想搞出好芯片，光刻機是關(guān)鍵
發(fā)表時間：2021-04-18 09:28:39 人氣：3144
人人都知道的，我國被卡脖子最嚴(yán)重的領(lǐng)域是芯片。我發(fā)現(xiàn)，非常多的人低估了這個挑戰(zhàn)的難度，經(jīng)常可以見到許多錯誤理解。 例如，有人認(rèn)為中國在兩年內(nèi)就可以造出高端芯片 實際上，這是個大大過頭的估計。目前我們沒法給出個時間表。如果我們能在十年內(nèi)造出現(xiàn)在最高水平的芯片，就是很大的成功了。 中國的芯片本來跟世界差距不大，甚至是先進的 實際上，當(dāng)時我們的芯片水平絕不是領(lǐng)先，甚至也不是差距不大，而是差距非常大。 我看過一篇文章，紀(jì)念我國半導(dǎo)體科技的奠基人之一王守武院士，其中有這樣一個故事：1977年，國際上開始工業(yè)生產(chǎn)16K的芯片，64K的芯片也已經(jīng)做出樣品。同時中國只有少數(shù)單位仿照國外產(chǎn)品，做出了接近1K的芯片。但成品率極低，不能投入生產(chǎn)，只能作為樣品。1K對64K，這就是當(dāng)時的差距。 然后，中國科學(xué)院提出，要在一年內(nèi)拿下4K芯片。但經(jīng)過一年的研究，成品率仍然很低。 1978年10月，中科院請王守武全面負(fù)責(zé)這一任務(wù)。他帶領(lǐng)團隊奮戰(zhàn)一年，到1979年9月，終于把4K芯片的成品率提高到了……20%以上。 這是什么概念？量產(chǎn)的芯片成品率至少要達到90%以上，否則難以收回成本?？墒钱?dāng)時王守武的這20%成品率就已經(jīng)是重大進步了，獲得了中國科學(xué)院科技成果一等獎。只有半導(dǎo)體有變化。跟半導(dǎo)體相對的，導(dǎo)體永遠(yuǎn)是導(dǎo)電的，絕緣體永遠(yuǎn)是不導(dǎo)電的，它們都沒有變化。 只有半導(dǎo)體，可以在導(dǎo)電和不導(dǎo)電之間轉(zhuǎn)換。我們可以控制這種轉(zhuǎn)換，辦法有很多。用導(dǎo)電和不導(dǎo)電表示0和1，就可以計算，可以存儲，產(chǎn)生無窮的變化。 那么，半導(dǎo)體是怎樣在導(dǎo)電與不導(dǎo)電之間轉(zhuǎn)換的？ 這里的基本元件是三極管。我見過的對三極管原理最好的描述，來自這本書《圖解芯片技術(shù)》，作者是清華大學(xué)材料學(xué)院田民波教授。 三極管好比一個帶水閘的水路。左邊有個水源，右邊有個水泵在抽水。但中間有個水閘，在水閘關(guān)閉時，是沒有水流的。然后我們逐漸把水閘升起。一開始，水閘的底部仍然在水槽里，所以還是沒有水流。當(dāng)水閘底部升到水槽之上，就開始有水流了。水閘升得越高，水流就變得越大。 把水流換成電流，這就完全是對三極管的描述。左邊的水源、右邊的水泵和中間的水閘，就對應(yīng)三極管的三個極，源極、漏極和柵極。水閘的高度，就對應(yīng)柵極上的電壓。【注釋：源極、漏極和柵極實際上是場效應(yīng)管的三個極，三極管的三個極叫做發(fā)射極、集電極和基極。不過《圖解芯片技術(shù)》的原文就是如此，我理解這是因為場效應(yīng)管和三極管在邏輯上的作用相同，都是通過某種方式控制導(dǎo)電與不導(dǎo)電之間的轉(zhuǎn)換，所以田民波教授采用了一種簡化的解釋，以方便初學(xué)者?！啃酒圃斓奈鍌€階段
第一，把沙子，也就是二氧化硅，轉(zhuǎn)化成多晶硅。
第二，把多晶硅提煉成單晶硅，再把單晶硅切成一個個圓盤，也就是晶圓。
第三，在晶圓上制造各種器件。
第四，把芯片封裝起來。
第五，做最后的測試。 例如第一個階段，多晶硅的純度要達到11個9，即99.999999999%。我們平時說的純金，只不過是4個9，99.99%而已。 第二個階段，晶圓要做得非常平，連它自身的重量導(dǎo)致的彎曲，都是要控制的。如何控制這些晶體缺陷，是各個廠商從長期的經(jīng)驗教訓(xùn)中總結(jié)出來的，是他們高度重視的技術(shù)秘密。 前兩個階段都很難，第三個階段又是難中之難。光刻就是其中的核心技術(shù)。
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