沙子做的CPU憑什么賣那么貴?
一般來說,我們對IC芯片的了解僅限于它概念,但是對于已經應用到各式各樣的數碼產品中IC芯片是怎么來的?大家可能只知道制作IC芯片的硅來源于沙子,但是為什么沙子做的CPU卻賣那么貴?下面將會以常見的Intel、AMD CPU作為例子,講述沙子到CPU簡要的生產工序流程,希望大家對CPU制作的過程有一個大體認識,解開CPU憑什么賣那么貴之謎!
硅圓片的制作
1.硅的重要來源:沙子
作為半導體材料,使用得最多的就是硅元素,其在地球表面的元素中儲量僅次于氧,含硅量在27.72%,其主要表現形式就是沙子(主要成分為二氧化硅),沙子里面就含有相當量的硅。因此硅作為IC制作的原材料最合適不過,想想看地球上有幾個浩瀚無垠的沙漠,來源既便宜又方便。
2.硅熔煉、提純
不過實際在IC產業中使用的硅純度要求必須高達99.999999999%。目前主要通過將二氧化硅與焦煤在1600-1800℃中,將二氧化硅還原成純度為98%的冶金級單質硅,緊接著使用氯化氫提純出99.99%的多晶硅。雖然此時的硅純度已經很高,但是其內部混亂的晶體結構并不適合半導體的制作,還需要經過進一步提純、形成固定一致形態的單晶硅。
3.制備單晶硅錠
單晶的意思是指原子在三維空間中呈現規則有序的排列結構,而單晶硅擁有“金剛石結構”,每個晶胞含有8個原子,其晶體結構十分穩定。
單晶硅的“金剛石”結構
通常單晶硅錠都是采用直拉法制備,在仍是液體狀態的硅中加入一個籽晶,提供晶體生長的中心,通過適當的溫度控制,就開始慢慢將晶體向上提升并且逐漸增大拉速,上升同時以一定速度繞提升軸旋轉,以便將硅錠控制在所需直徑內。結束時,只要提升單晶硅爐溫度,硅錠就會自動形成一個錐形尾部,制備就完成了,一次性產出的IC芯片更多。
制備好的單晶硅錠直徑約在300mm左右,重約100kg。而目前全球范圍內都在生產直徑12寸的硅圓片,硅圓片尺寸越大,效益越高。
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( 發表人:方泓翔 )