芯片到底是什么？

假设一百年或者几百年之后，回顾2018年到2019年的大国关系，未来的人们可能发明一个新词，或许就叫做芯片战争。虽然这种战争暂时还没听到枪炮声响和看到硝烟，但是对未来世界格局的深远影响，可能不亚于一场次级别的世界大战。这是因为围绕芯片这种国际商品而产生的交易额，是当今全球原油交易市场总额的数倍。围绕石油的大战已经不止一次，现在围绕芯片开始的激烈斗争，也将重构二十一世纪上半叶的基本世界格局。那么现在大家几乎天天听到芯片这个词。那么芯片到底是什么，为何设计和生产芯片成了一门高技术，对大多数人来说，恐怕都是半懂半不懂，或假装听得懂，也算一种基本态度。芯片说到底，其实就是一种微电路。那么什么又是电路？打开电脑的机箱，或者任何一种有程序化功能的电器内部，都会看到电路板。芯片就是一种极度微小但功能强大的微缩逻辑电路。

现代集成电路是由基尔比在1958年发明的。因此荣获2000年诺贝尔物理奖，实用集成电路的发明人是诺伊斯，因过世早而未能同时获奖，诺贝尔所有奖项只发给在世的人。

集成电路可以把很大数量的微晶体管集成到一个小的纯硅的薄片上，这是一个巨大的进步。

集成电路相对离散晶体管有两个主要优势：成本和性能。成本低是由于芯片把所有的组件通过照相平版技术，作为一个单位印刷，而不是在一个时间只制作一个晶体管。性能高是由于组件快速开关，消耗更低能量，因为组件很小且彼此靠近。现在已经进入纳米级，比如7纳米级的芯片，一平方厘米面积内就可以集成64个亿的微元件，已经接近物理规律的极限，再靠的更近，电子可能就直接穿透了电路之间的空间自然隔离，导致芯片电路自然失效了，这就是摩尔定律在微电子领域内的作用。

先进的集成电路是微处理器或多核处理器的核心，可以控制计算机到手机等一切电子设备。虽然设计开发一个复杂集成电路的成本非常高，但是当分散到通常以亿计的产品上，每个集成电路的成本最小化。最终利润就足够丰厚。

制作芯片的基础材料是单晶硅薄片。单晶硅是经过早年的多次试验后，认为是最合适的大规模制作集成电路的半导体材料。成为集成电路主流的基层。硅元素在地球地壳中含量很高，比如沙子水泥都含有大量的硅元素，但是能利用的是纯度极高的单晶硅，也就是提炼出不含亿分之一杂质的硅结晶，这种结晶体，直径越粗壮越好，越大的结晶，可以切割成直径越大的圆盘薄，在这种薄片上可以印刷更多的呈现长方形的小芯片。单晶硅圆盘的制作直径，是芯片加工企业的第一个技术高低的指标。过去研发无缺陷纯单晶硅晶体的方法就用了数十年的时间。制作芯片的基材，除了使用单晶硅，还有III-V族材料，比如砷化镓也可以。

现在流水线式的单晶硅芯片的制作完整过程包括芯片设计、晶片制作、封装制作、测试等几个环节，其中晶片制作过程尤为的复杂。首先是芯片设计，根据设计的需求，生成的“图样”。而制造芯片的原料是晶圆。晶圆的成分是纯硅，硅是由石英沙所精练出来的，晶圆便是硅加以纯化99.9999999%，接着是将这些纯硅制成硅晶棒，成为制造集成电路的石英半导体的材料，将其切片就是芯片制作具体所需要的晶圆。晶圆越薄，直径越大生产的成本越低，但对工艺就要求的越高。

然后对晶圆进行涂膜，涂膜能抵抗氧化以及耐温能力，其材料为光阻的一种。再往后是晶圆的光刻显影、蚀刻。光刻工艺的基本流程。首先是在晶圆或衬底表面涂上一层光刻胶并烘干。烘干后的晶圆被传送到光刻机里面。光线透过一个掩模，把掩模上的图形投影在晶圆表面的光刻胶上，实现曝光，激发光化学反应。对曝光后的晶圆进行第二次烘烤，即所谓的曝光后烘烤，后烘烤是的光化学反应更充分。最后，把显影液喷洒到晶圆表面的光刻胶上，对曝光图形显影。显影后，掩模上的图形就被存留在了光刻胶上。如果看不明白这一点，就可以把晶圆看做老式胶卷照相机的显影工艺。

