第四十七章 這次真解決了(第1/5 頁)
晶片產業,典型的贏者通吃。
別的產業還可以先發展低端產品,透過技術積累慢慢到達先進行列。
但晶片產業不可以。
要理解這個問題,就要理解晶片是如何製造出來的。
眾所周知,元素原子的結合方式有兩種:離子鍵和共價鍵。
除了氫和氦,其它元素原子最外層達到8電子時就成為了最穩定的狀態。
離子鍵透過不同元素原子得失電子達到穩定狀態,共價鍵透過公用電子對的方式達到穩定狀態。
如果元素的最外層電子容易失去電子,宏觀上就表現為導電性。
碳族元素的最外層是四個電子,既不容易失去電子,也不容易得到電子。
隨著電子層數的增加,原子核對最外層電子的控制力越弱,越容易失去電子。
矽元素因為特定的核外電子數和適合的電子層數,成為最好的半導體材料。
有了材料,接下來就是將它製造為晶片。
以最常見也最簡單的電子元件——二極體舉例來說。
將一塊矽單質,一邊注入硼元素,另一邊注入磷元素。在特殊光線照射下,硼磷與矽強行形成共價鍵。
硼最外層三個電子,與矽最外層四個電子中的三個形成共用電子對,多出來一個矽的電子,最外層是七個電子。
磷最外層五個電子,與矽最外層四個電子形成共用電子對,多出來一個磷的電子,最外層是九個電子。
因為最外層8個電子是穩定態,那這個磷的電子肯定就想往硼這邊兒跑。
但中間的矽單質是半導體,電子不會自發運動。
這時候如果施加從硼到磷方向的電壓,多的那個磷電子就跑到硼這邊以達到穩定態。
電子運動,電路導通。
如果電壓方向相反,這個元件就是完全的絕緣體。
有了二極體,就可以透過二極體電路通斷進行基礎的訊號區分。
將導通記為1,未導通記為0。
當前計算機唯一認識的語言誕生。
有了二極體,就可以設計邏輯元件,比如與門,非門,或門,與非門等等閘電路。
將這樣簡單的邏輯元件透過成千上萬的組合排列後,就可以實現非常複雜的計算。
這也就是早期電腦體積龐大的原因,如今都集中在一張小小的晶片上。
一張指甲蓋大小的晶片上可能有數以億計電路所需的電晶體、二極體、電阻、電容和電感等元件及佈線。
我們稱之為積體電路。
要製作這樣的大規模積體電路,所有工作都要在微米甚至是奈米級別展開。
精度高就必須保證生產工廠無菌、無塵、無振動,一點點誤差就會有差之毫釐失之千里的情況出現。
除此之外,還需用到前面提到過的光刻機,一臺光刻機和一臺波音737的價格差不多。
造小的東西,核心思想是放大,但因為晶片已經小到奈米級別,傳統的機械放大方法就不適用了。
於是啟用了光,光該如何放大呢?
很簡單,投影。
先做一個放大透光的模子,把想要的形狀印在模子上,光透過模子照射在矽片上,這樣就能製造小尺寸了。
接下來就可以生產出晶片了嗎?
其實沒有那麼簡單,還有幾個問題需要解決。
第一,製造出波長更短的光。光的波長越短,能生產的尺寸越小。
第二,實時檢查錯誤和干擾的能力。一個奈米級別的錯誤,就會使整個生產批次的晶片報廢。
第三,配套工業。模子(掩膜)的製造,廠房建造,電