自1979年改革開放以來，我國已經(jīng)持續(xù)高速發(fā)展了40多年，在40多年的時間里面，我們的國家發(fā)生了翻天覆地的變化，不管是哪個方面，由于在各個領(lǐng)域都取得很多突破，所以在這里就不一一列舉了，在這里就介紹一下一些重點領(lǐng)域所取得巨大成就。

說到我國取得輝煌成就，我們首先想到的是航天領(lǐng)域，這幾十年我國相繼實現(xiàn)了第一次載人航天、第一次天空行走、第一次月球探測、第一個國際空間站的建設(shè)，我國也從一個落后的航天弱國一躍成為世界上僅次于美俄的第三航天強國。

我國建設(shè)的天宮空間站

其次是軍事領(lǐng)域，改革開放讓我國的經(jīng)濟實力大增，強大的國防都是建立在堅實的經(jīng)濟基礎(chǔ)上的，由于擁有了充足的國防經(jīng)費，近10年來我國國防建設(shè)也取得巨大成就，國產(chǎn)002航母、055萬噸驅(qū)逐艦、075兩棲攻擊艦、殲-20、運-20、殲-15等一大批世界頂尖裝備獵裝部隊，為我國經(jīng)濟建設(shè)保駕護航。

芯片

最后再來說說科技領(lǐng)域，在科技領(lǐng)域，我國也凸顯了趕美超歐的跡象，第一顆量子衛(wèi)星、高鐵技術(shù)、人工智能技術(shù)、5G技術(shù)、超級計算機技術(shù)、人臉識別技術(shù)等都領(lǐng)先于世界，可以這么說國外有的我們基本都有了，國外沒有的我們也有，盡管這幾十年我們?nèi)〉煤艽蟮陌l(fā)展成就，但是依然不能驕傲自滿，因為在一些領(lǐng)域特別是核心領(lǐng)域，我們依然落后和受制于人，其中最典型的領(lǐng)域就是芯片領(lǐng)域，可能很多人都覺得，我國都可以制造導(dǎo)彈、核武器、宇宙飛船、大飛機等這些復(fù)雜而先進的大物件，卻搞不定一塊小小的芯片，讓人難以置信。

芯片由沙子制成的

其實不用懷疑，真實的情況是，芯片的復(fù)雜程度要比導(dǎo)彈、核武器、宇宙飛船等工業(yè)品要復(fù)雜幾十倍，如果說航空發(fā)動機被譽為現(xiàn)代工業(yè)的皇冠，那么芯片就是皇冠頂上的那顆明珠， 比皇冠本身要耀眼的多，如今我國已經(jīng)可以制造出具有世界先進的航空發(fā)動機，卻依然無法制造出具有世界先進水平的芯片，究其原因就是因為芯片的研制和制造實在太難了，那芯片的研發(fā)到底有多難？芯片是如何被制造出來的？

芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)放大圖

我們都知道芯片是通過一堆沙子變過來的，但是這里的“變”可沒有那么簡單，首先要把沙子在超高溫條件下提取純度非常高的硅晶體，據(jù)說硅晶體的純度必須達到99.9999%才能滿足要求，這是第一步，提取了數(shù)量足夠的硅晶體后，然后把這些硅晶體制造成硅錠，然后把硅錠切割成為硅片，硅片的厚度要求也很高，必須比蒼蠅的翅膀還要薄，行業(yè)把這些薄如蟬翼的硅片稱為硅晶圓，硅晶圓都制作好之后，就需要對它們進行光刻，而要想對這些很小的硅晶圓進行光刻， 就需要用到極為先進的光刻機，而光刻機是制造芯片最核心的技術(shù)之一，擁有更好的光刻機就可以制造納米級別更小的芯片，目前世界上最先進的光刻機是荷蘭ASML公司生產(chǎn)的紫外光刻機，這款光刻機可以制造出最小5納米級別的芯片，而如今荷蘭ASML公司正在研發(fā)2納米級別的光刻機，繼續(xù)領(lǐng)先世界。

荷蘭ASML公司生產(chǎn)的紫外光刻機

由于光刻機即使送你一臺都不能制造出來，所以它成為制造芯片最核心也是最重要的設(shè)備，我國曾經(jīng)向荷蘭ASML公司訂購一臺極紫外光刻機，不過由于種種原因至今沒有交付，有了好的光刻機之后，這個時候還沒有那么快可以生產(chǎn)出芯片，期間還要經(jīng)歷光刻、涂特殊膠水、制作成為掩模板等步驟，等這些步驟完成之后，通過一定的化學反應(yīng)才形成光刻電路紋理，然后再用特制的化學藥水進行蝕刻獲得電路凹槽，再把一些雜志粒子放進去通過高溫等條件形成導(dǎo)電要求，這些操作往往需要重復(fù)幾十次才能夠完成，只有完成這些才完成芯片制造的初步工作，接下來才能順利開展下去最終制造出芯片。

光刻機在制造芯片

芯片的制造需要用到大量最新的光學技術(shù)、材料技術(shù)、精密加工技術(shù)等先進技術(shù)，不然它也不可能被譽為工業(yè)皇冠上的明珠，作為最耀眼、最重要的人類科技發(fā)展結(jié)晶，芯片技術(shù)自然需要最新、最頂級的技術(shù)，由于芯片的復(fù)雜性特征，一枚小小的芯片里面包含有幾十億個晶體管，如果把芯片的內(nèi)部放大就像一座超級大城市，復(fù)雜程度超過我們的想象，這樣精巧的結(jié)構(gòu)設(shè)計讓人一度被認為是外星人技術(shù)。

