小小芯片上的上千万个晶体管是怎么装上去的？

如果评选近100年来最伟大的科技发明，芯片恐怕算得上其中之一。CPU芯片的生产，可以形容为沙子的涅槃过程。简单来说，芯片在电子设备中的作用就相当于汽车的发动机。

芯片的制作，跟在一片指甲盖大小的位置上盖一座城市一样复杂。那么这座指甲盖大小的面积上会有多少条街道呢？答案是，有数公里长的导线和上亿跟集体管。再形象一点，就相当于在一根头发的横截面积上印上一本红楼梦加一本西游记的字，还要保证能看得清，可想而知，这其中的技术难度有多大。

芯片的制造过程

一、制作硅晶圆

第一步进行硅提纯，简单来说就是在沙子中加入碳，沙子成分是二氧化硅，在高温作用下，制备出纯度99.9%的硅。接着进行硅单质的熔炼，从熔融的硅单质里面拉出铅笔状的硅晶柱，也就是硅锭。钻石刀将硅晶柱切成圆片。再抛光打磨，得到硅晶圆。硅晶圆就是芯片的地基。

二、硅晶圆上刻电路图

这一步类似于胶片感光，在硅片上有电路图掩膜，紫外线透过掩膜照射到光刻胶上，光刻过程中曝光在紫外线下光刻胶被溶解掉，清除后硅片上的图案就跟掩膜上的一致。通过化学物质腐蚀，形成需要的电路图凹槽，这个过程，相当于制作地基的走向。

三、施工连接晶体管和导电结构

把电路图光刻出来之后，就需要搭建芯片的框架了，先把硼和磷注入到已经有电路图凹槽的硅片中，接着填充铜并连接晶体管，也就是在里面形成骨架，填充完一层的骨架结构后，再涂一层胶，再做一层结果，一层一层垒起来，就像有几十层高的高架桥一样。

四、封装测试

将已经连接好晶体管和导体，精细切割，切割完成之后进行封装安装，封装结构中最下层是衬底基片，中层是已经切割好的硅晶片电路，最后加盖一层散热片，封装完成，测试合格之后，就能包装出厂售卖了。

到这里，一块芯片就算是制作完成。

说起芯片，不得不提的就是，咱们国家被外国掣肘的芯片制造，芯片制造离不开光刻机，光刻机制造为什么这么难呢？主要是因为光刻机几乎集合了当今整个欧美日韩的顶尖科技。用的是目前世界上最顶级的工程技术，材料科技，并且很多原件，多个国家限制出口我国。

那么，如果没有光刻机，我们还能不能从其他地方突围呢？答案是有的，石墨烯。在2012年，美国电气和电子工程协会提出未来半导体工业可能从硅时代进入到碳时代。石墨烯很有可能在未来替代硅基材料。

到了2014年，全球芯片剧透IBM就推出世界首个多级石墨烯接收器，传输速度时硅基芯片的数千倍。随后，三星、LG等公司也在该领域加大投入。2017年，央视新闻中提到，石墨烯有望替代硅，成为下一代芯片的主要材料。我国在石墨烯芯片制造业有望实现弯道超车。

为什么石墨烯要比硅制造的芯片传输速度快呢？

用硅制造的芯片，结构是单层的，它们之间靠线来连接。这样的芯片在传输数据流大、距离远的数据时，往往会耗费较多的资源，而且时常发生堵塞。

石墨烯则与之不同，它是六角型的、呈蜂巢晶格式的平面薄膜，传导性极佳。因此能够做到快速传输数据，提升芯片速率。

另外，硅基芯片在使用时会发热，芯片厂商为了控制发热问题，对芯片采取降频措施，这样一来，芯片的性能就会受到抑制，多数PC的主频只是在3-4GHZ。而石墨烯则不同，导热性良好，理论上芯片主频可以达到300GHZ。如此巨大的性能差距。多数高新技术产业已经开始进行大力投入。华为已经在英国进行了石墨烯的投资，而我国发改委、工信部、科技部三部委也出台了强有力政策，大力促进我国石墨烯产业的发展。

相信在未来，我们伟大的祖国能够建立起石墨烯革命的技术壁垒，相信到那个时候，第四次工业革命的多数红利可就是朝咱大中华倾斜了。