涂胶、烘烤和显影都是在匀胶显影机中完成的，曝光是在光刻机中完成的。匀胶显影机和光刻机一般都是联机作业的，晶圆通过机械手在各单元和机器之间传送。整个曝光显影系统是封闭的，晶圆不直接暴露在周围环境中，以减少环境中有害成分对光刻胶和光化学反应的影响。

这个复杂的过程使用了对紫外光敏感的化学物质，即遇紫外光则变软。通过控制遮光物的位置可以得到芯片的外形。在硅晶片涂上光致抗蚀剂，使得其遇紫外光就会溶解。这时可以用上第一份遮光物，使得紫外光直射的部分被溶解，这溶解部分接着可用溶剂将其冲走。这样剩下的部分就与遮光物的形状一样了，而这效果正是所要的。

下一个工序是掺加杂质，将晶圆中植入离子，生成相应的P、N类半导体。具体工艺是从硅片上暴露的区域开始，放入化学离子混合液中。经过上面的几道工艺之后，晶圆上就形成了一个个格状的晶粒。通过针测的方式对每个晶粒进行电气特性检测。将制造完成晶圆固定，绑定引脚，按照需求去制作成各种不同的封装形式。经过上述工艺流程以后，芯片制作就已经全部完成了，最后步骤是将芯片进行测试、剔除不良品，最后包装上市。

芯片微课堂：什么是芯片？芯片为什么又叫半导体

今天是我们芯片微课堂第一期内容，也是给大家简单讲述一下什么是芯片。无论您现在有没有基础，都可以学习一下，芯片行业将是接下来几十年的中坚行业，给小编每天五分钟，让您轻松学知识！

什么是芯片？

在21世纪，无论什么电器，都离不开电子元器件。制造电子元器件的基础材料就是半导体材料，其中这个半导体材料就是圆形单晶薄片，也被称为硅片(如下图)。

在硅片制造厂，由硅片生产半导体产品，又被称为微芯片或芯片。

半导体制造工艺为什么这么难发展？

因为半导体制造技术很复杂，不仅仅是设备上的开发难度很大，其配套的材料，工艺步骤还有其他供应业需要同步进行才能形成质的改变。无论中间哪一项被国外卡住脖子，芯片行业都难以发展。

而在21世纪，汽车电子、电子商务、个人电脑及移动电话通信都是需要芯片支持，尤其是性能越优越的芯片，更能提升产品能力，赢得更大的市场，这就要求我们将更大的精力和经济投入芯片研发之中。

半导体材料是什么？

半导体这一名称来源是由于半导体材料有时是电的导体，有时是非导体。也就是说这个材料的特性在导电与不导电之间可以切换，当然这是需要外部给他一个条件才能切换。

最早的半导体材料锗，但是现在85%的芯片都是由材料硅制造的，小伙伴们知道硅材料为什么会能拥有这么大市场吗？

在半导体行业向前迈进的重要一步就是将电子元器件集成在一个硅衬底上，这也是集成电路名词的由来，简称IC。

在一块集成电路的硅表面上可以制造许多不同的半导体器件，例如晶体管、二极管、电阻、电容等，它们被连接成一个有确定芯片功能的电路。集成电路的表达通常是指这个芯片的功能及其全部元器件。

现在衡量一个芯片的工艺能力，更重要的是看在一块芯片上的元器件密集程度，在有限的空间，形成更多更密集的电路，将大幅度提升芯片能力。所以现在各大代工厂，大力研发7nm、5nm甚至3nm、1nm，线宽越小，可以容纳的东西就更多。当然这个是指单个芯片，集成电路越多，功能越强。

那对于工厂来说，在一片硅片上做的芯片越多，成本月底。比如一个2寸的硅片只能做16颗芯片，那4寸就可以做32颗芯片，以此内推，6寸、8寸甚至12寸，将容纳更多的芯片制造，成本大大降低。

芯片基本的知识就介绍到这里了，如果小伙伴有什么不懂得，可以在评论区留言。下一期内容就是制造芯片的工艺介绍，这是目前最为核心的部分，喜欢的小伙伴们可以点个关注哦！

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