，就是因?yàn)槔锩娴募?xì)節(jié)太多，每一步都不能錯(cuò)。

》第4步，為了保護(hù)芯片，需要封裝。

封裝的過程也是檢測芯片的過程。

因?yàn)樾酒圃斓倪^程很復(fù)雜，而且每一個(gè)晶體管的尺寸又很微小，所以很容易產(chǎn)生缺陷。

這些有缺陷的芯片怎么辦呢？難道我們把它扔掉嗎？當(dāng)然不能這么做，這些缺陷是在芯片電路設(shè)計(jì)的時(shí)候都已經(jīng)考慮到了。

芯片制程越小，就越容易產(chǎn)生缺陷，冗余部分的數(shù)量就要越多。

手機(jī)的芯片制程較小，它上面的集成電路雖然有100多個(gè)億，但是它執(zhí)行的功能還不如電腦芯片上面十幾個(gè)億的晶體管的功能。

封裝測試廠在芯片上面加上一個(gè)保護(hù)性的外殼，同時(shí)檢測出芯片內(nèi)部缺陷的情況，然后把它按照品質(zhì)分成級(jí)別。

挑選出來的芯片上印上型號(hào)，打上廠家的標(biāo)志，缺陷少的賣高價(jià)，缺陷多的賣低價(jià)。

比如說執(zhí)行90%以上功能的芯片，我們給它一個(gè)型號(hào)，這個(gè)就是最牛逼的型號(hào)，也就是賣的最貴的型號(hào)。

執(zhí)行80%~60%功能的賣一個(gè)中等價(jià)格，60%以下的賣一個(gè)平民大眾價(jià)格。

電腦CPU芯片，同一個(gè)批次的可以看到很多型號(hào)，它們實(shí)際上都是同一種芯片，里面的電路完全相同！

賣的價(jià)格卻不一樣，是因?yàn)槔锩娴娜毕莶灰粯印?/span>

所以有些人買了那種低價(jià)的芯片，然后就超頻用，就是把一些被封閉的功能重新釋放出來。