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在中国科技馆有一片英特尔展区,它讲述着“一粒沙一个世界”的科普童话。它以一段不太长的科技史,告诉所有的大人与小孩,科技已使我们的生产和生活方式发生巨大变化。
自从20世纪,伴随原子能、电子计算机和空间技术的诞生,我们的生活每天都在发生无可逆转的改变。科技的进步与发展让我们的生活充满惊喜,芯片技术就是其中最为重要的一个。
我们通常所说的芯片是一块由半导体材料(一般是硅)制成的集成电路块。一枚芯片的大小通常不足一平方厘米,却集成了数百万甚至上亿个晶体管。在我们的生活中,小小的芯片无所不在。大如运载火箭、宇宙空间站,小至信用卡、手表,甚至高科技钥匙,无不依赖于芯片这个处理信息的核心。
芯片是电脑的根基,但芯片的根基是我们身边最常见的沙子!
刚发明晶体管时,半导体材料主要是锗,后来硅凭借经济性和易处理性后来居上,硅在地壳中含量达27%。当今电子信息产业99%的集成电路都由硅芯片集合而成,因此我们生活在硅时代。
沙子是提取硅的主要原料,从沙到芯,是一个神奇的过程。
从沙到芯的第一步是冶金工艺,经过一系列复杂的物理、化学处理,沙子中的纯净硅被提炼出来,达到99.999999%的纯度,普通的硅砂粒提炼成多晶硅以后,便成了制作高科技芯片的主要原料,由此身价大涨,可谓沙里淘金。
不过,芯片制造所使用的是单晶硅,所以第二步是制造单晶硅圆片,又称晶圆,是最常见的半导体材料。
单晶硅提炼出来并制成单晶硅棒之后再把“硅棒”横切成薄圆片,圆片每一处厚度近似相等,最后再通过腐蚀去除切割时残留的损伤和严格的抛光打磨,就得到我们看到的晶圆。
至此,一片完美的硅圆片诞生,晶圆按其直径可分为4英寸、6英寸和8英寸,近年发展到12英寸甚至更大规格。晶圆越大,在同一圆片上可安排的集成电路就越多,也就是可以生产的芯片越多,就可降低成本,但对材料技术和生产技术的要求更高。
当然,晶圆不等于芯片,从晶圆到芯片,还差关键的一步,这就是利用光蚀刻技术在晶圆上分区域刻出一块块的集成电路,再切割下来,这才是芯片的雏形。这一步是芯片生产过程中最核心的步骤,如今,英特尔已经能以45纳米的宽度蚀刻出电路来,大幅度降低了能耗和电阻,增加了运算效能。
最后一步是封装和测试,先经过芯片运算逻辑功能检验,然后把电路用金属封起来,引出外接电路,这才能最终产生我们日常所看到的“芯片”。封装和测试技术也相当关键,因为电路非常脆弱,就算是一粒灰尘也会让电路受到损坏,影响芯片的功能和寿命。封装技术虽然不象电路蚀刻工艺那样更新迅速,至今为止,也已经有了很大发展。科技发展一小步,人类便迈进一大步。从沙里淘芯,再到不断开发新的芯片技术为人类生活创造更高价值,这一过程本身也充满了奇迹。
早在1947年,科学家通过在高纯度的半导体晶体中掺入一些特定物质,从而使原有材料的导电性发生变化,提高半导体的导电性,发明了第一个晶体管。晶体管体积小,功耗低,全固态,它的发明使得集成电路成为可能。1958年,德州仪器(TI)和仙童(Fairchild)几乎在同时分别以光蚀刻技术在硅片上做出了集成电路,开辟了微电子技术的新纪元。之后,不断发展的集成电路推动人类社会进入了信息时代。1971年11月15日,英特尔公司的工程师霍夫发明了世界上第一个微处理器——4004,开创了集成电路计算机的新时代。从此,芯片上的晶体管数量以“摩尔定律”的速度成倍增长,直到人类跨入奔腾时代,现在又迎来了多核的新处理器架构时代。
英特尔将沙子变成为计算机芯片,不仅是技术的奇迹,商业价值的奇迹,还承载着人类生活质量的飞跃。
自从20世纪,伴随原子能、电子计算机和空间技术的诞生,我们的生活每天都在发生无可逆转的改变。科技的进步与发展让我们的生活充满惊喜,芯片技术就是其中最为重要的一个。
我们通常所说的芯片是一块由半导体材料(一般是硅)制成的集成电路块。一枚芯片的大小通常不足一平方厘米,却集成了数百万甚至上亿个晶体管。在我们的生活中,小小的芯片无所不在。大如运载火箭、宇宙空间站,小至信用卡、手表,甚至高科技钥匙,无不依赖于芯片这个处理信息的核心。
芯片是电脑的根基,但芯片的根基是我们身边最常见的沙子!