國產(chǎn)芯片

總的來說，芯片設(shè)計和制造不復(fù)雜，復(fù)雜的是如何制造出體積更小、能耗更低、功率更強的芯片，而要想制造出這樣的芯片，最關(guān)鍵的就是擁有先進的光刻機，而光刻機正是我國還沒有掌握的技術(shù)，目前我國已經(jīng)成功量產(chǎn)14納米級別的芯片，但是國外的芯片制造水平已經(jīng)達到7納米甚至5納米了，還向著2納米的極限沖刺。所以在芯片領(lǐng)域我國還要努力，不過追上去只是時間問題，相信在不久將來，我國芯片一定可以趕上世界先進水平的。

一臺EUV光刻機就要10億元左右；

一個5nm制程芯片廠要100億美元左右；

造芯片能不難嗎？

很多人聽說過光刻機，總以為只要有EUV光刻機，中芯國際很快就能夠量產(chǎn)7nm制程芯片？

實際上，并非如此！

除了光刻機，還需要至少數(shù)十種高精尖半導(dǎo)體設(shè)備，譬如說：

等離子刻蝕機；

反應(yīng)離子刻蝕系統(tǒng)；

離子注入機；

單晶爐；

圓晶劃片機；

晶片減薄機；

氣相外延爐；

氧化爐（VDF）；

低壓化學氣相淀積系統(tǒng)；

等離子體增強化學氣相淀積系統(tǒng)；

磁控濺射臺；

化學機械研磨機；

引線鍵合機；

探針測試臺；

……

想要建設(shè)7nm制程芯片廠，沒有幾十億美元能搞定？

最近，臺積電官宣，有意于美國亞利桑那州建先進制程圓晶廠，預(yù)計投資120億美元，投產(chǎn)后可量產(chǎn)5nm制程芯片！

想要搞定5nm制程芯片廠，就要100億美元左右投資；

……

對于咱們國家來說，錢倒是最容易解決的，可芯片制造人才呢？

哪有這么容易培養(yǎng)出頂尖的芯片制造人才？

全球各國的頂尖半導(dǎo)體企業(yè)都在挖人，想要高價招募頂尖半導(dǎo)體人才，招人也難啊！

……

咱們大陸企業(yè)并非無法制造芯片，而是無法制造先進制程的芯片，譬如7nm制程芯片；

中芯國際已經(jīng)能夠代工14nm制程芯片了！

咱們必須要有信心，聚合咱們14億國人的力量，搞定先進制程芯片，只是時間問題！

再耐心等一等，5-20年，就差不多了！

……

以上僅為浩子哥個人淺見，歡迎批評指正；

喜歡的可以關(guān)注浩子哥，謝謝！

認同浩子哥看法的，請您點個贊再走，再次感謝！

首先需要光刻機，1.3億美金一臺，荷蘭的阿斯麥定制，如果想成為他的客戶，需要成為他的股東，否則你拿著錢也不賣給你。中國的中芯國際現(xiàn)在就是這種情況，國家和華為都投錢，但荷蘭就不賣給中芯。生產(chǎn)光刻機需要很多零器件，而這些零器件來自世界各個國家，是一整個生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈，不是一個國家想研發(fā)就研發(fā)出來的，再比如光刻膠，我們也一直沒有突破。所以芯片國產(chǎn)化這方面我們還有一段長的路要走。希望不要放棄！

芯片制造是一個生態(tài)鏈，從設(shè)計，材料到最后的流片，測封每一步的背后都有技術(shù)積淀和支撐，我國可以制造大部分的中低端芯片，唯有14nm以上的高端芯片做不了。這是一個十分燒錢的行業(yè)，這次確實得感謝特朗普，他的打壓讓國人警醒

一顆芯片的制造工藝非常復(fù)雜，一條生產(chǎn)線大約涉及50多個行業(yè)、2000-5000道工序。就拿代工廠來說，需要先將“砂子”提純成硅，再切成晶元，然后加工晶元。晶元加工廠包含前后兩道工藝，前道工藝分幾大模塊——光刻、薄膜、刻蝕、清洗、注入；后道工藝主要是封裝——互聯(lián)、打線、密封。其中，光刻是制造和設(shè)計的紐帶。

其中許多工藝都在獨立的工廠進行，而使用的設(shè)備也需要專門的設(shè)備廠制造；使用的材料包括幾百種特種氣體、液體、靶材，都需要專門的化工工業(yè)。另外，集成電路的生產(chǎn)都是在超凈間進行的，因此還需要排風和空氣凈化等系統(tǒng)。

有說法認為，集成電路是比航天還要高的高科技。業(yè)內(nèi)人士表示，這種說法也不無道理，“航天的可靠性估計也就4個9、5個9的樣子(X個9表示在軟件系統(tǒng)一年時間的使用過程中，系統(tǒng)可以正常使用時間與總時間之比)。現(xiàn)在硅晶圓材料的純度就要6個9以上。

但是即使這么難，造一顆芯片對于現(xiàn)在的中國也可以說是小菜一碟。難的是全部都用國產(chǎn)技術(shù)去造一顆頂級的高端芯片。芯片這個行業(yè)是極高技術(shù)含量和相當大規(guī)模的行業(yè)，現(xiàn)在每年銷售額兩三萬億人民幣，加上半個多世紀的發(fā)展和行業(yè)成長行業(yè)投入，不是短時間就跑到排第一位置上去的。中國需要時間。

感謝您的閱讀！

【是芯片制造難？還是光刻機難？我們?yōu)楹沃圃觳怀鲎约旱男酒�呢？為�?/p>

其實，我一直認為，芯片技術(shù)是一種綜合性的技術(shù)，而光刻機技術(shù)就像一把“尖刀”，刺在了我們心口，因此芯片是命，光刻機是命的防護。

但是，我國一方面因為光刻機技術(shù)的掣肘，對于我們而言，沒有光刻機，就好比時刻警惕這種芯片的危機。那么，芯片制造難不難？沒有光刻機行不行呢？

01芯片制造的難度，通過制造步驟就知道

我們知道如果一款芯片成型，并且進入到設(shè)備中，需要經(jīng)過四個步驟，它們分別是設(shè)計、制造、封裝、測試。而設(shè)計和制造可以說是芯片設(shè)計的精髓，如果說設(shè)計的話，我們熟知的高通，蘋果，華為實際上都是設(shè)計類的公司。

