芯片到底是什么？它是如何制作的？

芯片实际上是一个高度集成的电路板，也称为IC。集成电路实体往往以芯片的形式存在，依靠它来发挥作用。它是电子设备中最重要的部分，承担着完成计算、处理任务和控制存储的功能。电脑、手机、电视以及各种智能电子产品都离不开芯片。

就像汽车的发动机一样，汽车的性能主要取决于发动机。比如电脑的CPU(中央处理器)其实就是芯片，是电脑的计算核心和控制核心。

你看别人玩电脑游戏，他们想飞，你的电脑刚上手就死机，你想砸，都是因为你的电脑CPU太“低”了。手机的运行速度也取决于它的CPU。平均每两年就要换一部手机，就是为了体验它的腾飞速度。

芯片是由半导体材料制成的。电容器、电阻器、二极管和三极管都是由半导体制成的。半导体是一种电导率介于导体和绝缘体之间的材料，其电导率是可以控制的。高纯单晶硅是一种重要的半导体材料。芯片的原料主要是高纯度单晶硅。

硅谷位于旧金山湾区的圣克拉拉谷。硅谷是第一个研究和生产硅基半导体芯片的地方，因此得名。这是一个新的工业区，有十几所美国顶尖大学和数千家高科技公司。

北京的中关村被誉为中国的“硅谷”，周边是中科院，周边是北大、清华。1980年，中国第一家IT公司在这里成立。后来，中关村成为中国高科技产业的代名词。

如今迅速崛起的深圳被公认为“中国硅谷”，其城市发展模式参考了美国旧金山湾区。总部设在深圳的著名高科技公司包括华为、中兴、腾讯、比亚迪和DJI。

集成电路需要高纯度的硅。它是如何产生的？半导体行业有句话:“从沙滩到用户”。怎么理解？我们来看看硅的前世今生吧！

硅位于周期表的第三周期和第四主族。在地壳中，硅的含量在所有元素中居第二位，约占地壳总质量的26.4%，仅次于氧。碳和硅都是ⅳA元素，但碳在自然界中有稳定的单质(金刚石)，硅没有。

硅是氧元素。在被氧化气氛包围的地球上，硅主要以氧化物和硅酸盐的形式存在。在自然界中，硅广泛存在于岩石、沙子和土壤中，不存在简单的硅。以氧化硅形式存在的二氧化硅也叫硅石，约占地壳质量的12%。相对纯净的二氧化硅晶体是应时，例如水晶玛瑙也含有二氧化硅。沙子含有大量二氧化硅。

纯石英晶体应时矿石

硅片用的高纯晶体硅是用最广泛来源的海滩上的沙子制成的。主要成分是二氧化硅。

首先，在高温下，用适量的碳还原二氧化硅，得到粗硅。

高纯硅一般纯度要求达到99.9999%，甚至99.9999%以上。

注意！用于制造芯片的晶体硅的纯度是小数点后9个9，总共是11个9。相当于黄金中的24K金，最纯净。

生产的粗硅中含有的杂质是C、SiO 2、SiC等。它们都是高熔点的物质。为了提纯硅，采用以下方法:粗硅与氯气在高温下反应，得到液态不纯的四氯化硅，经分馏提纯，用氢气还原，得到纯硅。SiCl4的沸点非常低，可以通过蒸馏反复提纯，以达到所需的纯度。

高纯硅的制备原理

哇！芯片，以最丰富最便宜的沙子(硅石)为原料，成长为这个星球的高科技明星。颁发一个最佳反击奖！

单晶硅之所以获得芯片行业最佳明星奖，也与其结构和特性有关。晶体硅的结构类似于金刚石，具有正四面体结构的三维网络结构。

晶体硅结构

钻石是最坚硬的物质。这种网状的三维结构也决定了硅具有类似的性质。如硅晶体具有金属光泽，灰黑色，熔点高，沸点高。

硅还有一个不同于钻石的独特个性，就是导电性介于导体和绝缘体之间，是一种很好的半导体材料，这也是它能够制作芯片的关键。最外层有四个电子，其原子不易失去电子或获得电子，所以化学性质稳定。所以受热或高温都不会发生变化。

除了用作半导体材料和芯片，硅还可以用来制造光伏电池，直接将光能转化为电能。

太阳电池板

通过熔化石沙提取硅，然后提纯到99.999999999以上，制作晶圆，这就是芯片的雏形。然后将设计的电路通过光刻工艺印刷在晶圆上，切割成单个晶圆，封装形成芯片！然而，制作芯片的难点不在于其原材料硅的制备，而在于芯片的设计和制造工艺。

目前国内高纯硅的制备不是问题，属于世界领先水平。近年来，随着华为海思芯片实力的提升，在芯片设计上逐渐实现了自主知识产权！但就做芯片而言，华为一直做不到。海思芯片没有自己的制造能力，代工制造主要依靠TSMC。

芯片的制造依赖于光刻机。目前国内光刻机的技术研发还是短板，比先进的光刻机技术至少落后四代。电脑芯片以纳米计量，越小越好。TSMC生产的芯片对于5nm工艺和7nm工艺已经非常成熟。华为的麒麟核心依赖于TSMC的5纳米工艺。

在芯片的研发上，谁领先一步，谁就在手机市场上叱咤风云，谁落后一步，谁就受制于人。现在被美国芯片控制，华为在与苹果、三星的竞争中处于被动。

我们在许多领域迎头赶上，达到了国际甚至领先水平。为什么我们在芯片领域一次次受制于人？

不得不提芯片造假的“汉芯”事件。这件事要追溯到2003年，在上海交通大学任教的陈进博士从国外买了一个芯片，雇人用砂纸把原来的logo磨掉，然后加上“汉芯”的logo，发布“汉芯一号”。

直到2006年造假被曝光，当事人骗取数亿元科研经费。“汉芯”事件也引来了国际上的诸多嘲讽，也让公众开始对国产芯片产生了铺天盖地的质疑。所有新上马的芯片项目都会受到质疑，这对国内芯片行业是一个沉重的打击，从“不遗余力”变成了“小心翼翼”。

伪造的悲哀今天还在！

近年来，国家大力支持芯片国产化，给予半导体行业税费优惠，加大科研人员培养力度。亡羊补牢，犹未为晚。中国芯片，未来可期！雄关路铁打如铁，现在离开始还差一步！

去年美国对华为的打压，让很多人觉得华为应付不过来，但没想到华为也有牵手，推出了全新的鸿蒙系统系统，越来越成熟。华为作为有志向的领军企业，肯定不会放弃技术独立。期待华为的“备胎”芯片早日到来。