|
在人类文明的发展史中，电脑无疑是一个划时代的发明，时至今日，电脑早已成为了我们必不可少的工具，而作为电脑的核心部件，现代CPU（中央处理器）的精密程度高得令人吃惊，仅仅是1平方毫米，就可以集成上亿个晶体管，堪称是人类科技的巅峰之作。
那人类制造CPU的原料是什么呢？答案就是沙子。下面我们就来揭秘一下，一堆沙子，是如何一步一步地变成人类科技的巅峰之作的。 第1步、硅元素的提纯：人类制造CPU的原料其实是沙子中含有的硅元素，正如我们所知，二氧化硅是沙子的主要成分，所以第一步就是通过高温还原、化学提纯等方法将硅元素从沙子中分离出来，并让其达到很高的纯度，以现代人类的科技，硅的纯度可以高达99.999999999%。
第2步、单晶硅锭的制作：将提纯后的硅置入耐高温容器中，然后通过加热令其转变成熔融状态，接着将一根细细的单晶硅棒放入其中，通过对温度的精准控制以及让单晶硅棒一点点地旋转上升，硅原子就会顺着单晶硅棒的原子排列不断结晶，并最终形成一种呈现为圆柱体的硅单晶晶体，这就被称为单晶硅锭。 第3步、对单晶硅锭的切割：这一步很好理解，就是利用特制的切割机将单晶硅锭切成薄片，这些薄片被称为晶圆，其厚度通常为1毫米左右，在切割完成之后，还需要对晶圆进行抛光和检验，以确定它们的表面不会出现瑕疵。
第4步、给晶圆涂上光刻胶：光刻胶是一种主要由感光树脂、增感剂和溶剂构成的光敏混合液体，受到短波光束的照射后，其溶解度会发生变化，在给晶圆涂光刻胶的过程中，通过对光刻胶的厚度以及固化程度进行精确的控制，就可以为后续的制作流程打好基础。 第5步、光刻：在涂好了光刻胶之后，将预先设计好的电路图案掩模置于晶圆上方，然后利用一种被称为光刻机的设备对其进行光束照射（通常是紫外线），在这个过程中，被掩模遮挡住的部分不会受到影响，只有露出来的部分才会受到光束的照射，于是晶圆上就“印”上了预先设计好的电路图案。
第6步、溶解：将完成光刻流程后的晶圆，置入一种被称为显影液的化学溶剂中，该溶剂呈强碱性，可以有效地溶解被光束照射过的光刻胶。 第7步、蚀刻：完成第6步之后，晶圆上就形成一种凹凸不平的结构，凹陷的就是被之前被光束照射过的部分，其表面已经没有了光刻胶，而凸起的部分仍然保留着光刻胶，这一步就是利用一种特殊的蚀刻液，对没有光刻胶保护的晶圆表面进行腐蚀，蚀刻完成后，再将晶圆上的所有光刻胶全部清除，晶圆上就形成了预先设计好的电路图案。 第8步、离子注入：重复第5步到第7步，目的是在晶圆上蚀刻出预先设计好的离子注入层，在此之后，利用一种被称为离子注入机的设备，将磷、硼等掺杂剂以高速离子的形式“打进”预定区域，进而形成相应的N型和P型晶体管，完成之后，再将所有光刻胶全部清除。
第9步、气相沉积：利用一种名为化学气相沉积器的设备，将特定的气态化合物（如硅氮化合物、硅氧化合物等）沉积在晶圆上，使之形成相应的保护层。 第10步、电镀：利用一种被称为电镀机的设备，让特定的金属（如铜、铝等）通过电流和电解液的作用在晶圆上形成相应的金属层，这种金属层可以充当电路的接触点和连接线，可以实现不同的晶体管之间的信号传输。 第11步、重复：现代CPU拥有由多层不同的结构和材料堆叠而成的复杂三维立体结构，这就需要将上述的第4步到第10步进行多次重复，每一次重复，都要在上一层的基础上添加新的电路和材料，这需要非常精准的操控才能保证所有电路的正确连接。
第12步、检测和分割：完成上述步骤之后，需要对晶圆上的结构进行检测，看看它们是否符合设计的性能指标，检测完成之后，就可以将对晶圆进行分割成若干块，其中每一块都可能成为一个CPU的内核，为什么要说“可能”呢？这是因为其中的一些有瑕疵的将会被丢弃。 第13步、封装：这一步就是将单个CPU内核与衬底、散热片等零部件一起封装在一个塑料或者金属的外壳之中，同时为其设置与其他设备连接的接口。 第14步、测试：每一个封装完毕的CPU，都需要对其功耗、最高频率、发热量等关键特性进行仔细测试，测试出来的结果将决定它们的等级高低，测试完成后，相同等级的CPU会被放在一起装运，而CPU的制作过程也到此结束。
以上就是沙子变成CPU这种堪称人类科技的巅峰之作的大致过程，需要指出的是，这看上去似乎只需要14步，但实际上，其中每一步都可以细分为若干道工序，以目前的情况来看，一颗高性能的CPU，往往需要上千道工序才能完成。 |
|
|