它們通過EDA軟件進行設(shè)計，必須和大家提到的是，這款軟件本身就是我們芯片設(shè)計領(lǐng)域的軟肋�，F(xiàn)在設(shè)計上，華為已經(jīng)能夠做到符合我們對于設(shè)計的需求，關(guān)鍵是在制造方面。

我們說說芯片制造的步驟，這樣你可能更容易知道芯片制造的難度。

第一步：我們需要的是將晶圓從沙子里提煉出來，提煉的單晶硅，做成了硅錠，再把硅錠加工切割成一個一個的圓片，這就叫晶圓。

第二步：這時候，我們通過在晶圓上涂抹一層光刻膠（通過紫外光照射可以固化，但是它又容易被水溶解）制約我們的又一個因素，這里需要提到的是：光刻膠，它主要來自于日本和美國，特別是高端光刻膠，并且涂膠顯影機只有日本有。

第三步：關(guān)系到光刻機領(lǐng)域。首先必須在晶圓上已經(jīng)涂抹了一層光刻膠，需要我們通過光刻機的特殊光源，將膠水固化，而且一定是按照之前設(shè)計好的線路圖。沒有它你的晶圓就不能夠固化線路圖。很遺憾的是，美國的光源，德國的鏡頭等等組成了ASML的光刻機。

第四步：蝕刻，我國的蝕刻技術(shù)已經(jīng)發(fā)展非常迅速了。我們需要溶解掉一些多余的涂層。剛才的光刻膠已經(jīng)固化，可是我們必須得知道部分不需要的涂層也存在了。

通過進入蝕刻，再溶解掉不需要的涂層，留下光刻的部分，并形成一道道的凹槽。需要將凹槽中注入其它離子元素，用以改變單晶硅的導(dǎo)電特性。

02芯片難度：一環(huán)扣一環(huán)

我們必須知道，芯片的步驟中，我們?nèi)狈Φ牟粌H僅是光刻機。甚至還包括設(shè)計領(lǐng)域的EDA設(shè)計軟件；制造端領(lǐng)域的：日本美國鉗制的光刻膠，日本的涂膠顯影機，荷蘭的光刻機，以及日本的離子注入機都是關(guān)鍵部位。

而核心的光刻機部分，在華為被美國新的政策影響下，甚至會讓我們光刻機技術(shù)頗受影響，如果沒有它，芯片就根本不能夠成型。

雖然，上海微電子已經(jīng)預(yù)計明年推出22nm工藝制程的光刻機，并且還有報道稱武漢光電國家研究甘棕松團隊采用二束激光在自研的光刻膠上突破了光束衍射極限的限制，采用遠場光學的辦法，光刻出最小9nm線寬的線段。但是，和目前的ASML的7nm EUV差異很大。

芯片難，光刻機難，但是我們確實需要打破束縛，走出一條不同的路，這條路難卻值得我們?nèi)コ�越�?/p>

中國目前造不出7納米芯片，有九十納米光刻機，可以造九十納米芯片，明年可以制造出22納米芯片，所以還有一段追趕時間。此外整個芯片產(chǎn)業(yè)鏈很長，全部國產(chǎn)要時間，華為被禁芯片后無芯片可用，中芯國際并沒有擁有整個產(chǎn)業(yè)鏈，并不能獨立制作出芯片，仍被卡脖子，無能為力

：在中國和“外國”這兩國的較量中，究竟哪一國更占上風？有說中國吊打外國，有說外國輕松把中國摁在地上摩擦，雙方都列舉了林林總總的例子，整得我們吃瓜群眾一臉懵逼。

當然，中間派肯定說兩國各有利弊，但這結(jié)論雖然正確卻沒啥營養(yǎng)。想要在中外兩國這個話題上顯得有見識，得先搞明白啥是技術(shù)？

來源：老和山下的小學僧

先通過一個視頻看一下芯片內(nèi)部構(gòu)造有多復(fù)雜——

核心技術(shù)，到底是個啥？

把技術(shù)分分類，第一類姑且叫“可山寨技術(shù)”，或者叫“純燒錢技術(shù)”，有人喜歡往左邊燒，有人喜歡往右邊燒，于是就燒出了不同的應(yīng)用技術(shù)。

這本質(zhì)上是用舊技術(shù)整合出新玩意兒，比如，美帝登月的土星五號，中國的跨海大橋，小胡子的鼠式坦克，甚至包括長城和埃及金字塔。

打個比方，這有點像吉尼斯紀錄：最長的頭發(fā)，最長的指甲，等等……這類東西，只要錢到位，擱誰都燒的出，關(guān)鍵看有沒有需求，所以這些也可以叫應(yīng)用技術(shù)。

比如上圖這種架橋機，幾個工業(yè)大國都能搞，但搞出來只能當玩具，只有中國搞出來才賺錢。

我國在經(jīng)濟發(fā)展起來之后，迸發(fā)出海量需求，推動各種燒錢的應(yīng)用技術(shù)井噴，賺了錢又可以孜孜不倦地完善各種細節(jié)，于是，可以不吹牛的說，中國的應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)和整個外國平起平坐。

第二類技術(shù)暫且叫“不可山寨技術(shù)”，或者叫“燒錢燒時間技術(shù)”，任何牛逼設(shè)備，你拼命往細拆，最終發(fā)現(xiàn)都是材料技術(shù)。

