從你口袋里的手機到將人類送入太空的電腦,幾乎所有現代電子設備的運轉都離不開小小的芯片。芯片也被稱為集成電路或IC,它實際上就是硅片上的一組電路。
芯片上的電路元件大多是晶體管這種元件的作用類似于微小的電子開關可以開啟或關閉電流。你可以在一塊芯片內裝入大量的晶體管,一個指甲蓋大小的芯片上就可能有數十億個晶體管。芯片本身是由硅制成的,而硅源自名為硅砂的原材料。硅砂是一種富含二氧化硅的沙子,從中可以提煉出純硅。把純硅熔化,讓液態硅結晶成圓柱形的晶棒,隨后將其橫切成片,就得到了晶圓。
接下來,讓晶圓表層的硅與氧氣反應,生成一層二氧化硅。之后給它涂上-種光敏化學物質,讓紫外線穿過一個帶有透光圖案的掩模版照射晶圓表面。暴露在紫外線下的光敏物質性質會發生變化,可以被顯影液洗掉,讓底下的二氧化硅暴露出來。再經過刻蝕,除去這部分二氧化硅晶圓上會留下一個三維的結構,其形狀和掩模版上的原始電路設計一樣。在這個結構上做出晶體管和布線,就得到了電路。一片晶圓上可以做出很多組完整的電路把它們切分出來就是單個芯片。
芯片主要分為兩種類型: 存儲信息的存儲芯片和充當電子設備大腦的邏輯芯片。2019 年,全球制造了超過 6340 億枚芯片,芯片行業產值達 4120 億歐元。而在過去三年里,新冠疫情影響了制造業,同時也讓外出活動減少的消費者對電子設備的需求激增,致使全世界都出現了芯片短缺的狀況。