美国管制之下国产芯片当自强——芯片是怎样“炼”成的？
关注国家大事的小伙伴们或许已经知道了美国把华为列入管制“实体清单”的消息。这意味着，没有美国政府的同意，美国企业将不能再为华为提供芯片和芯片制作的技术。
美国将不再为华为提供芯片和芯片制作技术
如果我们不创造出属于中国人自己的高性能芯片，有一天也许我们会面临“芯片荒”。
那么小小的芯片背后又藏有什么门道呢？为什么生产一张芯片会如此困难呢？
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芯片的全称叫大规模集成电路，顾名思义，就是把很多个复杂的电路全都集中在一块很小的“卡片”上。
并且这些电路凑在一起可以实现一种或多种功能。比如计算和存贮数据就是芯片最主要的两个功能。
那么如此复杂和精密的芯片又是怎样制作的呢？
芯片示意图
芯片的制作就像是中国的雕版印刷，先在一块模板上雕刻出想要的电路图案（这个模板叫做掩模）。然后再把掩模上的图案“印刷”到芯片的衬底上。
衬底就像是白纸，掩模是雕刻好的模板，而印刷的“墨水”则是一些导体、半导体或是绝缘材料。
雕版印刷术刻板过程
下面就让我们看看一个芯片具体是怎么做出来的吧。
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>>>>Step1：“雕刻”掩模
一个只有指尖大小的芯片往往集成了成千上万个电路。掩模作为芯片的模板，在它上面，一个图案的尺寸大约只有一根头发丝的千分之一那么小。
电子显微镜下的芯片
要想在掩模上雕刻出电路的图案一定要有一把极其尖锐、精准的“刀”才行，这把“刀”就是电子束。
电子就好比一颗又小又快的子弹，打在需要被雕刻的掩模上，无数个电子一同瞄准掩模的同一个位置，形成一束电子束，将需要被雕刻的地方打穿。最终在掩模上留下类似于“剪纸”的镂空图案。
掩模（类似生活中的“剪纸”）
>>>>Step2：材料的生长
我们之前提到过，芯片是由导体、半导体、绝缘材料组成的，那么怎么把这些材料“涂”在衬底表面呢？
首先我们要把需要的材料变成气体，然后把衬底放在一个完全密封且真空的空间中，再把我们之前准备好的气体通入这个密闭的空间。
当气体遇到衬底时，它就会像冬天结霜一样地凝结在衬底表面，最终在衬底表面形成一个完整的薄膜。这就是芯片最初的样子，这个过程叫做“气相沉积”或材料的生长。
通常芯片上不只有一种材料，只需要重复上面的步骤，就可以让不同的材料像三明治一样一层一层地铺在芯片上。
>>>>Step3：光刻
可能有的小朋友玩过“油水分离画”：先用油画棒在纸上画一个图案，然后把水彩随意地涂在画面上。
等水彩都晕染开时你会发现，任由水彩的涂抹，原来涂过油画棒的地方都被“保护”了起来，颜色、图案都没有改变，而其余没有被油画棒覆盖的部分就被水彩染了颜色。
油水分离画，被油画棒“保护”的部分不会被水彩染色
光刻恰恰用的就是这种原理。
科学家合成了一种神奇的物质叫“光刻胶”，当它一直在阴暗处时，很容易被溶解、冲刷掉；当它被光（紫外线）照射一段时间后，就会变得十分坚固，很难被溶解掉。
利用光刻胶的这种性质就可以把掩模上的图案“印刷”在芯片上。
光刻示意图
首先在生长完某种材料的芯片上均匀涂上一层光刻胶，烘干后把已经雕刻好镂空图案的掩模放在光刻胶上方，并用光（紫外线）照射。
光刻胶
掩模没有被雕刻的部分会把光线遮挡住，而雕刻过的部分可以让光线通过。一段时间后，冲洗光刻胶。
光刻胶的涂抹过程示意图
由于被光照射的光刻胶会变得难以溶解，这部分留在了芯片表面，而其他部分被冲洗掉了。于是掩模上面雕刻的图案就被转移到了光刻胶上。
实验室中的光刻机
那么可能有小伙伴会问：虽然光刻胶上面有了电路的图案，但是又怎么把这些图案转移到芯片上呢？这其实就用到了“油水分离画”的思路。
实验室中的光刻机（局部）
由于一部分芯片表面被光刻胶“保护”了起来，任凭我们怎么侵蚀，这部分芯片依然可以完好保留。但是那些没有被光刻胶覆盖的部分就很容易被侵蚀掉。
工业光刻机（比实验室用的光刻机性能更好，效率更高）
这时候我们只需要把整个芯片放到腐蚀液里面，没有被光刻胶保护起来的部分就会被腐蚀掉。于是光刻胶上的电路图案也转移到了芯片上，最后只需要把残留的光刻胶清洗掉即可。
光刻流程图
>>>>Step4：封装
按照上述步骤制作的芯片还只是一个半成品，我们还需要把它封装起来才能正常使用。就像是一个人除了有血有肉之外，还要有皮肤和毛发来保护我们不受外界的伤害。
以上介绍的芯片制作过程仅仅是最简单的一种，而且忽略了许多技术和工艺上的细节。可见要想制备一张芯片需要许多复杂的步骤和十分精巧的技术。
经过不懈地努力，中国终将造出属于我们自己的高性能芯片
对于一些更高性能的特种芯片还需要其他更高端的技术与工艺，未来我们还面临着很多有待解决的难题。但我们相信中国“芯”一定会强起来！
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