做材料和做菜差不多，番茄炒蛋的成分可以告訴你，但你做的菜就是沒我做的好吃，這就是核心技術(shù)。

除了生物醫(yī)學之外，核心技術(shù)說到底就是材料技術(shù)，看一串例子：

發(fā)動機，工業(yè)皇冠上的明珠，是我國最遭人詬病的短板。其核心技術(shù)說白了就是渦輪葉片不夠結(jié)實，油門踩狠了就得散架，無論是航天發(fā)動機、航空發(fā)動機、燃氣輪機，只要帶個“機”字，我們腰桿都有點軟。

材料技術(shù)除了燒錢、燒時間，有時還要點運氣。還是以發(fā)動機為例：金屬錸，這玩意兒和鎳混一混，做出的渦輪葉片吊炸天，錸的全球探明儲量大約2500噸，主要分布在歐美，70%用來做發(fā)動機渦輪葉片，這種戰(zhàn)略物資，妥妥被美帝禁運。

前幾年在陜西發(fā)現(xiàn)一個儲量176噸的錸礦，可把國人樂的，馬上拼了老命燒錢，這幾年苦逼生活才有了起色。

稀土永磁體，就是用稀土做的磁鐵，能一直保持磁性，用處大大的。高品位稀土礦大多分布在中國，所以和“磁”相關(guān)的技術(shù)，我們比美帝還能嘚瑟，比如核聚變、太空暗物質(zhì)探測等。

據(jù)說，我國前幾年也對美帝禁運，逼得美帝拿錸交換，外加陜西安徽刨出來的那點錸，J20的發(fā)動機才算有些眉目。

作為“工業(yè)之母”的高端機床，我們基本和男國足一個水平，只能仰望日本德國瑞士。

材料是最大的限制之一，比如，高速加工時，主軸和軸承摩擦產(chǎn)生熱變形，導(dǎo)致主軸抬升和傾斜，還有刀具磨損，等等，所以對加工精度要求極高的活，國人還是望“洋”興嘆。

光學晶體，我國的部分產(chǎn)品還能對美帝實施禁運，所以和光相關(guān)的技術(shù)都不弱，比如激光武器、量子通信。氣動外形，得益于錢學森那輩人的積淀，與之相關(guān)的技術(shù)也是杠杠的。

如果我們繼續(xù)羅列，就會發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用寬泛的基礎(chǔ)性材料，中國還是落后外國，應(yīng)用相對較窄的細分領(lǐng)域，中國逐漸領(lǐng)跑。

下面，重點來了！

這種關(guān)鍵核心材料，全球總共約130種，也就是說，只要你有了這130種材料，就可以組裝出世界上已有的任何設(shè)備，進而生產(chǎn)出已有的任何東西。

人類的核心科技，某種程度上說，指的就是這130種材料，其中32%國內(nèi)完全空白，52%依賴進口，在高端機床、火箭、大飛機、發(fā)動機等尖端領(lǐng)域比例更懸殊，零件雖然實現(xiàn)了國產(chǎn)，但生產(chǎn)零件的設(shè)備95%依賴進口。

這些可不是陳芝麻爛谷子的事情，而是工信部2018年7月發(fā)布的數(shù)據(jù)，還新鮮著呢。

核心材料技術(shù)，說一句“外國仍把中國摁在地上”，一點都不過分。這其實很容易理解，畢竟發(fā)家時間不長，而材料技術(shù)不但要燒錢，更要燒時間。

這里得強調(diào)一下，應(yīng)用技術(shù)并不比核心技術(shù)次要，它需要資金、需求和社會實際情況的結(jié)合，雖然外國有能力燒，但也許一輩子都沒機會燒。

這兒肯定有人抬杠了：人家只是不愿意燒，不然分分鐘秒殺你！呵呵，如果強行燒錢，后果參照老毛子。

磨嘰半天，該回正題了，半導(dǎo)體芯片之所以難，是因為它不但涉及海量燒錢的應(yīng)用技術(shù)，還有眾多燒錢燒時間的材料技術(shù)。為了便于大家理解，這話得從原理說起。

芯片原理和量子力學

很多人覺得量子力學只是一個數(shù)學游戲，沒有應(yīng)用價值，呵呵，下面咱給計算機芯片尋個祖宗，請看示范：

導(dǎo)體，咱能理解，絕緣體，咱也能理解，我們第一次被物理整懵的，怕是半導(dǎo)體了，所以先替各位的物理老師把這債還上。

原子組成固體時，會有很多相同的電子混到一起，但量子力學認為，2個相同電子沒法待在一個軌道上。

于是，為了讓這些電子不在一個軌道上打架，很多軌道就分裂成了好幾個軌道，這么多軌道擠在一起，不小心挨得近了，就變成了寬寬的大軌道。這種由很多細軌道擠在一起變成的寬軌道就叫能帶。

有些寬軌道擠滿了電子，電子就沒法移動，有些寬軌道空曠的很，電子就可自由移動。電子能移動，宏觀上表現(xiàn)為導(dǎo)電，反過來，電子動不了就不能導(dǎo)電。

好了，我們把事情說得簡單一點，不提“價帶、滿帶、禁帶、導(dǎo)帶”的概念，準備圈重點！

有些滿軌道和空軌道挨的太近，電子可以毫不費力從滿軌道跑到空軌道上，于是就能自由移動，這就是導(dǎo)體。一價金屬的導(dǎo)電原理稍有不同。

但很多時候兩條寬軌道之間是有空隙的，電子單靠自己是跨不過去的，也就不導(dǎo)電了。

但如果空隙的寬度在5ev之內(nèi)，給電子加個額外能量，也能跨到空軌道上，跨過去就能自由移動，也就是導(dǎo)電。

這種空隙寬度不超過5ev的固體，有時能導(dǎo)電有時不能導(dǎo)電，所以叫半導(dǎo)體。

如果空隙超過5ev，那基本就得歇菜，正常情況下電子是跨不過去的，這就是絕緣體。當然，如果是能量足夠大的話，別說5ev的空隙，50ev都照樣跑過去，比如高壓電擊穿空氣。

