从沙子到芯片,cpu是怎么制造的?

一、从沙子到芯片,cpu是怎么制造的?

1 硅提纯

2 切割晶圆

3 影印(Photolithography)

4 蚀刻(Etching)

5 重复、分层

6 封装

7 多次测试

1 硅提纯

在硅提纯的过程中,原材料硅将被熔化,并放进一个巨大的石英熔炉。这时向熔炉里放入一颗晶种,以便硅晶体围着这颗晶种生长,直到形成一个几近完美的单晶硅。以往的硅锭的直径大都是200毫米,而CPU厂商正在增加300毫米晶圆的生产。

2 切割晶圆

硅锭造出来了,并被整型成一个完美的圆柱体,接下来将被切割成片状,称为晶圆。晶圆才被真正用于CPU的制造。所谓的“切割晶圆”也就是用机器从单晶硅棒上切割下一片事先确定规格的硅晶片,并将其划分成多个细小的区域,每个区域都将成为一个CPU的内核(Die)。一般来说,晶圆切得越薄,相同量的硅材料能够制造的CPU成品就越多。

3 影印(Photolithography)

在经过热处理得到的硅氧化物层上面涂敷一种光阻(Photoresist)物质,紫外线通过印制着CPU复杂电路结构图样的模板照射硅基片,被紫外线照射的地方光阻物质溶解。而为了避免让不需要被曝光的区域也受到光的干扰,必须制作遮罩来遮蔽这些区域。这是个相当复杂的过程,每一个遮罩的复杂程度得用10GB数据来描述。

4 蚀刻(Etching)

这是CPU生产过程中重要操作,也是CPU工业中的重头技术。蚀刻技术把对光的应用推向了极限。蚀刻使用的是波长很短的紫外光并配合很大的镜头。短波长的光将透过这些石英遮罩的孔照在光敏抗蚀膜上,使之曝光。接下来停止光照并移除遮罩,使用特定的化学溶液清洗掉被曝光的光敏抗蚀膜,以及在下面紧贴着抗蚀膜的一层硅。然后,曝光的硅将被原子轰击,使得暴露的硅基片局部掺杂,从而改变这些区域的导电状态,以制造出N井或P井,结合上面制造的基片,CPU的门电路就完成了。

5 重复、分层

为加工新的一层电路,再次生长硅氧化物,然后沉积一层多晶硅,涂敷光阻物质,重复影印、蚀刻过程,得到含多晶硅和硅氧化物的沟槽结构。重复多遍,形成一个3D的结构,这才是最终的CPU的核心。每几层中间都要填上金属作为导体,以保持各层电路的连通。层数决定于设计时CPU的布局,以及通过的电流大小。一个完整的CPU内核包含大约20层.

6 封装

经过上一步操作的CPU是一块块晶圆,它还不能直接被用户使用,必须将它封入一个陶瓷的或塑料的封壳中,这样它就可以很容易地装在一块电路板上了。封装结构各有不同,但越高级的CPU封装也越复杂,新的封装往往能带来芯片电气性能和稳定性的提升,并能间接地为主频的提升提供坚实可靠的基础。

7 多次测试

测试是一个CPU制造的重要环节,也是一块CPU出厂前必要的考验。这一步将测试晶圆的电气性能,以检查是否出了什么差错,以及这些差错出现在哪个步骤(如果可能的话)。接下来,晶圆上的每个CPU核心都将被分开测试。

每块CPU将被进行完全测试,以检验其全部功能。某些CPU能够在较高的频率下运行,所以被标上了较高的频率;而有些CPU因为种种原因运行频率较低,所以被标上了较低的频率。最后,个别CPU可能存在某些功能上的缺陷,如果问题出在缓存上,制造商仍然可以屏蔽掉它的部分缓存,这意味着这块CPU依然能够出售,只是它可能是Celeron等低端产品。

当CPU被放进包装盒之前,一般还要进行最后一次测试,以确保之前的工作准确无误。根据前面确定的最高运行频率和缓存的不同,它们被放进不同的包装,销往世界各地。

二、沙子怎么变成芯片?

