中国芯片技术现状以及展望
首先,中国技术到底现在在世界上是什么情况呢?例如高铁巨型装备设备,10万吨的锻压机,造桥速度,基建狂魔。其实例如基建,装备,高铁这些基本上可以归为应用技术,可以和欧美平起平坐了。应用技术就是我们在欧美基础科学原创科学的基础上搭建的。比如高铁,我们能组装造出来,但是发动机呢?轮子我们能*自己造出来吗?答案是否定的。
因为制造高铁发动机,zui核心的东西不是发动机的构造,而是发动机的材料,怎么样才能长时间耐高温,稳定,高功率不会爆炸出事故。
除了生物医学之外,核心技术说到底就是材料技术。看一串例子:发动机,工业*冠上的明珠,是我们zui遭人诟病的短板。其核心技术说白了就是涡轮叶片不够结实,油门踩狠了就得散架,无论是航天发动机、航空发动机、燃气轮机,只要带个“机”字,我们腰杆都有点软。材料技术除了烧钱、烧时间,有时还要点运气。还是以发动机为例:金属铼,和镍混一混,做出的涡轮叶片zui优,铼的探明储量大约2500吨,主要分布在欧美,70%用来做发动机涡轮叶片,这种战略物资,妥妥被美国禁运。前几年在陕西发现一个储量176吨的铼矿,这几年艰苦生活才有了起色。
芯片也是如此,我们研发的时间太短,各方面都是基础部分差的太远。
那么我们从造芯片的几个部分开始一一说起:
一、硅
将其氯化了再蒸馏,可以得到纯度很高的硅,切成片就是硅片。硅的评判指标就是纯度,如果硅里有一堆杂质,那电子就别想在满轨道和空轨道之间跑顺畅。
太阳能级高纯硅要求99.9999%,*超过一半是中国产的,早被玩成了白菜价。芯片用的电子级高纯硅要求99.999999999%(别数了,11个9),几乎全赖进口,直到2018年江苏的鑫华公司才实现量产,目前年产0.5万吨,而中国一年进口15万吨。
难得的是,鑫华的高纯硅出口到了半导体强国韩国,品质应该还不错。不过,30%的制造设备还得进口。
高纯硅的传统霸主依然是德国Wacker和美国Hemlock(美日合资),中国任重而道远。
二、晶圆
把纯的单晶硅切好之后就变成晶圆,在晶圆上把成千上万的电路装起来的,就叫“晶圆厂”。晶圆加工的过程有点繁琐。
首先在晶圆上涂一层感光材料,这材料见光就融化,那光从哪里来?光刻机,可以用非常精准的光线,在感光材料上刻出图案,让底下的晶圆裸露出来。然后,用等离子体这类东西冲刷,裸露的晶圆就会被刻出很多沟槽,这套设备就叫刻蚀机。在沟槽里掺入磷元素,就得到了一堆N型半导体。