到這，由量子力學發(fā)展出的能帶理論就差不多成型了，能帶理論系統(tǒng)地解釋了導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體的本質(zhì)區(qū)別，即，取決于滿軌道和空軌道之間的間隙，學術(shù)點說，取決于價帶和導(dǎo)帶之間的禁帶寬度。

半導(dǎo)體離芯片原理還很遙遠，別急。

很明顯，像導(dǎo)體這種直男沒啥可折騰的，所以導(dǎo)線到了今天仍然是銅線，技術(shù)上沒有任何進展，絕緣體的命運也差不多。

半導(dǎo)體這種曖曖昧昧的性格最容易搞事情，所以與電子設(shè)備相關(guān)的產(chǎn)業(yè)基本都屬于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，如芯片、雷達。

下面有點燒腦細胞。

基于一些簡單的原因，科學家用硅作為半導(dǎo)體的基礎(chǔ)材料。硅的外層有4個電子，假設(shè)某個固體由100個硅原子組成，那么它的滿軌道就擠滿了400個電子。

這時，用10個硼原子取代其中10個硅原子，而硼這類三價元素外層只有3個電子，所以這塊固體的滿軌道就有了10個空位。這就相當于在擠滿人的公交車上騰出了幾個空位子，為電子的移動提供了條件。這叫P型半導(dǎo)體。

同理，如果用10個磷原子取代10個硅原子，磷這類五價元素外層有5個電子，因此滿軌道上反而又多出了10個電子。相當于擠滿人的公交車外面又掛了10個人，這些人非常容易脫離公交車。這叫N型半導(dǎo)體。

現(xiàn)在把PN這兩種半導(dǎo)體面對面放一起會咋樣？不用想也知道，N型那些額外的電子必然是跑到P型那些空位上去了，一直到電場平衡為止，這就是大名鼎鼎的“PN結(jié)”。(動圖來自《科學網(wǎng)》張云的博文)

這時候再加個正向的電壓，N型半導(dǎo)體那些額外的電子就會源源不斷跑到P型半導(dǎo)體的空位上，電子的移動就是電流，這時的PN結(jié)就是導(dǎo)電的。

如果加個反向的電壓呢？從P型半導(dǎo)體那里再抽電子到N型半導(dǎo)體，而N型早已掛滿了額外的電子，多出來的電子不斷增強電場，直至抵消外加的電壓，電子就不再繼續(xù)移動，此時PN結(jié)就是不導(dǎo)電的。

當然，實際上還是會有微弱的電子移動，但和正向電流相比可忽略不計。

如果你已經(jīng)被整暈了，沒關(guān)系，用大白話總結(jié)一下：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?/strong>

好了，我們現(xiàn)在已經(jīng)有了單向?qū)щ姷腜N結(jié)，然后呢？把PN結(jié)兩端接上導(dǎo)線，就是二極管：

有了二極管，隨手搭個電路：

三角形代表二極管，箭頭方向表示電流可通過的方向，AB是輸入端，F(xiàn)是輸出端。

如果A不加電壓，電流就會順著A那條線流出，F(xiàn)端就沒了電壓；如果AB同時加電壓，電流就會被堵在二極管的另一頭，F(xiàn)端也就有了電壓。

假設(shè)把有電壓看作1，沒電壓看作0，那么只有從AB端同時輸入1，F(xiàn)端才會輸出1，這就是“與門電路”，

同理，把電路改成這樣，那么只要AB有一個輸入1，F(xiàn)端就會輸出1，這叫“或門電路”：

現(xiàn)在有了這些基本的邏輯門電路，離芯片就不遠了。你可以設(shè)計出一種電路，它的功能是，把一串1和0，變成另一串1和0。

簡單舉個例子，給第二個和第四個輸入端加電壓，相當于輸出0101，經(jīng)過特定的電路，輸出端可以變成1010，即第一個和第三個輸出端有電壓。

我們來玩?zhèn)�稍微復(fù)雜一點的局：

左邊有8個輸入端，右邊有7個輸出端，每個輸出端對應(yīng)一個發(fā)光管。從左邊輸入一串信號：00000101，經(jīng)過中間一堆的電路，使得右邊輸出另一串信號：1011011。

1代表有電壓，0代表無電壓，有電壓就可以點亮對應(yīng)的發(fā)光管，即7個發(fā)光管點亮了5個，于是，就得到了一個數(shù)字“5”，如上圖所示。

終于，我們已經(jīng)搞定了數(shù)字是如何顯示的！

如果你想進行1+1的加法運算，其電路的復(fù)雜程度就已經(jīng)超過了99%的人的智商了，即便本僧親自出手，設(shè)計電路的運算能力也抵不過一副算盤。

直到有一天，有人用18000只電子管，6000個開關(guān)，7000只電阻，10000只電容，50萬條線組成了一個超級復(fù)雜的電路，誕生了人類第一臺計算機，重達30噸，運算能力5000次/秒，還不及現(xiàn)在手持計算器的十分之一。

不知道當時的工程師為了安裝這堆電路，腦子抽筋了多少回。

接下來的思路就簡單了，如何把這30噸東西，集成到指甲那么大的地方上呢？這就是芯片。

芯片制造與中國技術(shù)

為了把30噸的運算電路縮小，工程師們把多余的東西全扔了，直接在硅片上制作PN結(jié)和電路。下面從硅片出發(fā)，說說芯片的制作過程和中國所處的水平。

第一：硅

把這玩意兒氯化了再蒸餾，可以得到純度很高的硅，切成片就是我們想要的硅片。硅的評判指標就是純度，你想想，如果硅里有一堆雜質(zhì)，那電子就別想在滿軌道和空軌道之間跑順暢。