刚发明晶体管时,半导体材料主要是锗,后来硅凭借经济性和易处理性后来居上,硅在地壳中含量达27%。当今电子信息产业99%的集成电路都由硅芯片集合而成,因此我们生活在硅时代。
沙子是提取硅的主要原料,从沙到芯,是一个神奇的过程。
从沙到芯的第一步是冶金工艺,经过一系列复杂的物理、化学处理,沙子中的纯净硅被提炼出来,达到99.999999%的纯度,普通的硅砂粒提炼成多晶硅以后,便成了制作高科技芯片的主要原料,由此身价大涨,可谓沙里淘金。
不过,芯片制造所使用的是单晶硅,所以第二步是制造单晶硅圆片,又称晶圆,是最常见的半导体材料。
单晶硅提炼出来并制成单晶硅棒之后再把“硅棒”横切成薄圆片,圆片每一处厚度近似相等,最后再通过腐蚀去除切割时残留的损伤和严格的抛光打磨,就得到我们看到的晶圆。
至此,一片完美的硅圆片诞生,晶圆按其直径可分为4英寸、6英寸和8英寸,近年发展到12英寸甚至更大规格。晶圆越大,在同一圆片上可安排的集成电路就越多,也就是可以生产的芯片越多,就可降低成本,但对材料技术和生产技术的要求更高。
当然,晶圆不等于芯片,从晶圆到芯片,还差关键的一步,这就是利用光蚀刻技术在晶圆上分区域刻出一块块的集成电路,再切割下来,这才是芯片的雏形。这一步是芯片生产过程中最核心的步骤,如今,英特尔已经能以45纳米的宽度蚀刻出电路来,大幅度降低了能耗和电阻,增加了运算效能。
最后一步是封装和测试,先经过芯片运算逻辑功能检验,然后把电路用金属封起来,引出外接电路,这才能最终产生我们日常所看到的“芯片”。封装和测试技术也相当关键,因为电路非常脆弱,就算是一粒灰尘也会让电路受到损坏,影响芯片的功能和寿命。封装技术虽然不象电路蚀刻工艺那样更新迅速,至今为止,也已经有了很大发展。科技发展一小步,人类便迈进一大步。从沙里淘芯,再到不断开发新的芯片技术为人类生活创造更高价值,这一过程本身也充满了奇迹。
早在1947年,科学家通过在高纯度的半导体晶体中掺入一些特定物质,从而使原有材料的导电性发生变化,提高半导体的导电性,发明了第一个晶体管。晶体管体积小,功耗低,全固态,它的发明使得集成电路成为可能。1958年,德州仪器(TI)和仙童(Fairchild)几乎在同时分别以光蚀刻技术在硅片上做出了集成电路,开辟了微电子技术的新纪元。之后,不断发展的集成电路推动人类社会进入了信息时代。1971年11月15日,英特尔公司的工程师霍夫发明了世界上第一个微处理器——4004,开创了集成电路计算机的新时代。从此,芯片上的晶体管数量以“摩尔定律”的速度成倍增长,直到人类跨入奔腾时代,现在又迎来了多核的新处理器架构时代。
英特尔将沙子变成为计算机芯片,不仅是技术的奇迹,商业价值的奇迹,还承载着人类生活质量的飞跃。