为什么芯片很难制造？
你没见过芯片制造，就别低估制造芯片的难度，除了没有光刻机，还有更深层次的原因 。
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2020年，中国芯片进口额3800亿美元，占全部进口商品的18%；华为Mate40系列手机，因芯片供应受阻，被迫减产供货 。
看到这样的消息，你或许会质疑，连北斗导航、嫦娥五号这样的顶尖科技，中国都实现了，为何偏偏做不出高端芯片？芯片制造真的这样难吗？
什么是芯片，有什么价值芯片是集成电路的简称，需要将数以亿的晶体管，按照预先设计的电路图，有序地实现布局 。
芯片的出现，让电路的小型化成指数级发展，不仅让电子设备的体型更小，而且运算速度更快、耗能更低、可靠性更强 。
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我们可以做一个简单的对比，1964年，美国造出了世界第一台电子计算机，这个大家伙占地170平方米，比你家的房子还要大 。
这台被命名为“埃尼阿克”的计算机，装有18000个电子管，每秒可运行5000次 。
而如今一台普通的智能手机，虽然只有手掌这么大，但手机的内核芯片，晶体管的数量已多达数十亿个，运算速度高达数十亿次 。
芯片被广泛地应用到智能手机、电脑、汽车，甚至卫星和火箭上 。芯片的出现，为很多行业都带来了颠覆性的影响，也改变了现在人类的生活方式 。
尤其是运算速度高达每秒亿亿次的超级计算机，发挥其运算速度的优势，能实现很多数据模拟和运算，而其价值的核心，就是芯片的完美呈现 。
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既然芯片如此重要，而且应用前景广泛，具备很强的科技和使用价值，为何我们自己却造不出高端芯片呢？
芯片制造，全是黑科技提到芯片，你可能会首先想到晶圆，这种用于芯片生产的关键原材料 。不少人对晶圆有误解，不就是一堆沙子提纯吗，应该不会太难 。
原理没有错，但芯片需要的纯度，却格外苛刻 。之所有选择利用沙子提纯，得到生产芯片的晶圆，是因为硅是一种很好的半导体材料，而沙子的主要成分是二氧化碳，正好富含硅元素，而且价格便宜 。
目前全球有能力生产晶圆的企业中，排在前十的仅有中芯国际一家，而且中芯国际目前仅能生产12寸晶圆 。
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排在前三位的，分别是韩国的三星、台湾省的台积电和美国的美光科技 。仅凭中芯国际的产能，很难撑起国内半导体市场的巨大需求，目前晶圆的国产化率仅1%左右 。
不过也有好消息，上海上海硅产业、中环股份已有能力生产12英寸的硅材料，相信晶圆的国产化也能很快到来 。
石油不够可以进口，晶圆同样可以花钱买到，但纷繁复杂的芯片制造过程，才是芯片制造的核心技术 。
沙子在经过净化和提纯后，会首先去除里面的镁、钙等杂质，随后加入碳进行还原，得到相对纯净的硅 。
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此时的硅纯度只能达到90%左右，依旧不能作为芯片的原材料 。提纯之后，硅材料还要再次经过生产、成型等工艺，最终得到纯度高达99.9999%的高纯度硅棒 。
有了硅棒之后，接下来就需要切片，就像切土豆片一样，需要将高纯度的硅棒切成薄片 。
不过晶圆的切片，比切土豆要难太多，至于切片的过程，这里不做过多的分析，你只需要知道，晶圆需要被切割为厚度仅厚0.5-1.5mm的薄片 。
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经过切片之后，就能得到一张像光盘一样的单晶硅片，由于芯片的制造是纳米级，此时还需要对单晶硅片进行抛光处理 。
抛光后的硅片，其表面平整度不能低于0.2纳米，即便是在显微镜下，硅片的表面依然光滑靓丽 。
拥有了单晶硅片，芯片的制造才算正式开始，硅元素本身是一种半导体材料，芯片需要在硅片表面，形成数以亿计的电路和晶体管，为了避免相互干扰，此时需要对硅片进行二次处理 。
单晶硅片的表面，需要分次铺上一层二氧化硅和氧化氮，为了保证均匀分布，往往采用真空沉淀法 。接下来，就要用到芯片生产的另一种关键辅助材料，俗称光刻胶 。
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按字面意思理解，其实就是一种特殊的胶水，这种胶水在紫外线的照射下，会变得容易溶解，但在显影液中，它却又极其稳定，光刻胶在芯片电路的印刻中，发挥了很好的阻隔作用 。
光刻胶目前也是国产芯片技术的难点，国产化率不足10%，而且光刻胶还分为i线光刻胶、KrF光刻胶、G线光刻胶等数个类别 。
飞凯材料、南大光电、晶瑞股份这些企业，目前都在聚焦光刻胶的研发，为光刻胶的国产化努力 。
涂上光刻胶的单晶硅片，依然是一片空白，接下来就需要将设计好的芯片电路图，印刻到硅片上 。
芯片设计虽然是半导体行业的难点，不过海思半导体已提前攻克相关技术，具备世界一流的芯片设计技术，这里让我们再次为华为点个赞 。
芯片上的电路错综复杂，凭人工印刻，几乎没有办法实现，即使在显微镜下手工刻制电路，产品的良率和效率都没法保证 。
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【为什么芯片很难制造？】
芯片制造中，采用的是光刻法，就是利用光线沿直线传播的固有特性，将电路图绘制到硅片表面 。
不少人对日本的半导体发展历程都有些了解，你也必然听说过索尼、佳能这些相机企业，其实他们都曾为日本半导体的发展，做出了很大贡献，这其中的关键就是对光刻技术的贡献 。