太陽能級高純硅要求99.9999%，這玩意兒全世界超過一半是中國產(chǎn)的，早被玩成了白菜價。

芯片用的電子級高純硅要求99.999999999%(別數(shù)了，11個9)，幾乎全賴進口，直到2018年江蘇的鑫華公司才實現(xiàn)量產(chǎn)，目前年產(chǎn)0.5萬噸，而中國一年進口15萬噸。

難得的是，鑫華的高純硅出口到了半導(dǎo)體強國韓國，品質(zhì)應(yīng)該還不錯。不過，30%的制造設(shè)備還得進口……

高純硅的傳統(tǒng)霸主依然是德國Wacker和美國Hemlock(美日合資)，中國任重而道遠。

第二：晶圓

硅提純時需要旋轉(zhuǎn)，成品就長這樣：

所以切片后的硅片也是圓的，因此就叫“晶圓”。這詞是不是已經(jīng)有點耳熟了？

切好之后，就要在晶圓上把成千上萬的電路裝起來的，干這活的就叫“晶圓廠”。各位拍腦袋想想，以目前人類的技術(shù)，怎樣才能完成這種操作？

用原子操縱術(shù)？想多了，朋友！等你練成御劍飛行的時候，人類還不見得能操縱一個一個原子組成各種器件。晶圓加工的過程有點繁瑣。

首先在晶圓上涂一層感光材料，這材料見光就融化，那光從哪里來？光刻機，可以用非常精準的光線，在感光材料上刻出圖案，讓底下的晶圓裸露出來。

然后，用等離子體這類東西沖刷，裸露的晶圓就會被刻出很多溝槽，這套設(shè)備就叫刻蝕機。在溝槽里摻入磷元素，就得到了一堆N型半導(dǎo)體。

完成之后，清洗干凈，重新涂上感光材料，用光刻機刻圖，用刻蝕機刻溝槽，再撒上硼，就有了P型半導(dǎo)體。

實際過程更加繁瑣，大致原理就是這么回事。有點像3D打印，把導(dǎo)線和其他器件一點點一層層裝進去。

這塊晶圓上的小方塊就是芯片。芯片放大了看就是成堆成堆的電路，這些電路并不比那臺30噸計算機的電路高明，最底層都是簡單的門電路。

只是采用了更多的器件，組成了更龐大的電路，運算性能自然就提高了。

據(jù)說這就是一個與非門電路：

提個問題：為啥不把芯片做的更大一點呢？這樣不就可以安裝更多電路了嗎？性能不就趕上外國了嘛？

這個問題很有意思，答案出奇簡單：錢！

一塊300mm直徑的晶圓，16nm工藝可以做出100塊芯片，10nm工藝可以做出210塊芯片，于是價格就便宜了一半，在市場上就能死死摁住競爭對手，賺了錢又可以做更多研發(fā)，差距就這么拉開了。

說個題外話，中國軍用芯片基本實現(xiàn)了自給自足，因為咱不計較錢嘛！可以把芯片做的大大的。

另外，越大的硅片遇到雜質(zhì)的概率越大，所以芯片越大良品率越低。總的來說，大芯片的成本遠遠高于小芯片，不過對軍方來說，這都不叫事兒。

可別把“龍芯”和“漢芯”混為一談

第三：設(shè)計與制造

視頻了解CPU是如何生產(chǎn)的——

用數(shù)以億計的器件組成如此龐大的電路，想想就頭皮發(fā)麻，所以芯片的設(shè)計異常重要，重要到了和材料技術(shù)相提并論的地步。

一個路口紅綠燈設(shè)置不合理，就可能導(dǎo)致大片堵車。電子在芯片上跑來跑去，稍微有個PN結(jié)出問題，電子同樣會堵車。

這種精巧的線路設(shè)計，只有一種辦法可以檢驗，那就是：用！大量大量的用！

現(xiàn)在知道芯片成本的重要性了吧，因為你不會多花錢去買一臺性能相同的電腦，而芯片企業(yè)沒了市場份額，很容易陷入惡性循環(huán)。

正因為如此，芯片設(shè)計不光要燒錢，也需要時間沉淀，屬于“燒錢燒時間”的核心技術(shù)。

既然是核心技術(shù)，自然就會發(fā)展出獨立的公司，所以芯片公司有三類：設(shè)計制造都做、只做設(shè)計、只做制造。

半導(dǎo)體是臺灣少有的仍領(lǐng)先大陸的技術(shù)了，基于兩岸實質(zhì)上的分治狀態(tài)，所以中國大陸和臺灣暫且分開表述。

早期的設(shè)計制造都是一塊兒做的，最有名的：美國英特爾、韓國三星、日本東芝、意大利法國的意法半導(dǎo)體；中國大陸的：華潤微電子、士蘭微；中國臺灣的：旺宏電子等。

外國、臺灣、大陸三方，最落后的就是大陸，產(chǎn)品多集中在家電遙控器之類的低端領(lǐng)域，手機、電腦這些高端芯片幾乎空白！

后來隨著芯片越來越復(fù)雜，設(shè)計與制造就分開了，有些公司只設(shè)計，成了純粹的芯片設(shè)計公司。如，美國的高通、博通、AMD，中國臺灣的聯(lián)發(fā)科，大陸的華為海思、展訊等。

挨個點評幾句。

大名鼎鼎的高通就不多說了，世界上一半手機裝的是高通芯片；

博通是蘋果手機的芯片供應(yīng)商，手機芯片排第二毫無懸念；

AMD和英特爾基本把電腦芯片包場了。

臺灣聯(lián)發(fā)科走的中低端路線，手機芯片的市場份額排第三，很多國產(chǎn)手機都用，比如小米、OPPO、魅族。不過最近被高通干的有點慘，銷量連連下跌。

華為海思是最爭氣的，大家肯定看過很多故事了，不展開。除了通信芯片，海思也做手機用的麒麟芯片，市場份額隨著華為手機的增長排進了前五。個人切身體會，海思芯片的進步真的相當不錯。

