5月15日,美国商务部门发布了一条极富针对性的禁售条例,具体内容是“凡是使用美国软硬件技术或者是半导体生产制造设备的厂商,在和华为进行商务合作之前都必须获得美国的许可,缓冲期为120天。”
此消息一出,仿佛向华为打出了一张兵粮寸断。好汉难为无米之炊,这使得华为各种设备所需的高端芯片,有可能面对断供的
风险。
而同样难受的还有全球最大的芯片代工企业台积电。由于台积电的软硬件都有美国技术的支持,所以也在这条禁令限制的范围之内。要知道,华为每年的订单占到台积电营收总额的20%左右。
有的小伙伴也许会疑惑,华为的麒麟芯片不是自主研发的吗,为什么还会受制于人呢?
其实,华为的高端芯片只是自主设计,但却不能自主生产,芯片的生产加工是极端的技术密集型产业,想在短时间内建立起一条完整的芯片制造产业链,实在是难如登天呀。
那么一枚小小的芯片,究竟是如何生产出来的呢?这其中的哪些技术,又属于美国禁令当中的使用了美国软硬件的制造设备呢?我们为什么不能自主生产高端芯片呢?
首先我们来了解一下芯片的制造过程。一颗芯片要在不足指甲盖大小的空间里,包含20亿个晶体管结构,其内部犹如一座超级城市,线路错综复杂、气势恢宏。
如此精妙绝伦的设计是如何制造出来的呢?制造芯片最基础的材料就是沙子,其主要成分是二氧化硅。首先通过在高温下的还原反应,从氧化物中提炼出高纯度的硅晶体,并制成硅锭。再切割成薄脆的圆盘形状,这就是晶圆,也是制造芯片的胚胎。
下一步就是光刻了。首先在晶圆上敷涂一种特殊的光刻胶,再将客户设计完成的,包含数10亿个电路元件的芯片蓝图,制作成掩膜。掩膜可以理解为一种特殊的投影底片,其中包含了芯片设计的蓝图。
下一步就要将蓝图转印到晶圆上。性能越强悍的芯片,就需要在更小的晶片范围内,放进更多的电子元件,因此也对投影的分辨率有更高的要求。这就好比是要画出更加精细的图纸,就需要更细的笔尖一样。投影光源的波长越短,所能投射出画面的精度就越高。所以光刻机的光源波长不断的追求更短、更精密。目前只有最先进的EUV光刻机,才能完成各家顶级的七纳米和五纳米的芯片制造,而台积电便是其中的佼佼者。
通常在一片晶圆上可以印刷成百上千个晶片,整个投影过程类似于我们初中所学的凸透镜成像原理。利用极紫外光,将芯片的蓝图投影到晶圆的光刻胶膜上,光刻胶膜发生光化学反应,被光照的地方变得可溶于水,经过显影清洗后,便留下了光刻的芯片电路。
再利用特制的化学药水进行蚀刻,从而得到各种纵横交错的电路沟槽。再通过注入对应的杂质离子,在高温下扩散,直至满足设计所需的导电性能,然后再将上述一系列流程重复20至50遍,使得晶片有更加复杂的三维结构。最后再通过金属镀膜技术,将各层原件之间相互导通。
最后送往晶圆测试部门,在这里将对晶圆的制造工艺以及预期的性能进行测试,在测试无误后切割封装交付客户使用。那些不合格的晶片将作为电子垃圾而丢弃。
通过以上介绍我们不难发现,整个芯片的制造过程需要大量精致的光学技术、材料技术以及精密的加工技术,任何一个流程的疏漏都无法完成芯片的制造。而其中的高精度光刻机,更是整个半导体产业的命门之所在。
目前最先进的光刻机,是由荷兰的ASML公司制造的,该公司生产的EUV极紫外光刻机更是一骑绝尘。
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