光刻就是利用掩膜和透镜，将电路图投射到硅片表面，这个过程有点像过去的投影仪，只不过设计会更加复杂 。
掩膜分为透明和不透明，当紫外线照射到掩膜表面，通过透镜将电路图的比例缩小，这样一张完整的电路图，就完美地投射到硅片表面 。
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顺便提一下，光掩膜的国产化率也并不高，大约20%左右 。
前面提到，光刻胶在遇到紫外线后，会变得很容易溶解，这样没有被掩膜遮挡的部分，就不会受到紫外线的照射，光刻胶就能完好保留 。
而当紫外线经过透明部分的掩膜后，会直达硅片表面，与这部分区域的光刻胶直接接触 。经过紫外线的照射，硅片表面形成了两种状态，一种是被紫外线照射过的光刻胶表面，另一种则是没有被紫外线照射过的光刻胶表面 。
再将硅片放置到显影液中，被紫外线照射过的光刻胶，会迅速分解，这样硅片表面有一部分的光刻胶就会被溶解 。
此时的硅片表面，又会变成两种状态，一种覆盖有光刻胶，而另一种则没有光刻胶，但整个过程都是在按芯片设计的规划进行 。
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接下来的过程将变得更加微观和细腻，清洗掉显影液和杂质后，硅片将被投放到一种腐蚀液中 。
腐蚀液能快速溶解二氧化硅和氧化氮，但是光刻胶却又能很好的阻挡腐蚀液，经过腐蚀液的腐蚀后，硅片表面没有光刻胶覆盖的部分，硅会直接显露在表层 。
为了起到绝缘的作用，此时会再将镀上一层二氧化硅 。经过这些复杂的供需，芯片表面会形成有规律的凹凸不平，在进行粒子注入，填充凹下去的部分，芯片制造的光刻环节基本完成 。
此时的芯片还不具备实用性，随后技术人员会将二氧化硅上开槽，并将铜和钨作为各个晶体管之间的导线 。
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就如同盖房子的管道一样，这些连接线会将数以亿计的晶体管相连，并具备电流连通性 。
到这里，芯片的一层电路就完成制造，现在的芯片往往多达数层电路，后面的原理很简单，只需不断重复上面的操作即可 。但电路层数越多，对芯片的制造要求就越高，原理相同，考验的是制造的精度 。
完成所有电路的刻蚀后，将晶圆切割为需要的大小，并将引脚连接，用盖子封装起来，一块完整的芯片，才算制造完成 。
芯片的制造原理并不复杂，但每道工序对技术和设备的要求都极为苛刻，曾有一种说法，即便把图纸给中国，我们也造不出光刻机，如此看来并不是完全没有道理 。
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芯片的整个制造过程中，最受关注的就是光刻机，也就是荷兰的ASML生产的设备，目前国产光刻机成品基本处于空白状态 。我们也想买，可以别人不愿意卖，那就只能靠自研技术来解决 。
目前全球先进的光刻机，大多被三星、台积电买走，为什么会卖给台积电 。其实道理很简单，台积电是ASML的股东之一，有优先供货权 。
国产芯片，只是时间问题看到这里，你脑子里或许只剩下一个概念，芯片制造太难了，别说没有光刻机，即便有了光刻机，也不一定能造出芯片 。
先别着急否定自己，虽然芯片制造很难，我们也有很多短板，但我国依然是半导体行业佼佼者，除了中国，目前依然能在芯片制造领域突飞猛进的，恐怕很难再找出第二个 。
在过去的2020年，半导体行业投入1400亿元，中芯国际、海思半导体等国产科技企业，依然在不竭余力地聚焦芯片制造 。
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有消息认为，中国将在2025年，基本实现芯片国产化，从此芯片将不再成为痛点，而将成为新的科技发展点和经济动力源 。
芯片国产化后，手机和电脑将更加便宜，迭代速度将更快，再也不会出现高端手机，一机难求的局面，这样的盛况，你期待吗？
其他网友观点芯片半导体主要是由光刻机制造而成，难度就难在光刻机身上，光刻机也不是美国生产，世界上只有荷兰一家公司能生产，而年产光刻机的数量有限，真是一机难求，美国早就把全球所有盟友国高端技术对中国进行封锁，荷兰生产的光刻机也在其中，所以，半导体芯片一直是中国的难题 。
其他网友观点
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中国芯片肯定能近期赶超出来！原因是：
第一现有国产麒麟芯片的功能不输美国，还有阿里的A1芯片在某些方面的设计构思和功能同样不输美国，只需在晶片线路的设计顶端和芯片问题查找更简捷方面更新思路，相信很快会赶美超英！
第二芯片需要的基础尖端材料黑色光阻材料于近期被中国攻克，已经在宜兴以每年一千吨的規摸投产，这将会大大降低中国芯片的研发成本，对加快研究中国芯的速度提供了物资保障！
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第三中国985高校比国内省级高校在培养芯片制造人才方面具有明显优势！每年可为中国培养几十万芯片人才，这是世界上任何国家包括美国在內都不具有的科技人才优势 。中国的后发优势开始显现！
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第四我国目前芯片上不去的一个主要原因不是薪片人才缺乏，而是不能人尽其才！每年几十万人才由于芯片领域得不到重视，待遇工资等条件的局限，很大一部分芯片人才都转移到网络电脑等领域 。
第五国家近期开始对集成电路，航天，医药科技等领域重视，证监会已经调研了这些领域，下一步将是重点扶持对象！
相信国家经过三到五年甚至用更短的时间，在芯片领域取得重大突破是大概率事件 。
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