展訊是清華大學的校辦企業(yè)，比較早的大陸芯片企業(yè)，畢竟不能被人剃光頭吧，硬著頭皮上，走的是低端路線。前段時間傳出了不少危機，后來又說是變革的開始，過的很不容易，和世界巨頭相差甚多。

大陸還有一批芯片設(shè)計企業(yè)，晨星半導(dǎo)體、聯(lián)詠科技、瑞昱半導(dǎo)體等，都是臺灣老大哥的子公司，產(chǎn)品應(yīng)用于電視、便攜式電子產(chǎn)品等領(lǐng)域，還挺滋潤。

還有一類只制造、不設(shè)計的晶圓代工廠，這必須得先說臺灣的臺積電。正是臺積電的出現(xiàn)，才把芯片的設(shè)計和制造分開了。

2017年臺積電包下了全世界晶圓代工業(yè)務(wù)的56%，規(guī)模和技術(shù)均列全球第一，市值甚至超過了英特爾，成為全球第一半導(dǎo)體企業(yè)。

晶圓代工廠又是臺灣的天下，除了臺積電這個巨無霸，臺灣還有聯(lián)華電子、力晶半導(dǎo)體等等，連美國韓國都得靠邊站。

大陸最大的代工廠是中芯國際，還有上海華力微電子也還不錯，但技術(shù)和規(guī)模都遠不及臺灣。

不過受制于臺灣詭譎的社會現(xiàn)狀，臺積電開始布局大陸，落戶南京。這幾年臺資、外企瘋狂在大陸建晶圓代工廠，這架勢和當年合資汽車有的一拼。

大陸的中芯國際具備28nm工藝，14nm的生產(chǎn)線也在路上，可惜還沒盈利。大家還是愿意把這活交給臺積電，臺積電幾乎拿下了全球70%的28nm以下代工業(yè)務(wù)。

美國、韓國、臺灣已具備10nm的加工能力，最近幾個月臺積電剛剛上線了7nm工藝，穩(wěn)穩(wěn)壓過三星，首批客戶就是華為的麒麟980芯片。

這倆哥們兒早就是老搭檔了，華為設(shè)計芯片，臺積電加工芯片。

說真的，如果大陸能整合臺灣的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，并利用靈活的政策和龐大的市場促進其進一步升級，我們追趕美帝的步伐至少輕松一半。

第四：核心設(shè)備

芯片良品率取決于晶圓廠整體水平，但加工精度完全取決于核心設(shè)備，就是前面提到的“光刻機”。

光刻機，荷蘭阿斯麥公司(ASML)橫掃天下！不好意思，產(chǎn)量還不高，你們慢慢等著吧！

無論是臺積電、三星，還是英特爾，誰先買到阿斯麥的光刻機，誰就能率先具備7nm工藝。沒辦法，就是這么強大！

日本的尼康和佳能也做光刻機，但技術(shù)遠不如阿斯麥，這幾年被阿斯麥打得找不到北，只能在低端市場搶份額。

阿斯麥是唯一的高端光刻機生產(chǎn)商，每臺售價至少1億美金，2017年只生產(chǎn)了12臺，2018年預(yù)計能產(chǎn)24臺，這些都已經(jīng)被臺積電三星英特爾搶完了。

2019年預(yù)測有40臺，其中一臺是給咱們的中芯國際。

既然這么重要，咱不能多出點錢嗎？

第一：英特爾有阿斯麥15%的股份，臺積電有5%，三星有3%，有些時候吧，錢不是萬能的。

第二，美帝整了個《瓦森納協(xié)定》，敏感技術(shù)不能賣。

有意思的是，2009年上海微電子的90納米光刻機研制成功(核心部件進口)，2010年美帝允許90nm以上設(shè)備銷售給中國。

后來，中國開始攻關(guān)65nm光刻機，2015年美帝允許65nm以上設(shè)備銷售給中國，再后來美帝開始管不住小弟了，中芯國際才有機會去撿漏一臺高端機。

不過咱也不用氣餒，咱隨便一家房地產(chǎn)公司，銷售額輕松秒殺阿斯麥，哦耶！

重要性僅次于光刻機的刻蝕機，中國的狀況要好很多，16nm刻蝕機已經(jīng)量產(chǎn)運行，7-10nm刻蝕機也在路上了，所以美帝很貼心的解除了對中國刻蝕機的封鎖。

在晶圓上注入硼磷等元素要用到“離子注入機”，2017年8月終于有了第一臺國產(chǎn)商用機，水平先不提了。離子注入機70%的市場份額是美國應(yīng)用材料公司的。

涂感光材料得用“涂膠顯影機”，日本東京電子公司拿走了90%的市場份額。即便是光刻膠這些輔助材料，也幾乎被日本信越、美國陶氏等壟斷。

2015年至2020年，國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)計劃投資650億美元，其中設(shè)備投資500億美元，再其中480億美元用于購買進口設(shè)備。

算下來，這幾年中國年均投入130億，而英特爾一家公司的研發(fā)投入就超過130億美元。

論半導(dǎo)體設(shè)備，中國，任無比重、道無比遠��！

第五：封測

芯片做好后，得從晶圓上切下來，接上導(dǎo)線，裝上外殼，順便還得測試，這就叫封測。

封測又又又是臺灣的天下，排名世界第一的日月光，后面還跟著一堆實力不俗的小弟：矽品、力成、南茂、欣邦、京元電子。

大陸的三大封測巨頭，長電科技、華天科技、通富微電，混的都還不錯，畢竟只是芯片產(chǎn)業(yè)的末端，技術(shù)含量不高。

（按：最新的消息，紫光29.18億臺幣入股第一封裝大廠日月光：占股30％）

說說我們的中國芯

說起中國芯片，不得不提“漢芯事件”。2003年上海交通大學微電子學院院長陳進教授從美國買回芯片，磨掉原有標記，作為自主研發(fā)成果，騙取無數(shù)資金和榮譽，消耗大量社會資源，影響之惡劣可謂空前！以致于很長一段時間，科研圈談芯色變，嚴重干擾了芯片行業(yè)的正常發(fā)展。

