数论人生

数论是一门学科,也是我的人生。有人把酒论英雄,我用数字描天下。
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怎样造芯片?

(2022-02-08 12:50:33) 下一个

当今惹不得的中共国人被一块芯片卡住了脖子;不是因为他们不够聪明,也不是因为他们没有钱或资源,而是他们太过强横。自以为东升西降,中共成了全宇宙的主宰,别人都是蝼蚁般的存在;谁不迎合它的意志,它便灭了谁。殊不知,是人都有不知道的事情,是鬼都有值得敬畏的神灵;唯有无知的流氓不需与他人共存。

为什么台湾人(也是中华民族)造得出高端的芯片,韩国人也行?因为他们能买到ASML的光刻机。就这么一台光刻机,可不只是瑞典人的专利,它是美洲人,欧洲人,非洲人,亚洲人集体智慧的结晶,唯独中共国人被排除在外,有钱也买不来。动武去抢抢看?人家毁了也不会留给你!这得招致了多大的怨恨啊?墙国内就没有一个醒着的人。

那就自己造呗。可是,芯片工厂开了一大堆,个个都只是为了骗钱。最可恶的要数陈进,把别人的芯片买来,叫民工磨掉印记,就成了自己的产品,骗了十几亿的资金。中共体制下的人,良心都是大大坏了的。这并不是因为被嵌制了思想自由(搞量子技术的潘建伟没有受到任何思想限制吧?),可能是尔虞我诈的本性使然。可是,台积电的工程师投奔到了中共,为什么也搞不出高端芯片了呢?待遇差?被坑了?还是一到中共治下,脑子就被吓坏掉了?

芯片,又称为集成电路,就是把具有某种存储、运算功能的逻辑电路刻在一块半导体上。半导体(如硅,碳)的性能介于导体与绝缘体之间,人们可以很好地控制电信号的流动。半导体是可以双向导电的,是科学家们发现了二极管(具有阴阳两几或PN结)的单向导电性,人类才有了电控开关,从而可以用电流来表示信号。有电子二极管和晶体二极管之分,电子二极管现已很少见到,比较常见和常用的多是晶体二极管。二极管的电压与电流不是线性关系;二极管的管压降:硅二极管(不发光类型)正向管压降0.7V,锗管正向管压降为0.3V,发光二极管正向管压降会随不同发光颜色而不同。主要有三种颜色,具体压降参考值如下:红色发光二极管的压降为2.0--2.2V,黄色发光二极管的压降为1.8—2.0V,绿色发光二极管的压降为3.0—3.2V,正常发光时的额定电流约为20mA。还有三极管场效应管晶闸管等各种晶体管(transistor);它们具有检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制等多种功能。与普通机械开关(如Relay、switch)不同,晶体管利用电信号来控制自身的开合,所以开关速度可以非常快,实验室中的切换速度可达100GHz以上。

芯片制造的过程就如同用乐高盖房子一样,先有晶圆作为地基,再用氧化物一层层向上叠加,最高可达上百次叠加;每一次的叠加,都必须和前一次完美重叠,重叠误差要求是1~2纳米。然后是用光刻机通过光线把电路图案“印刷”到晶圆上;可以理解为在晶圆表面绘制半导体制造所需的平面图。光刻机以极高的加速度进行扫描曝光,在不到0.1秒的时间,又要急停并回头往反方向扫描。ASML光刻机利用所谓的balance mass来吸收平衡晶圆平台所施加于机座的反作用力,使整座机台完全静止,以达到完美的成像。

第二步是刻蚀与沉积。在晶圆上完成电路图的光刻后,就要用刻蚀工艺来去除任何多余的氧化膜且只留下半导体电路图。接下来是创建芯片内部的微型器件,即晶体管或存储单元;我们需要不断地沉积一层层的“薄膜”并通过刻蚀去除掉其中多余的部分,另外还要添加一些材料将不同的器件分离开来。要形成多层的半导体结构,还需要先制造器件叠层:在晶圆表面交替堆叠多层薄金属(导电)膜和介电(绝缘)膜,之后再通过重复刻蚀工艺去除多余部分并形成三维结构。

第三步是把晶体管等元件,用金属材料连接起来,以实现电力与信号的发送与接收。用于半导体的金属需要满足以下条件:低电阻率,热化学稳定性,高可靠性,低制造成本。互连工艺主要使用铝和铜这两种物质。互连工艺始于铝沉积、光刻胶应用以及曝光与显影,随后通过刻蚀有选择地去除任何多余的金属和光刻胶,然后才能进入氧化过程。之后再不断重复光刻、刻蚀和沉积过程直至完成互连。最后是测试和封装。

这些过程,人人都懂,只是工艺的精细程度之别。电路图案的精细度越高,成品芯片的集成度就越高,必须通过先进的光刻技术才能实现,刀刻、液刻、气刻、声刻,都太粗糙了。作为芯片生产过程中最关键设备的光刻机,有着极高的技术壁垒,有“半导体工业皇冠上的明珠”之称,是全人类智慧的结晶。

1965年,摩尔定律诞生;Gordon E Moore(化学家)预测,未来一个芯片上的晶体管数量大约每18个月翻一倍。1968年7月,Robert Noyce(物理学家)和Gordon Moore 从Fairchild半导体公司辞职,创立了英特尔(Intel)公司,即集成电子设备(integrated electronics)的缩写。1971年,英特尔发布了其第一个微处理器4004。4004规格为1/8英寸 x 1/16英寸,包含仅2000多个晶体管,采用英特尔10微米PMOS技术生产。2010年11月,NVIDIA发布全新的GF110核心,含30亿个晶体管,采用先进的40纳米工艺制造。2011年05月,英特尔成功开发世界首个3D晶体管,称为tri-Gate。2016年,劳伦斯伯克利国家实验室的一个团队打破了物理极限,将现有的最精尖的晶体管制程从14nm缩减到了1nm,完成了计算技术界的一大突破。

还有不有更深刻的工具呢?量子行吗?虚拟的弦行吗?有谁能实现我的丝子想法?这可是控制电信号的终极办法,比离子阱、电子阱还要精细一万倍,还不需要十几亿!

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