江苏龙网

  1. 首页 > 资讯 > 科技 > >

芯片|“中国芯”强在哪，又痛在哪？西湖大学副校长终于讲清楚了

8月22日 ， 在西湖大学工学院主办的 “思享汇” 上 ， 西湖大学讲席教授、副校长仇旻就芯片制造工艺、中国 “芯” 痛进行了深入浅出地剖析 。
在仇旻看来 ， 中国芯片的未来需要用两条腿走路：一条腿是继续追赶现有技术 ， 另一条腿是把下一代芯片技术的突破口做好 。 因为“如果只追现在的芯片技术 ， 可能永远落后别人 ， 当我们把下一代芯片的话语权掌握在自己手上 ， 未来才有希望” 。
芯片|“中国芯”强在哪，又痛在哪？西湖大学副校长终于讲清楚了
图片

本文由仇旻会上的发言整理而成 ， 仅代表其个人观点 。
芯片制造对材料要求非常高
芯片我们每天都在用 ， 口袋里只要有电子设备就有芯片 ， 如手机、相机等 。 手机里面有多少个芯片？大概是20多个 ， 包括电源管理、屏幕控制、存储数据 ， 也包括人脸识别芯片 ， 核心是运算处理芯片 。
芯片是用什么材料做的？我们现在说的芯片大多是硅芯片 ， 硅芯片从哪里来？为什么用硅 ， 有个很根本的原因 ， 因为硅便宜 。 硅是地壳和土壤中含量仅次于氧的大量元素 。 沙子的主要成分是二氧化硅 ， 把硅提纯出来就可以用来做芯片 。 但实际上制作芯片需要六千多道工序 ， 里面牵涉材料开发、图案加工、测试表征等过程 。 从材料做成结构 ， 而且逐渐变成三维的结构 。
在这个过程中 ， 第一步要做材料 ， 要做硅的晶圆片需要高纯度的硅 。 其实冶炼硅的原理很简单 ， 一根预制棒放到熔化的硅里面 ， 然后慢慢提起来 ， 结晶之后就会形成一个硅棒 ， 越粗越好 ， 因为能做更大的硅片 。 硅棒切片之后就是硅晶圆片 。 我们在看新闻时 ， 通常会看到硅片有直径6寸、8寸等等 ， 这是什么概念呢？1英寸是2.5厘米 ， 12英寸就是30厘米 ， 同A4纸的长边差不多大小 。
实际上 ， 中国一直到近几年才开始生产高端的硅片 。 现在上海新昇半导体公司已经可以批量生产12寸的硅晶圆片 ， 浙江也有一家企业 ， 金瑞泓 ， 他们可以批量生产8寸硅片 。 晶圆对硅的纯度要求非常高 ， 通常是9N到11N（也就是百分之99小数点后面有7个9或9个9） ， 几乎不能有任何的杂质 。 前段时间 ， 苏州新美光发布了国产单晶硅的规划 ， 这对国产替代进口是非常好的一件事情 ， 对未来中国的芯片产业也非常重要 。 目前 ， 他们已经实现了18寸（450毫米）11N的单晶硅棒 。
芯片制造工艺为什么这么难？
芯片的地基有了之后 ， 接下来怎么做？我们可以想象一下在玻璃上雕花 。 我们先在玻璃上涂一层蜡 ， 在蜡上画出美丽的图案 ， 再浇上酸腐蚀 ， 然后再把蜡和酸洗干净 ， 玻璃上就 “刻” 出花纹了 。
芯片制造的过程其实是类似的 ， 也就是人们经常提起的 “光刻” 。 先在硅晶圆上匀一层胶 ， 再用波长很短的紫外光曝光 ， 就可以形成一个图案化的模板 。 我们所说的光刻机 ， 主要作用就是把微纳米尺度的图案印到晶片上 。 另外 ， 模板做好后还要刻出来 。 在玻璃上雕花要用酸 ， 这里利用离子把表面的硅材料带走 ， 然后就会留下想要的结构 。
晶片表面的结构做好后 ， 下一步就是连接金属线 ， 做封装测试 。 通常一个芯片也就几个厘米见方 ， 因此一片12寸、30厘米的硅片上就可以做出上百个芯片来 。 这就是为什么晶圆越大越好 。 封装就是把晶圆切片包起来 ， 让它不受外界材料或者环境的影响 。 这块工作目前国内已经做的非常好了 。
芯片制造为什么难？主要难在我们要在一片硅晶圆片上做出几百个芯片 ， 而每个芯片又是由上百亿个晶体管构成 。 芯片进化的过程就是晶体管不断变小的过程 ， 这就是摩尔定律：芯片可容纳的晶体管数目大约每两年便会增加一倍 ， 性能也将提升一倍 。
我们通常所说的5纳米、7纳米、14纳米、28纳米 ， 这个数字就代表了晶体管的工艺水平 。 简单来讲 ， 它指的是电子从晶体管两级流过的距离 。 当然这个距离也不是随意定的 ， 在工业界有一系列的规定 ， 并且每次工艺水平的提升都需要经历一个过程 。 距离小到一定程度后 ， 由于量子效应的存在 ， 晶体管的性能也会发生巨大变化 。 前段时间 ， 全球半导体的龙头企业台积电宣布 ， 最新的5纳米工艺今年已经进入量产 。 5纳米是什么概念？差不多是10个水分子的距离 。


推荐阅读


上一篇：iphone|视频｜苹果历代iphone发布会盘点

下一篇：用户|B站今年暑期进行7500例情绪疏导