将沙子变成芯片的过程可以分为以下几个步骤:1. 提取纯净硅:首先,需要将沙子中的硅提取出来。可以通过化学处理将沙子中的杂质去除,得到纯净的硅。2. 制备硅片:接下来,将纯净的硅材料加工成硅片。这个过程通常通过Czochralski法或者浮区法来完成。在这个过程中,将硅材料熔化并从一根掺有控制剂的引导晶体上拉出,形成长而纯净的硅晶体。3. 切割硅片:将长硅晶体切割成薄片,也就是所谓的硅片。通常使用钻石切割工具来完成。4. 形成电路结构:在硅片上使用光刻技术进行图案设计,通过光刻胶和模板来形成电路图案。然后使用化学蚀刻或者物理蚀刻等方法去除非电路区域的硅材料,从而形成电路结构。5. 制造芯片元件:在电路结构上进行沉积、腐蚀、扩散、离子注入等工艺步骤,以制造出电子元件,如晶体管、电容器、电阻器等。6. 封装和测试:将制造好的芯片元件封装好,使其能够连接到电路板上。然后进行功能测试、参数测试等,确保芯片的质量和性能。值得注意的是,这只是基本的芯片制造过程,实际的芯片制造流程非常复杂,涉及到很多细节和先进的技术。同时,需要高度精确的设备和相应的生产环境。

三、什么沙子可以做芯片?

实际上,硅在地壳矿物元素中的丰度最高,占全部元素含量总重量的28.15%,而且大部分以砂子(沙子,二氧化硅)的形式存在。

于是就对砂子中的硅进行还原,再经粹化提纯、提拉单晶、一套切、磨、抛工序后,制成单晶硅片,就可以制作硅二极管、硅三极管了。

四、谁发明沙子制造芯片?

沙子制造芯片的发明人是美国工程师和计算机科学家加里·卡斯特。他在1980年代初期发明了一种名为“沙盘”的技术,利用沙子和激光光束来制造微小的芯片结构。这项技术革命性地改变了芯片制造的方式,使得芯片的制造更加精确和高效。沙盘技术也被广泛应用于半导体行业,成为现代芯片制造的重要技术之一。

五、谁发现沙子可以做芯片?

不是谁发现,是经过无数的科学家努力的结果。沙子是氧化硅,科学家发现硅是良好的半导体,可以用来做芯片,自然就用沙子来做芯片了

六、芯片的沙子来自哪里?

首先第一步就是沙子提纯,我们知道制造芯片要求硅的纯度要达到99.9999999%,9个9的纯度才行。而在提纯之后,这些硅锭拉成一根根又长又圆的单晶硅棒。而沙子在变成单晶硅棒之后,接下来就是切片,变成8寸或12寸的硅晶圆片,厚度一般在0.8mm以下,再打磨得铮亮,前期的处理过程就基本完成了。沙子来自于大海中!

七、沙漠里的沙子能做芯片吗?

不可以

在芯片制造的时候需要用到硅,而沙子刚好又是最主要的提取硅的原材料之一,现在大家使用的电脑和智能手机这些东西,它们最为核心的零部件之一就是芯片。在地球上,近三分之一的陆地都是沙漠,沙漠属于风成地貌,所以植物相对罕见,盐滩更是草木不生,似乎目之所及皆是荒凉。

但是,生产芯片用到的硅主要都来自于沙砾提取,沙漠的本质是失去秃顶生产能力的沙质荒漠地区,而沙砾虽然是包括了碎石和沙子,但它们的形成始于岩石风化和剥蚀,虽然看上去比普通演石颗粒小了不少,但这种沉积物也远比粉砂粗造

八、沙子做成芯片贵多少倍?

沙子一吨才几十元,每公斤才几分钱,高通865至少要二千,重量才2克,沙子做成芯片,价值上升了一亿多倍。

九、生产一个芯片需要多少沙子?

50克的沙子就可以做出一个芯片。

二氧化硅是半导体的主要原材料,就是我们常见的沙子。但通常不会使用河沙、海沙等一般的沙子,而是二氧化硅含量超过90%的石英石。那么制造1000亿块芯片,约需要10万根上述的硅晶棒,就是3万吨左右的纯硅。

十、芯片的沙子是沙漠的沙吗?

不是沙漠的沙子太圆润了,而且不太纯,芯片用的沙子是挖矿的矿石比如石英矿

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