點沙成芯∣沙子是如何變成晶片的?

2020-12-20 攀升IPASON

今年以來,晶片危機引起了國人的特別關注,也讓很多人意識到自主研發的重要性。

而在2013年,雷軍曾說過:未來三到五年,晶片的價格將會和沙子的價格一樣。甚至還流傳這樣一句話:拉車沙子拿到授權,然後交給臺積電代工,晶片就生產出來了。

如今七年過去了,雷軍說晶片的價格將會和沙子的價格一樣顯然沒有實現。不過,生產晶片所用的矽材料,確實主要來源於沙子。今天要跟大家科普的就是晶片和沙子的關係。

沙子是地球地殼中含量較豐富的物質,沙子中所含有的元素矽,是地球地殼中第2大組成元素,約佔地殼總質量的25%。而矽是半導體行業的基石,所以沙子成了提取矽的重要原料。

在工業生產中,提純矽比較容易,並能達到很高的純度。憑藉存量大且易提純的特性,矽材料的製造成本越來越低,這也在一定程度上降低了手機、電腦等電子產品的價格。不過,要讓沙子最終變成晶片,就涉及到很複雜的產業技術了。

簡而言之,只有高純度的單晶矽,才能用作生產材料。有研究顯示,從沙子到晶片,總共有6000多道工序,前5000道工序是從沙子到矽晶片。在這方面,我們已經有了一些技術突破。

既然晶片是沙子提煉的,那半導體行業發展了幾十年,為什麼沒見世界上的沙子減少呢?針對這個問題,英國《自然》雜誌也曾發文稱,目前沙子和礫石的採掘速度,已超過其自然恢復的速度。因此,地球上沙子的需求量可能很快就會超過供給量。

不過,畢竟沙子是僅次於空氣、水,全球需求量最大的自然資源,儲藏非常豐富。統計顯示,當前全球沙子年產量約為500億噸。並且,半導體行業所用的矽材料,主要來源並不是河沙,而是各種含矽的礦石,如脈石英、石英礫石等。這些礦石在地球的儲量非常大,而且半導體這種高精尖化產業對矽材料的消耗量遠小於建築行業,因此「沙子不夠用」這一問題不會成為晶片行業發展的瓶頸。

還有一點需要指出的是,沙子是製造晶片的重要原料,但卻不是核心原料。半導體晶片製造涉及19種必須的材料,大多數材料具有極高的技術壁壘。其中,日本在半導體材料領域長期保持著領先優勢,矽晶圓、化合物半導體晶圓、光罩、光刻膠、靶材料等14種重要材料,佔了全球50%以上的份額。

雖然目前國內晶片製造涉及的化學材料、化工產品等還需要依賴進口,不過,因為受到長期技術封鎖的原因,也讓我們有了一些替代方案,在自主設計和製造方面,我們已經有了不小的技術進步。實現晶片自主可控,也只是時間問題。

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