很多人说CPU是人造物的顶峰,你了解吗?

发布时间:2020-08-18

CPU是人造物体的顶峰,因此不能确切地说CPU是普通人可以触摸的人造物体的顶峰。因为与具有较高技术含量的航空发动机,生物技术等不容易比较,毕竟这是一个跨领域的,困难也有所不同。

芯片的本质是使大规模集成电路小型化

可以说它足够小,可以在发丝上建造高楼大厦,并在一英寸之内建造一个大型微型城市。

我们通常说10nm,7nm和5nm芯片中的纳米(nm)是指晶体管栅极的长度。一纳米等于一个原子大小的四倍,这是人类头发直径的十分之一,远小于单个细菌的长度(5微米)。

熟练的工匠可以手工做的最小规模可能是刻在1粒大米上。当然,超高精度机床可实现0.01-0.001微米(μm)的加工精度。

这意味着用双手和普通工具很难达到纳米级。要建造纳米级的高层建筑,并使晶体管,铜线和其他材料与众不同,您需要使用特殊的刀,并用光将其制成刀。

光刻原理实际上非常简单。就像我们在海滩上晒太阳一样,可以被太阳辐射的皮肤处于一种状态,而不能被太阳辐射的皮肤处于另一种状态。

芯片的制造原理

芯片越小,单位面积上的晶体管就越多,以实现更多功能并降低能耗。使用较短波长的光源是最直接的方法。

设计了芯片的蓝图后,它将被制成掩模层(芯片由数十层电路组成,每层一层掩模)。然后让光线穿过掩模并撞击晶圆。掩膜上的电路图阻止了无法找到光的部分,被光照射的空着部分中的光敏材料将通过化学腐蚀反应分解(或使用等离子体,以人体轰击表面的方式)去除晶圆上未被光线覆盖的位置),电路将被刻在晶圆上。

然后,通过离子注入将杂质离子轰击到半导体晶格中,导致晶格中原子的排列无序或变成非晶区。在一定温度下加热离子注入的半导体以恢复晶体结构并消除缺陷,从而激活半导体材料的不同电特性。

然后通过气相沉积和电镀形成金属连接或绝缘层。

物理气相沉积用于形成各种金属层,以连接不同的设备和电路,以进行逻辑和模拟计算。

化学气相沉积用于在不同金属层之间形成绝缘层。

电镀用于生长铜线金属层。

通过化学蚀刻和机械抛光的组合,对制成的晶片进行抛光和在晶片表面上抛光,以实现表面平坦化。然后进行切片,封装和测试以制成完整的芯片。

整个芯片制造过程中的极端困难

整个芯片制造过程中的困难不在于“如何准备高纯度硅?”,“如何绘制芯片电路图?”,“如何制造光致抗蚀剂?”,“繁琐的过程”等。困难在于如何在晶片上描绘电路,同时保持晶体管和电路不同,并在纳米尺度上保持多层光刻电路的对准。

这就是为什么AMSL的EUV处于光刻机的顶峰,并且在高端光刻机市场上绝对垄断的原因。

为了控制光刻机的精度,EUV光刻机系统使用极紫光作为光源。它具有100,000个零件,40,000个螺栓,3,000根电线和2公里的软管。大部分都是全人类的智慧。大成产品包括:美国格栅,德国镜片,瑞典轴承,法国阀门等。每辆EUV耗资1亿美元,重180吨。每次运输需要40个集装箱和20辆卡车。每次运输需要3架货机才能完成。安装和调试也需要一年的时间。因此,注定ASML的EUV年最大产量仅为30单位。

尽管光刻机的原理很简单,但是可以想象很难制造具有7nm和5nm芯片的光刻机。即使您提供了所有零件和图纸,也很难调试到可用的精度。

这不是普通人可以仰望的高度,也不是一个国家很难仰望的高度。幸运的是,我国已经部署了芯片产业。尽管存在技术差距,但这种技术差距正在缩小,并且并非所有芯片都需要做得更小。目前,7nm和5nm芯片仅用于手机。