硅为什么会成为制作芯片的材料?把原因说清楚,从多个方面分析,列如物理性质,化学性质分析.
来源：学生作业帮助网 编辑：六六作业网 时间：2024/12/24 21:13:08
硅为什么会成为制作芯片的材料?把原因说清楚,从多个方面分析,列如物理性质,化学性质分析.
硅为什么会成为制作芯片的材料?
把原因说清楚,从多个方面分析,列如物理性质,化学性质分析.
硅为什么会成为制作芯片的材料?把原因说清楚,从多个方面分析,列如物理性质,化学性质分析.
不是随便抓一把沙子就可以做原料的,一定要精挑细选,从中提取出最最纯净的硅原料才行.试想一下,如果用那最最廉价而又储量充足的原料做成CPU,那么成品的质量会怎样,你还能用上像现在这样高性能的处理器吗?
首先,硅原料要进行化学提纯,这一步骤使其达到可供半导体工业使用的原料级别.而为了使这些硅原料能够满足集成电路制造的加工需要,还必须将其整形,这一步是通过溶化硅原料,然后将液态硅注入大型高温石英容器而完成的.
而后,将原料进行高温溶化.中学化学课上我们学到过,许多固体内部原子是晶体结构,硅也是如此.为了达到高性能处理器的要求,整块硅原料必须高度纯净,及单晶硅.然后从高温容器中采用旋转拉伸的方式将硅原料取出,此时一个圆柱体的硅锭就产生了.从目前所使用的工艺来看,硅锭圆形横截面的直径为200毫米.不过现在intel和其它一些公司已经开始使用300毫米直径的硅锭了.在保留硅锭的各种特性不变的情况下增加横截面的面积是具有相当的难度的,不过只要企业肯投入大批资金来研究,还是可以实现的.intel为研制和生产300毫米硅锭而建立的工厂耗费了大约35亿美元,新技术的成功使得intel可以制造复杂程度更高,功能更强大的集成电路芯片.而200毫米硅锭的工厂也耗费了15亿美元.下面就从硅锭的切片开始介绍CPU的制造过程.
在制成硅锭并确保其是一个绝对的圆柱体之后,下一个步骤就是将这个圆柱体硅锭切片,切片越薄,用料越省,自然可以生产的处理器芯片就更多.切片还要镜面精加工的处理来确保表面绝对光滑,之后检查是否有扭曲或其它问题.这一步的质量检验尤为重要,它直接 决定了成品CPU的质量.
新的切片中要掺入一些物质而使之成为真正的半导体材料,而后在其上刻划代表着各种逻辑功能的晶体管电路.掺入的物质原子进入硅原子之间的空隙,彼此之间发生原子力的作用,从而使得硅原料具有半导体的特性.今天的半导体制造多选择CMOS工艺（互补型金属氧化物半导体）.其中互补一词表示半导体中N型MOS管和P型MOS管之间的交互作用.而N和P在电子工艺中分别代表负极和正极.多数情况下,切片被掺入化学物质而形成P型衬底,在其上刻划的逻辑电路要遵循nMOS电路的特性来设计,这种类型的晶体管空间利用率更高也更加节能.同时在多数情况下,必须尽量限制pMOS型晶体管的出现,因为在制造过程的后期,需要将N型材料植入P型衬底当中,而这一过程会导致pMOS管的形成.
在掺入化学物质的工作完成之后,标准的切片就完成了.然后将每一个切片放入高温炉中加热,通过控制加温时间而使得切片表面生成一层二氧化硅膜.通过密切监测温度,空气成分和加温时间,该二氧化硅层的厚度是可以控制的.在intel的90纳米制造工艺中,门氧化物的宽度小到了惊人的5个原子厚度.这一层门电路也是晶体管门电路的一部分,晶体管门电路的作用是控制其间电子的流动,通过对门电压的控制,电子的流动被严格控制,而不论输入输出端口电压的大小.
准备工作的最后一道工序是在二氧化硅层上覆盖一个感光层.这一层物质用于同一层中的其它控制应用.这层物质在干燥时具有很好的感光效果,而且在光刻蚀过程结束之后,能够通过化学方法将其溶解并除去.
补充：
之后还要进行光刻蚀,然后掺杂,再重复等等操作,可谓是百炼成钢.