芯片,以储量最丰富、成本最廉价的二氧化硅(也是沙子的主要成份)为原料,成就了这个星球的科技之巅,颁一枚最佳逆袭奖,实至名归!
1/ 芯片原理和量子力学

半导体离芯片原理还很遥远,别急。
很明显,像导体这种直男没啥可折腾的,所以导线到了今天仍然是铜线,绝缘体的命运也差不多。半导体这种暧暧昧昧的性格最容易搞事情,所以与电子设备相关的产业基本都属于半导体产业,如芯片、雷达



这时候再加个正向的电压,N型半导体那些额外的电子就会源源不断跑到P型半导体的空位上,电子的移动就是电流,这时的PN结就是导电的。

如果加个反向的电压呢?从P型半导体那里再抽电子到N型半导体,而N型早已挂满了额外的电子,多出来的电子不断增强电场,直至抵消外加的电压,电子就不再继续移动,此时PN结就是不导电的。

当然,实际上还是会有微弱的电子移动,但和正向电流相比可忽略不计。
如果你已经被整晕了,没关系,用大白话总结一下:PN结具有单向导电性,即,电流只能从这一头流向另一头,无法从另一头流向这一头。
好了,我们现在已经有了单向导电的PN结,然后呢?把PN结两端接上导线,就是二极管。

有了二极管,随手搭个电路

三角形代表二极管,箭头方向表示电流可通过的方向,AB是输入端,F是输出端。如果A不加电压,电流就会顺着A那条线流出,F端就没了电压;如果AB同时加电压,电流就会被堵在二极管的另一头,F端也就有了电压。假设把有电压看作1,没电压看作0,那么只有从AB端同时输入1,F端才会输出1,这就是“与门电路”。
同理,把电路改成这样,那么只要AB有一个输入1,F端就会输出1,这叫“或门电路”:

现在有了这些基本的逻辑门电路,离芯片就不远了。你可以设计出一种电路,它的功能是,把一串1和0,变成另一串1和0。一不小心,我们就得到了芯片运算的本质:把一串1,0,变成另一串1,0。
简单举个例子,在左边输入1010,在右边输出0101,这就算完成了一次运算。

我们来玩个稍微复杂一点的局:


接下来的思路就简单了,如何把这30吨东西,集成到指甲那么大的地方上呢?这就是芯片。
2/ 芯片制造与中国技术
为了把30吨的运算电路缩小,工程师们把能扔的东西全扔了,直接在硅片上制作PN结和电路。下面从硅片出发,说说芯片的逆袭之路。
第一,硅。

把这玩意儿氯化了再蒸馏,可以得到纯度很高的硅,不过这种硅原子排列混乱,会影响电子运动,就叫多晶硅吧。
把多晶硅熔化了,按特定方法旋转提拉,就可以拉制成原子排列整齐的单晶硅。

所以成品就长这样:









代工厂,这架势和当年合资汽车有的一拼。

第六,封测。
芯片做好后,得从晶圆上切下来,接上导线,装上外壳,顺便还得测试,这就叫封测。封测又是台湾老大哥的天下,排名世界第一的日月光,后面还跟着一堆实力不俗的小弟:矽品、力成、南茂、欣邦、京元电子。大陆的三大封测巨头,长电科技、华天科技、通富微电,混的都还不错。
七、小结。
这全景图大概描述了从硅片到芯片的全过程及中国的设备制造商,绝对是业内专家所做,值得一看。