硅原料、芯片設(shè)計、晶圓加工、封測，以及相關(guān)的半導(dǎo)體設(shè)備，絕大部分領(lǐng)域中國還是處于“任重而道遠”的狀態(tài)。

那這種懵逼狀態(tài)還得持續(xù)多久呢？根據(jù)“燒錢燒時間”理論，掐指算算，大約是2030年吧！

國務(wù)院印發(fā)的《集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展綱要》明確提出，2030年集成電路產(chǎn)業(yè)鏈主要環(huán)節(jié)達到國際先進水平，一批企業(yè)進入國際第一梯隊，產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)跨越式發(fā)展。

當前，中國芯片的總體水平差不多處在剛剛實現(xiàn)零突破的階段，雖然市場份額微乎其微，但每個領(lǐng)域都參了一腳，前景還是可期待的。

芯片的極限在哪里

文末，習慣性抱怨一下人類科技的幼稚。

芯片，作為大伙削尖腦袋能達到的最高科技水準，其基礎(chǔ)的能帶理論竟然只是個近似理論，電子的行為仍然沒法精確計算。

再往大了說，別看現(xiàn)在的技術(shù)紛繁復(fù)雜，其實就是玩玩電子而已，至于其他幾百種粒子，還完全不知道怎么玩！

芯片加工精度已經(jīng)到了7nm，雖然三星吹牛說要燒到3nm，可那又如何？

你還能繼續(xù)燒嗎？1nm差不多就是幾個原子而已，量子效應(yīng)非常顯著，近似理論就不好使了，電子的行為更加難以預(yù)測，半導(dǎo)體行業(yè)就得在這兒歇菜。

燒錢也好，燒時間也罷，燒到盡頭就是理論物理�；�礎(chǔ)科學除了燒錢燒時間，還得燒人，燒的異常慘烈，100個高智商，99個都是墊腳石！

工程師可以半道出家，但物理學家必須科班出身，基礎(chǔ)科學在中國被忽視了五千多年，如今每年填報熱度還不如耍戲的。

不能光折騰電子了，為了把中微子也用起來，咱趕緊忽悠，哎，不對，是呼吁更多孩子學基礎(chǔ)科學吧！

工業(yè)沉淀我們從改革開放才逐步放開，而西方國家已經(jīng)工業(yè)革命1百多年，我們用四十年走完其一兩百年才走完的工業(yè)革命，實屬奇跡，從無到有，從有到強，都需要時間沉淀，芯片行業(yè)是一個集成度較高產(chǎn)業(yè)，人才，設(shè)備，技術(shù)，資金等.現(xiàn)在國內(nèi)比較缺設(shè)備，荷蘭光刻機對大陸限制出口，不過這一困境正在改變，荷蘭準每在無錫設(shè)立基地，相信在不久的未來設(shè)備改善后，資金的注入，人才的加盟，中國一定能制造出高端芯片 一定會有類似于國際高端芯片的中國企業(yè)引領(lǐng)科技潮流

屆時家電，機械，電工，電氣，航天，化工等都有一顆中國芯.

微電子研究生在讀，希望我的回答對你和看到的朋友有幫助！

造一顆芯片有多難？

芯片是從沙子開始的，從沙子到芯片要經(jīng)歷6000道工序，沙子到硅晶圓要經(jīng)歷5000道工序，硅晶圓到芯片中的工序，其中跟光刻機相關(guān)的有100多道工序，光刻工藝是半導(dǎo)體制程中的核心工藝，也是尖端制造水平的代表。造一顆芯片，尤其是高端芯片，那是要在比頭發(fā)絲還要小10000倍的晶圓上刻出器件，就拿麒麟990 5G來說，小小的芯片上面集成了100多億個晶體管，這樣的技術(shù)有多難，能夠想象得到吧？

中國為什么造不出自己的高端芯片？

其實中國可以造出自己的芯片，如果純用國產(chǎn)的設(shè)備造出的芯片不算是太高端，什么叫不太高端，就是相對集成的晶體管沒有那么多，都是相對比較大的尺寸！上面我們也說了光刻工藝是頂尖制造水平的代表！

那我先介紹一下光刻機的重要性！

像我們做的一些簡單的器件，要經(jīng)歷多道工序，對于晶圓，首先涂上光刻膠，然后勻膠處理，再利用光刻機進行曝光，可以利用無掩膜和有掩膜的光刻機，如果用的是正膠，進行光刻曝光后可以將曝光的光刻膠用顯影液洗掉，如果是負膠，曝光的地方不會被洗掉，留下的就是我們想要進行制作的器件圖形，這一階段說白了就是“做圖紙”，這個過程就是保留下我們想要的器件圖形，不會對晶圓造成損壞，接下來要做的刻蝕就要沿著這個圖紙進行操作，還要鍍金屬等一些操作，這些刻蝕，鍍金屬操作都要先進行光刻操作，所以光刻機在制造芯片中起到什么作用，我相信看到的朋友心里都會有數(shù)。沒有光刻機，這個“圖紙”就做不出來，所以就成了卡脖子的核心設(shè)備！

這一個卡脖子的設(shè)備，目前國內(nèi)做的最好的企業(yè)是上海微電子設(shè)備，據(jù)說28nm的光刻機在2021到2022年能夠出貨，經(jīng)過過次曝光能夠制造11nm工藝制程的芯片，如果真的能夠?qū)崿F(xiàn)，這種突破是很大的，可以說是能夠比肩佳能和尼康，在卡脖子的核心設(shè)備光刻機上能夠向前邁進一大步！