自1979年改革开放以来，我国已经持续高速发展了40多年，在40多年的时间里面，我们的国家发生了翻天覆地的变化，不管是哪个方面，由于在各个领域都取得很多突破，所以在这里就不一一列举了，在这里就介绍一下一些重点领域所取得巨大成就。

说到我国取得辉煌成就，我们首先想到的是航天领域，这几十年我国相继实现了第一次载人航天、第一次天空行走、第一次月球探测、第一个国际空间站的建设，我国也从一个落后的航天弱国一跃成为世界上仅次于美俄的第三航天强国。

我国建设的天宫空间站

其次是军事领域，改革开放让我国的经济实力大增，强大的国防都是建立在坚实的经济基础上的，由于拥有了充足的国防经费，近10年来我国国防建设也取得巨大成就，国产002航母、055万吨驱逐舰、075两栖攻击舰、歼-20、运-20、歼-15等一大批世界顶尖装备猎装部队，为我国经济建设保驾护航。

芯片

最后再来说说科技领域，在科技领域，我国也凸显了赶美超欧的迹象，第一颗量子卫星、高铁技术、人工智能技术、5G技术、超级计算机技术、人脸识别技术等都领先于世界，可以这么说国外有的我们基本都有了，国外没有的我们也有，尽管这几十年我们取得很大的发展成就，但是依然不能骄傲自满，因为在一些领域特别是核心领域，我们依然落后和受制于人，其中最典型的领域就是芯片领域，可能很多人都觉得，我国都可以制造导弹、核武器、宇宙飞船、大飞机等这些复杂而先进的大物件，却搞不定一块小小的芯片，让人难以置信。

芯片由沙子制成的

其实不用怀疑，真实的情况是，芯片的复杂程度要比导弹、核武器、宇宙飞船等工业品要复杂几十倍，如果说航空发动机被誉为现代工业的皇冠，那么芯片就是皇冠顶上的那颗明珠， 比皇冠本身要耀眼的多，如今我国已经可以制造出具有世界先进的航空发动机，却依然无法制造出具有世界先进水平的芯片，究其原因就是因为芯片的研制和制造实在太难了，那芯片的研发到底有多难？芯片是如何被制造出来的？

芯片内部结构放大图

我们都知道芯片是通过一堆沙子变过来的，但是这里的“变”可没有那么简单，首先要把沙子在超高温条件下提取纯度非常高的硅晶体，据说硅晶体的纯度必须达到99.9999%才能满足要求，这是第一步，提取了数量足够的硅晶体后，然后把这些硅晶体制造成硅锭，然后把硅锭切割成为硅片，硅片的厚度要求也很高，必须比苍蝇的翅膀还要薄，行业把这些薄如蝉翼的硅片称为硅晶圆，硅晶圆都制作好之后，就需要对它们进行光刻，而要想对这些很小的硅晶圆进行光刻， 就需要用到极为先进的光刻机，而光刻机是制造芯片最核心的技术之一，拥有更好的光刻机就可以制造纳米级别更小的芯片，目前世界上最先进的光刻机是荷兰ASML公司生产的紫外光刻机，这款光刻机可以制造出最小5纳米级别的芯片，而如今荷兰ASML公司正在研发2纳米级别的光刻机，继续领先世界。

荷兰ASML公司生产的紫外光刻机

由于光刻机即使送你一台都不能制造出来，所以它成为制造芯片最核心也是最重要的设备，我国曾经向荷兰ASML公司订购一台极紫外光刻机，不过由于种种原因至今没有交付，有了好的光刻机之后，这个时候还没有那么快可以生产出芯片，期间还要经历光刻、涂特殊胶水、制作成为掩模板等步骤，等这些步骤完成之后，通过一定的化学反应才形成光刻电路纹理，然后再用特制的化学药水进行蚀刻获得电路凹槽，再把一些杂志粒子放进去通过高温等条件形成导电要求，这些操作往往需要重复几十次才能够完成，只有完成这些才完成芯片制造的初步工作，接下来才能顺利开展下去最终制造出芯片。

光刻机在制造芯片

芯片的制造需要用到大量最新的光学技术、材料技术、精密加工技术等先进技术，不然它也不可能被誉为工业皇冠上的明珠，作为最耀眼、最重要的人类科技发展结晶，芯片技术自然需要最新、最顶级的技术，由于芯片的复杂性特征，一枚小小的芯片里面包含有几十亿个晶体管，如果把芯片的内部放大就像一座超级大城市，复杂程度超过我们的想象，这样精巧的结构设计让人一度被认为是外星人技术。

国产芯片

总的来说，芯片设计和制造不复杂，复杂的是如何制造出体积更小、能耗更低、功率更强的芯片，而要想制造出这样的芯片，最关键的就是拥有先进的光刻机，而光刻机正是我国还没有掌握的技术，目前我国已经成功量产14纳米级别的芯片，但是国外的芯片制造水平已经达到7纳米甚至5纳米了，还向着2纳米的极限冲刺。所以在芯片领域我国还要努力，不过追上去只是时间问题，相信在不久将来，我国芯片一定可以赶上世界先进水平的。

