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不困于世不留于俗

生活 更新时间:2024-08-12 20:14:15

不困于世不留于俗(不積矽步無以緻千裡)1

“故不積跬步,無以至千裡;不積小流,無以成江海。骐骥一躍,不能十步;驽馬十駕,功在不舍。锲而舍之,朽木不折;锲而不舍,金石可镂。”這幾句話出自《勸學》,是戰國時期思想家、文學家荀子所作。意思是:做事要腳踏實地,一步一個腳印,不畏艱難,不怕曲折,堅忍不拔地幹下去,才能最終達到目的。

跬步,讀音kuǐ bù,漢語詞語,古代稱人行走,舉足一次為“跬”,舉足兩次為“步””。本指半步,跨一腳,引申至舉步、邁步,也被用于形容極近的距離、數量極少等。

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由此聯想到 現代社會 的科學發展,矽是産量最大、應用最廣的半導體材料,它的産量和用量标志着一個國家的電子工業水平。

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在研究和生産中,矽材料與矽器件相互促進。在第二次世界大戰中,開始用矽制作雷達的高頻晶體檢波器。所用的矽純度很低又非單晶體。1950年制出第一隻矽晶體管,提高了人們制備優質矽單晶的興趣。1952年用直拉法(CZ)培育矽單晶成功。1953年又研究出無坩埚區域熔化法(FZ),既可進行物理提純又能拉制單晶。1955年開始采用鋅還原四氯化矽法生産純矽,但不能滿足制造晶體管的要求。

1956年研究成功氫還原三氯氫矽法。對矽中微量雜質又經過一段時間的探索後,氫還原三氯氫矽法成為一種主要的方法。到1960年,用這種方法進行工業生産已具規模。矽整流器與矽閘流管的問世促使矽材料的生産一躍而居半導體材料的首位。60年代矽外延生長單晶技術和矽平面工藝的出現,不但使矽晶體管制造技術趨于成熟,而且促使集成電路迅速發展。80年代初全世界多晶矽産量已達2500噸。矽還是有前途的太陽電池材料之一。用多晶矽制造太陽電池的技術已經成熟;無定形非晶矽膜的研究進展迅速;非晶矽太陽電池開始進入市場。

作為計算機的核心組件,CPU(Central Processor Unit,中央處理器)在用戶的心中一直是十分神秘的:在多數用戶的心目中,它都隻是一個名詞縮寫,他們甚至連它的全寫都拚不出來;在一些硬件高手的眼裡,CPU也至多是一塊十餘平方厘米,有很多腳的塊塊兒,而CPU的核心部分甚至隻有不到一平方厘米大。誰知道這塊不到一平方厘米大的玩意兒是用多少微米工藝制成的?誰知道它集成了多少幾億幾千萬晶體管?

CPU是在特别純淨的矽材料上制造的。一個CPU芯片包含上百萬個精巧的晶體管。在一塊指甲蓋大小的矽片上,用化學的方法蝕刻或光刻出晶體管。因此,從這個意義上說,CPU正是由晶體管組合而成的。

多數人都知道,現代的CPU是使用矽材料制成的。矽是一種非金屬元素,從化學的角度來看,由于它處于元素周期表中金屬元素區與非金屬元素區的交界處,所以具有半導體的性質,适合于制造各種微小的晶體管,是目前最适宜于制造現代大規模集成電路的材料之一。

從某種意義上說,沙灘上的沙子的主要成分也是矽(二氧化矽),而生産CPU所使用的矽材料,實際上就是從沙子裡面提取出來的。當然,CPU的制造過程中還要使用到一些其它的材料,同時,制造CPU對矽材料的純度要求極高,雖然來源于廉價的沙子,但是由于材料提純工藝的複雜,我們還是無法将一百克高純矽和一噸沙子的價格相提并論。

 解決制造CPU的材料的問題之後,我們開始進入準備工作。這個過程中,原材料矽将被熔化,并放進一個巨大的石英熔爐。這時向熔爐裡放入一顆晶種,以便矽晶體圍着這顆晶種生長,直到形成一個幾近完美的單晶矽。以往的矽錠的直徑大都是300毫米,而CPU廠商正在增加300毫米晶圓的生産。切割晶圓矽錠造出來了,并被整型成一個完美的圓柱體,接下來将被切割成片狀,稱為晶圓。晶圓才被真正用于CPU的制造。所謂的“切割晶圓”也就是用機器從單晶矽棒上切割下一片事先确定規格的矽晶片,并将其劃分成多個細小的區域,每個區域都将成為一個CPU的内核(Die)。一般來說,晶圓切得越薄,相同量的矽材料能夠制造的CPU成品就越多。

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CPU制造工藝又叫做CPU制程,它的先進與否決定了CPU的性能優劣。CPU的制造是一項極為複雜的過程,當今世上隻有少數幾家廠商具備研發和生産CPU的能力。

CPU的發展史也可以看作是制作工藝的發展史。幾乎每一次制作工藝的改進都能為CPU發展帶來最強大的源動力。

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我們的科研創新與芯片研究也要腳踏實地,一步一個腳印,不畏艱難,不怕曲折,堅忍不拔地幹下去,才能最終達到強國目的。

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