小小的芯片裡藏著大大的“世界”,怪不得難倒了這麼多公司和國家

芯片,是所有半導體元件的統稱。作為一種高科技技術產品,世界上所有國家和科技公司都希望掌握製造芯片的技術,但是事實很殘酷,到現在為止,只有世界上排名靠前的幾個國家和公司能夠獨立製造出芯片。

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有人想,芯片不過就是一塊手指頭大小的半導體電路板嗎?為什麼難倒了這麼多的國家?其實芯片內部的構造遠沒有我們想的那麼簡單,可以說芯片就是一個宏大的微觀世界!

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芯片的內部世界

芯片就是把電路,主要包括半導體設備和被動組件等集成到半導體晶圓表面後產生的元件。這個過程中集成電路發揮了重要的作用,集成電路能夠把一個電路中需要的晶體管、電阻、電容和電感等元件互相連接在一起,在一小塊半導體晶片上顯示出來,然後封裝到一個管殼內,這樣一個微型電路的結構才有了雛形。

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在把電路所需要的晶體管、電阻、電容和電感等元件集成到一小塊半導體材料上的過程中,需要經歷氧化,光刻,擴散,外延等一系列複雜的製造工藝。為什麼集成電路能把這麼多的電子元件以這麼複雜的方式集成到一小塊芯片上呢?

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這就要依賴於晶體管的出現了,晶體管是一種固定的半導體器件,包括二極管,三極管等等。作為一種可變的電流開關,它能夠利用電信號來合理地控制自身的開合,從而控制內部的電流,包括放大,開關等功能。

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與傳統的電子管不同的是,晶體管放大電流不需要像電子管那樣必須做到體積足夠大。因此,晶體管出現之後,基於半導體的集成電路很快就發展了起來,芯片在這個時候也走進了人們的視野。

為什麼難倒了這麼多國家

隨著時代不斷的發展,芯片製作工藝水平越來越高,但是這種技術只掌握在寥寥幾個國家手中,為什麼大家都明白芯片的製作步驟,卻造不出自己的芯片呢?

目前最能體現芯片技術含量的就是手機和電腦芯片,我們來舉幾個例子,英特爾的i7系列芯片中包含了幾十億顆晶體管,華為最新的麒麟990處理器中甚至包含了103億顆晶體管。

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雖然晶體管可以做得很小很小,但是想要將如此龐大數量的晶體管裝進一顆小小的芯片中,也是一項高難度挑戰。很顯然這不是人力可以完成的,必須要藉助機器的力量,在這其中,光刻機有著決定性的作用。

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但是目前世界上能製造高端光刻機的只有荷蘭和日本兩個國家,荷蘭的ASML是世界上最大的光刻機制造商,在光刻機領域佔據著壟斷的地位。其他的國家比如說中國等能製造出光刻機的國家制造出來的也只是低端產品,根本滿足不了高端芯片的生產。

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ASML總裁曾說,就算我把光刻機的圖紙公開,別的國家同樣也造不出來高端光刻機。光刻機的製造需要數量龐大的精密元件的支持,而這些元件在同類中還必須是頂級的。如此苛刻的要求,註定了絕大數國家制造不出來高端光刻機。

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目前華為的芯片水平在世界上已經名列前茅了,麒麟990採用7nm技術,即將發佈的麒麟1020更是是使用5nm技術。但是中國光刻機還處於低端階段,想要製造出高端光刻機還有一定的難度,我們只能期待科學家們爭取更進一步,早日帶來好消息。

總結

中國的半導體行業相較於西方其他國家來說起步較晚,且遭到了技術封鎖,能有今天的成就已經是令人驚歎了。但是現在的水平還遠遠不夠,與高端科技還存在著一定的差距,我們不能驕傲自滿,止步不前,應該奮起直追,立志早日成為一個高科技水平國家。

小小的芯片裡藏著大大的“世界”,怪不得難倒了這麼多公司和國家

中國的芯片行業正在蓬勃發展,儘管現在很多手機還在用外國的芯片,但是未來我們一定能追上並超過它們,真正擁有自己的“中國芯”。


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