想搞出好芯片，光刻机是关键
发表时间：2021-04-18 09:28:39 人气：2413
人人都知道的，我国被卡脖子最严重的领域是芯片。我发现，非常多的人低估了这个挑战的难度，经常可以见到许多错误理解。 例如，有人认为中国在两年内就可以造出高端芯片 实际上，这是个大大过头的估计。目前我们没法给出个时间表。如果我们能在十年内造出现在最高水平的芯片，就是很大的成功了。 中国的芯片本来跟世界差距不大，甚至是先进的 实际上，当时我们的芯片水平绝不是领先，甚至也不是差距不大，而是差距非常大。 我看过一篇文章，纪念我国半导体科技的奠基人之一王守武院士，其中有这样一个故事：1977年，国际上开始工业生产16K的芯片，64K的芯片也已经做出样品。同时中国只有少数单位仿照国外产品，做出了接近1K的芯片。但成品率极低，不能投入生产，只能作为样品。1K对64K，这就是当时的差距。 然后，中国科学院提出，要在一年内拿下4K芯片。但经过一年的研究，成品率仍然很低。 1978年10月，中科院请王守武全面负责这一任务。他带领团队奋战一年，到1979年9月，终于把4K芯片的成品率提高到了……20%以上。 这是什么概念？量产的芯片成品率至少要达到90%以上，否则难以收回成本。可是当时王守武的这20%成品率就已经是重大进步了，获得了中国科学院科技成果一等奖。只有半导体有变化。跟半导体相对的，导体永远是导电的，绝缘体永远是不导电的，它们都没有变化。 只有半导体，可以在导电和不导电之间转换。我们可以控制这种转换，办法有很多。用导电和不导电表示0和1，就可以计算，可以存储，产生无穷的变化。 那么，半导体是怎样在导电与不导电之间转换的？ 这里的基本元件是三极管。我见过的对三极管原理最好的描述，来自这本书《图解芯片技术》，作者是清华大学材料学院田民波教授。 三极管好比一个带水闸的水路。左边有个水源，右边有个水泵在抽水。但中间有个水闸，在水闸关闭时，是没有水流的。然后我们逐渐把水闸升起。一开始，水闸的底部仍然在水槽里，所以还是没有水流。当水闸底部升到水槽之上，就开始有水流了。水闸升得越高，水流就变得越大。 把水流换成电流，这就完全是对三极管的描述。左边的水源、右边的水泵和中间的水闸，就对应三极管的三个极，源极、漏极和栅极。水闸的高度，就对应栅极上的电压。【注释：源极、漏极和栅极实际上是场效应管的三个极，三极管的三个极叫做发射极、集电极和基极。不过《图解芯片技术》的原文就是如此，我理解这是因为场效应管和三极管在逻辑上的作用相同，都是通过某种方式控制导电与不导电之间的转换，所以田民波教授采用了一种简化的解释，以方便初学者。】芯片制造的五个阶段
第一，把沙子，也就是二氧化硅，转化成多晶硅。
第二，把多晶硅提炼成单晶硅，再把单晶硅切成一个个圆盘，也就是晶圆。
第三，在晶圆上制造各种器件。
第四，把芯片封装起来。
第五，做最后的测试。 例如第一个阶段，多晶硅的纯度要达到11个9，即99.999999999%。我们平时说的纯金，只不过是4个9，99.99%而已。 第二个阶段，晶圆要做得非常平，连它自身的重量导致的弯曲，都是要控制的。如何控制这些晶体缺陷，是各个厂商从长期的经验教训中总结出来的，是他们高度重视的技术秘密。 前两个阶段都很难，第三个阶段又是难中之难。光刻就是其中的核心技术。
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