數論人生

數論是一門學科,也是我的人生。有人把酒論英雄,我用數字描天下。
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怎樣造芯片?

(2022-02-08 12:50:33) 下一個

當今惹不得的中共國人被一塊芯片卡住了脖子;不是因為他們不夠聰明,也不是因為他們沒有錢或資源,而是他們太過強橫。自以為東升西降,中共成了全宇宙的主宰,別人都是螻蟻般的存在;誰不迎合它的意誌,它便滅了誰。殊不知,是人都有不知道的事情,是鬼都有值得敬畏的神靈;唯有無知的流氓不需與他人共存。

為什麽台灣人(也是中華民族)造得出高端的芯片,韓國人也行?因為他們能買到ASML的光刻機。就這麽一台光刻機,可不隻是瑞典人的專利,它是美洲人,歐洲人,非洲人,亞洲人集體智慧的結晶,唯獨中共國人被排除在外,有錢也買不來。動武去搶搶看?人家毀了也不會留給你!這得招致了多大的怨恨啊?牆國內就沒有一個醒著的人。

那就自己造唄。可是,芯片工廠開了一大堆,個個都隻是為了騙錢。最可惡的要數陳進,把別人的芯片買來,叫民工磨掉印記,就成了自己的產品,騙了十幾億的資金。中共體製下的人,良心都是大大壞了的。這並不是因為被嵌製了思想自由(搞量子技術的潘建偉沒有受到任何思想限製吧?),可能是爾虞我詐的本性使然。可是,台積電的工程師投奔到了中共,為什麽也搞不出高端芯片了呢?待遇差?被坑了?還是一到中共治下,腦子就被嚇壞掉了?

芯片,又稱為集成電路,就是把具有某種存儲、運算功能的邏輯電路刻在一塊半導體上。半導體(如矽,碳)的性能介於導體與絕緣體之間,人們可以很好地控製電信號的流動。半導體是可以雙向導電的,是科學家們發現了二極管(具有陰陽兩幾或PN結)的單向導電性,人類才有了電控開關,從而可以用電流來表示信號。有電子二極管和晶體二極管之分,電子二極管現已很少見到,比較常見和常用的多是晶體二極管。二極管的電壓與電流不是線性關係;二極管的管壓降:矽二極管(不發光類型)正向管壓降0.7V,鍺管正向管壓降為0.3V,發光二極管正向管壓降會隨不同發光顏色而不同。主要有三種顏色,具體壓降參考值如下:紅色發光二極管的壓降為2.0--2.2V,黃色發光二極管的壓降為1.8—2.0V,綠色發光二極管的壓降為3.0—3.2V,正常發光時的額定電流約為20mA。還有三極管場效應管晶閘管等各種晶體管(transistor);它們具有檢波、整流、放大、開關、穩壓、信號調製等多種功能。與普通機械開關(如Relay、switch)不同,晶體管利用電信號來控製自身的開合,所以開關速度可以非常快,實驗室中的切換速度可達100GHz以上。

芯片製造的過程就如同用樂高蓋房子一樣,先有晶圓作為地基,再用氧化物一層層向上疊加,最高可達上百次疊加;每一次的疊加,都必須和前一次完美重疊,重疊誤差要求是1~2納米。然後是用光刻機通過光線把電路圖案“印刷”到晶圓上;可以理解為在晶圓表麵繪製半導體製造所需的平麵圖。光刻機以極高的加速度進行掃描曝光,在不到0.1秒的時間,又要急停並回頭往反方向掃描。ASML光刻機利用所謂的balance mass來吸收平衡晶圓平台所施加於機座的反作用力,使整座機台完全靜止,以達到完美的成像。

第二步是刻蝕與沉積。在晶圓上完成電路圖的光刻後,就要用刻蝕工藝來去除任何多餘的氧化膜且隻留下半導體電路圖。接下來是創建芯片內部的微型器件,即晶體管或存儲單元;我們需要不斷地沉積一層層的“薄膜”並通過刻蝕去除掉其中多餘的部分,另外還要添加一些材料將不同的器件分離開來。要形成多層的半導體結構,還需要先製造器件疊層:在晶圓表麵交替堆疊多層薄金屬(導電)膜和介電(絕緣)膜,之後再通過重複刻蝕工藝去除多餘部分並形成三維結構。

第三步是把晶體管等元件,用金屬材料連接起來,以實現電力與信號的發送與接收。用於半導體的金屬需要滿足以下條件:低電阻率,熱化學穩定性,高可靠性,低製造成本。互連工藝主要使用鋁和銅這兩種物質。互連工藝始於鋁沉積、光刻膠應用以及曝光與顯影,隨後通過刻蝕有選擇地去除任何多餘的金屬和光刻膠,然後才能進入氧化過程。之後再不斷重複光刻、刻蝕和沉積過程直至完成互連。最後是測試和封裝。

這些過程,人人都懂,隻是工藝的精細程度之別。電路圖案的精細度越高,成品芯片的集成度就越高,必須通過先進的光刻技術才能實現,刀刻、液刻、氣刻、聲刻,都太粗糙了。作為芯片生產過程中最關鍵設備的光刻機,有著極高的技術壁壘,有“半導體工業皇冠上的明珠”之稱,是全人類智慧的結晶。

1965年,摩爾定律誕生;Gordon E Moore(化學家)預測,未來一個芯片上的晶體管數量大約每18個月翻一倍。1968年7月,Robert Noyce(物理學家)和Gordon Moore 從Fairchild半導體公司辭職,創立了英特爾(Intel)公司,即集成電子設備(integrated electronics)的縮寫。1971年,英特爾發布了其第一個微處理器4004。4004規格為1/8英寸 x 1/16英寸,包含僅2000多個晶體管,采用英特爾10微米PMOS技術生產。2010年11月,NVIDIA發布全新的GF110核心,含30億個晶體管,采用先進的40納米工藝製造。2011年05月,英特爾成功開發世界首個3D晶體管,稱為tri-Gate。2016年,勞倫斯伯克利國家實驗室的一個團隊打破了物理極限,將現有的最精尖的晶體管製程從14nm縮減到了1nm,完成了計算技術界的一大突破。

還有不有更深刻的工具呢?量子行嗎?虛擬的弦行嗎?有誰能實現我的絲子想法?這可是控製電信號的終極辦法,比離子阱、電子阱還要精細一萬倍,還不需要十幾億!

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