如何制作高端芯片以及安装上百亿颗晶体管？

纳米芯片在我们的生活中非常常见，并被广泛的应用在手机、电脑、电视等各种数码家电中。而美国对华为制裁开始后，我国芯片研发能力的不足就开始显现了，而大多数人并不知道经常提起的芯片到底是如何制作的，到底有何难度?下面带大家了解一下芯片的制作过程。

一、什么是电路

电路，在我们初中物理课的时候就知道了，电路是由一条条导线构成的，在我们生活中从电力局传输出来的电，我们称此为强电，电力局通过电缆输送到各家各户组成的网络，而我们在电视或者手机、空调等里面经常会看到控制板，在控制板中会有各种不同的微电脑芯片，这些能编程的芯片我们称之为数字电路，而与这些芯片连接在一起的电容和电阻，我们则把它称之为模拟电路，在很多的控制板上面，都是通过数模结合的方式来实现产品的很多功能。

二、什么是纳米芯片

纳米是一个长度单位，1纳米=0.000000001 米，也就是五万分之一头发丝的大小，而芯片，就是我们常说的集成电路，集成电路的意思就是相当于把以前需要成千上万个电容、电阻、场效应管等才能搭建的电路，通过集成的方式把它们装在一个小芯片里面，当然这里的集成不是将所有的电子器件塞进去，而是通过用纳米技术制作而成的晶体管来实现同样的功能，这就是纳米芯片了。

在一颗高端芯片中，里面集成了有上百亿个晶体管，就拿华为海思麒麟990来说，在1厘米平方不到的大小里面，拥有103亿个晶体管，相比苹果A13处理器的85亿个还要多，那么这些晶体管是怎么塞进去的。

三、晶体管的工作方式

我们都知道芯片中的晶体管其实就是纳米级的半导体场效应管，执行着0和1的二进制操作，正常的场效应管有三个极性，分别为源极、栅极和漏极，并且分为P沟道和N沟道两种类型，我们以常用的N沟道为例讲解一下其工作原理：当G极(栅极)和S极(源极)有一定的电流电压经过时，该场效应管就会工作，从而达到导通的状态，而其中只要有一个机型没有电压之后，这个场效应管又会截止。

四、芯片的制作工艺

虽然芯片里面的晶体管和我们常用的场效应管形状和参数不一样，但是基本的工作原理是差不多的，知道了晶体管的工作原理，下面我们将这些晶体管制作出来了，要知道一个高端芯片里面高达上百亿个晶体管，按照我们普通的理解，就算是一秒钟做一个，也要100亿秒，这个时间花费可是巨大的，这就是难度所在了。

为了解决这个问题，伟大的科学家们通过印刷的方式找到了一个新的方法，那就是“影印技术”。

一、硅片的制作

在芯片开始制作前，我们会先将提炼好的沙子制作抛光打磨成硅锭，并且通过切割，制作成我们所需要的的硅片，并且在硅片中会划分出很多细小的分区，这些分区就是我们CPU的内核(Die)，并且根据CPU的大小，单块镜片切割出(Die)的数量也各不相同。

二、影印

完成硅片的切割之后，就到了我们关键的技术了-“影印技术”，我们会在将完整的电路通过激光刻印在模板上面，再将经过热处理后的硅氧化物上面涂上一种光阻材料，最后用紫外线透过模板照射，经过紫外线照射后的区域光阻物质被溶解了，这样就能将复杂的电路图案印刷在硅片上面。整个过程中，为了避免被别的光线干扰，必须制作遮罩来屏蔽外面的光线。

三、蚀刻

蚀刻就是使用波段很短的紫外光透过石英遮盖的孔照射在光敏抗蚀膜上，使其足够的曝光，在曝光完成之后通过特殊的化学药剂清洗掉暴露在外面的感光物质，这样二氧化硅会在镂空的位置下方生成，将感光层的物质完全去除之后，剩下的就是充满各种沟壑的二氧化硅层了，然后加入带有感光层的多晶硅层。通过多次的蚀刻之后，就可以建立出基本电路的模型。

最后再通过对暴露在外面的硅层进行离子轰击，形成了N沟道或者P沟道的晶体管，再通过掺杂的方式将这些晶体管的电路连接起来，使每个晶体管有自己的输入和输出端口。重复上面的动作，可以获得一个多层的立体式架构的芯片。

四、封装测试

完成以上动作之后，就可以将晶片上的核心(Die)切割下来了进行测试了，高端芯片的测试可能长达几个星期，在测试的过程中会对其逻辑性、电学特性等过个方面进行检验和分类并且封装，对于部分电路印刷不良的芯片，可以像Intel一样屏蔽掉核心，制作成低端的芯片出售。毕竟每块晶圆的价格都是非常昂贵的。

在测试完成对产品进行分类后，就可以走向市场了，成了我们常见的CPU等各种芯片了，芯片中的上百亿晶体管并不是一个个制作的，而是通过影印光刻的方式批量完成的。