納米芯片在我們的生活中非常常見(jiàn)，并被廣泛的應(yīng)用在手機(jī)、電腦、電視等各種數(shù)碼家電中。而美國(guó)對(duì)華為制裁開(kāi)始后，我國(guó)芯片研發(fā)能力的不足就開(kāi)始顯現(xiàn)了，而大多數(shù)人并不知道經(jīng)常提起的芯片到底是如何制作的，到底有何難度?下面帶大家了解一下芯片的制作過(guò)程。

一、什么是電路

電路，在我們初中物理課的時(shí)候就知道了，電路是由一條條導(dǎo)線構(gòu)成的，在我們生活中從電力局傳輸出來(lái)的電，我們稱此為強(qiáng)電，電力局通過(guò)電纜輸送到各家各戶組成的網(wǎng)絡(luò)，而我們?cè)陔娨暬蛘呤謾C(jī)、空調(diào)等里面經(jīng)常會(huì)看到控制板，在控制板中會(huì)有各種不同的微電腦芯片，這些能編程的芯片我們稱之為數(shù)字電路，而與這些芯片連接在一起的電容和電阻，我們則把它稱之為模擬電路，在很多的控制板上面，都是通過(guò)數(shù)模結(jié)合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的很多功能。

二、什么是納米芯片

納米是一個(gè)長(zhǎng)度單位，1納米=0.000000001 米，也就是五萬(wàn)分之一頭發(fā)絲的大小，而芯片，就是我們常說(shuō)的集成電路，集成電路的意思就是相當(dāng)于把以前需要成千上萬(wàn)個(gè)電容、電阻、場(chǎng)效應(yīng)管等才能搭建的電路，通過(guò)集成的方式把它們裝在一個(gè)小芯片里面，當(dāng)然這里的集成不是將所有的電子器件塞進(jìn)去，而是通過(guò)用納米技術(shù)制作而成的晶體管來(lái)實(shí)現(xiàn)同樣的功能，這就是納米芯片了。

在一顆高端芯片中，里面集成了有上百億個(gè)晶體管，就拿華為海思麒麟990來(lái)說(shuō)，在1厘米平方不到的大小里面，擁有103億個(gè)晶體管，相比蘋果A13處理器的85億個(gè)還要多，那么這些晶體管是怎么塞進(jìn)去的。

三、晶體管的工作方式

我們都知道芯片中的晶體管其實(shí)就是納米級(jí)的半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，執(zhí)行著0和1的二進(jìn)制操作，正常的場(chǎng)效應(yīng)管有三個(gè)極性，分別為源極、柵極和漏極，并且分為P溝道和N溝道兩種類型，我們以常用的N溝道為例講解一下其工作原理：當(dāng)G極(柵極)和S極(源極)有一定的電流電壓經(jīng)過(guò)時(shí)，該場(chǎng)效應(yīng)管就會(huì)工作，從而達(dá)到導(dǎo)通的狀態(tài)，而其中只要有一個(gè)機(jī)型沒(méi)有電壓之后，這個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管又會(huì)截止。

四、芯片的制作工藝

雖然芯片里面的晶體管和我們常用的場(chǎng)效應(yīng)管形狀和參數(shù)不一樣，但是基本的工作原理是差不多的，知道了晶體管的工作原理，下面我們將這些晶體管制作出來(lái)了，要知道一個(gè)高端芯片里面高達(dá)上百億個(gè)晶體管，按照我們普通的理解，就算是一秒鐘做一個(gè)，也要100億秒，這個(gè)時(shí)間花費(fèi)可是巨大的，這就是難度所在了。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，偉大的科學(xué)家們通過(guò)印刷的方式找到了一個(gè)新的方法，那就是“影印技術(shù)”。

一、硅片的制作

在芯片開(kāi)始制作前，我們會(huì)先將提煉好的沙子制作拋光打磨成硅錠，并且通過(guò)切割，制作成我們所需要的的硅片，并且在硅片中會(huì)劃分出很多細(xì)小的分區(qū)，這些分區(qū)就是我們CPU的內(nèi)核(Die)，并且根據(jù)CPU的大小，單塊鏡片切割出(Die)的數(shù)量也各不相同。

二、影印

完成硅片的切割之后，就到了我們關(guān)鍵的技術(shù)了-“影印技術(shù)”，我們會(huì)在將完整的電路通過(guò)激光刻印在模板上面，再將經(jīng)過(guò)熱處理后的硅氧化物上面涂上一種光阻材料，最后用紫外線透過(guò)模板照射，經(jīng)過(guò)紫外線照射后的區(qū)域光阻物質(zhì)被溶解了，這樣就能將復(fù)雜的電路圖案印刷在硅片上面。整個(gè)過(guò)程中，為了避免被別的光線干擾，必須制作遮罩來(lái)屏蔽外面的光線。

三、蝕刻

蝕刻就是使用波段很短的紫外光透過(guò)石英遮蓋的孔照射在光敏抗蝕膜上，使其足夠的曝光，在曝光完成之后通過(guò)特殊的化學(xué)藥劑清洗掉暴露在外面的感光物質(zhì)，這樣二氧化硅會(huì)在鏤空的位置下方生成，將感光層的物質(zhì)完全去除之后，剩下的就是充滿各種溝壑的二氧化硅層了，然后加入帶有感光層的多晶硅層。通過(guò)多次的蝕刻之后，就可以建立出基本電路的模型。

最后再通過(guò)對(duì)暴露在外面的硅層進(jìn)行離子轟擊，形成了N溝道或者P溝道的晶體管，再通過(guò)摻雜的方式將這些晶體管的電路連接起來(lái)，使每個(gè)晶體管有自己的輸入和輸出端口。重復(fù)上面的動(dòng)作，可以獲得一個(gè)多層的立體式架構(gòu)的芯片。

四、封裝測(cè)試

完成以上動(dòng)作之后，就可以將晶片上的核心(Die)切割下來(lái)了進(jìn)行測(cè)試了，高端芯片的測(cè)試可能長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)星期，在測(cè)試的過(guò)程中會(huì)對(duì)其邏輯性、電學(xué)特性等過(guò)個(gè)方面進(jìn)行檢驗(yàn)和分類并且封裝，對(duì)于部分電路印刷不良的芯片，可以像Intel一樣屏蔽掉核心，制作成低端的芯片出售。畢竟每塊晶圓的價(jià)格都是非常昂貴的。

在測(cè)試完成對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分類后，就可以走向市場(chǎng)了，成了我們常見(jiàn)的CPU等各種芯片了，芯片中的上百億晶體管并不是一個(gè)個(gè)制作的，而是通過(guò)影印光刻的方式批量完成的。