一台EUV光刻机就要10亿元左右；

一个5nm制程芯片厂要100亿美元左右；

造芯片能不难吗？

很多人听说过光刻机，总以为只要有EUV光刻机，中芯国际很快就能够量产7nm制程芯片？

实际上，并非如此！

除了光刻机，还需要至少数十种高精尖半导体设备，譬如说：

等离子刻蚀机；

反应离子刻蚀系统；

离子注入机；

单晶炉；

圆晶划片机；

晶片减薄机；

气相外延炉；

氧化炉（VDF）；

低压化学气相淀积系统；

等离子体增强化学气相淀积系统；

磁控溅射台；

化学机械研磨机；

引线键合机；

探针测试台；

……

想要建设7nm制程芯片厂，没有几十亿美元能搞定？

最近，台积电官宣，有意于美国亚利桑那州建先进制程圆晶厂，预计投资120亿美元，投产后可量产5nm制程芯片！

想要搞定5nm制程芯片厂，就要100亿美元左右投资；

……

对于咱们国家来说，钱倒是最容易解决的，可芯片制造人才呢？

哪有这么容易培养出顶尖的芯片制造人才？

全球各国的顶尖半导体企业都在挖人，想要高价招募顶尖半导体人才，招人也难啊！

……

咱们大陆企业并非无法制造芯片，而是无法制造先进制程的芯片，譬如7nm制程芯片；

中芯国际已经能够代工14nm制程芯片了！

咱们必须要有信心，聚合咱们14亿国人的力量，搞定先进制程芯片，只是时间问题！

再耐心等一等，5-20年，就差不多了！

……

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首先需要光刻机，1.3亿美金一台，荷兰的阿斯麦定制，如果想成为他的客户，需要成为他的股东，否则你拿着钱也不卖给你。中国的中芯国际现在就是这种情况，国家和华为都投钱，但荷兰就不卖给中芯。生产光刻机需要很多零器件，而这些零器件来自世界各个国家，是一整个生态产业链，不是一个国家想研发就研发出来的，再比如光刻胶，我们也一直没有突破。所以芯片国产化这方面我们还有一段长的路要走。希望不要放弃！

芯片制造是一个生态链，从设计，材料到最后的流片，测封每一步的背后都有技术积淀和支撑，我国可以制造大部分的中低端芯片，唯有14nm以上的高端芯片做不了。这是一个十分烧钱的行业，这次确实得感谢特朗普，他的打压让国人警醒

一颗芯片的制造工艺非常复杂，一条生产线大约涉及50多个行业、2000-5000道工序。就拿代工厂来说，需要先将“砂子”提纯成硅，再切成晶元，然后加工晶元。晶元加工厂包含前后两道工艺，前道工艺分几大模块——光刻、薄膜、刻蚀、清洗、注入；后道工艺主要是封装——互联、打线、密封。其中，光刻是制造和设计的纽带。

其中许多工艺都在独立的工厂进行，而使用的设备也需要专门的设备厂制造；使用的材料包括几百种特种气体、液体、靶材，都需要专门的化工工业。另外，集成电路的生产都是在超净间进行的，因此还需要排风和空气净化等系统。

有说法认为，集成电路是比航天还要高的高科技。业内人士表示，这种说法也不无道理，“航天的可靠性估计也就4个9、5个9的样子(X个9表示在软件系统一年时间的使用过程中，系统可以正常使用时间与总时间之比)。现在硅晶圆材料的纯度就要6个9以上。

但是即使这么难，造一颗芯片对于现在的中国也可以说是小菜一碟。难的是全部都用国产技术去造一颗顶级的高端芯片。芯片这个行业是极高技术含量和相当大规模的行业，现在每年销售额两三万亿人民币，加上半个多世纪的发展和行业成长行业投入，不是短时间就跑到排第一位置上去的。中国需要时间。

感谢您的阅读！

【是芯片制造难？还是光刻机难？我们为何制造不出自己的芯片呢？为】

其实，我一直认为，芯片技术是一种综合性的技术，而光刻机技术就像一把“尖刀”，刺在了我们心口，因此芯片是命，光刻机是命的防护。

但是，我国一方面因为光刻机技术的掣肘，对于我们而言，没有光刻机，就好比时刻警惕这种芯片的危机。那么，芯片制造难不难？没有光刻机行不行呢？

01芯片制造的难度，通过制造步骤就知道

我们知道如果一款芯片成型，并且进入到设备中，需要经过四个步骤，它们分别是设计、制造、封装、测试。而设计和制造可以说是芯片设计的精髓，如果说设计的话，我们熟知的高通，苹果，华为实际上都是设计类的公司。

它们通过EDA软件进行设计，必须和大家提到的是，这款软件本身就是我们芯片设计领域的软肋。现在设计上，华为已经能够做到符合我们对于设计的需求，关键是在制造方面。

我们说说芯片制造的步骤，这样你可能更容易知道芯片制造的难度。

第一步：我们需要的是将晶圆从沙子里提炼出来，提炼的单晶硅，做成了硅锭，再把硅锭加工切割成一个一个的圆片，这就叫晶圆。

第二步：这时候，我们通过在晶圆上涂抹一层光刻胶（通过紫外光照射可以固化，但是它又容易被水溶解）制约我们的又一个因素，这里需要提到的是：光刻胶，它主要来自于日本和美国，特别是高端光刻胶，并且涂胶显影机只有日本有。

第三步：关系到光刻机领域。首先必须在晶圆上已经涂抹了一层光刻胶，需要我们通过光刻机的特殊光源，将胶水固化，而且一定是按照之前设计好的线路图。没有它你的晶圆就不能够固化线路图。很遗憾的是，美国的光源，德国的镜头等等组成了ASML的光刻机。

第四步：蚀刻，我国的蚀刻技术已经发展非常迅速了。我们需要溶解掉一些多余的涂层。刚才的光刻胶已经固化，可是我们必须得知道部分不需要的涂层也存在了。

通过进入蚀刻，再溶解掉不需要的涂层，留下光刻的部分，并形成一道道的凹槽。需要将凹槽中注入其它离子元素，用以改变单晶硅的导电特性。

02芯片难度：一环扣一环

我们必须知道，芯片的步骤中，我们缺乏的不仅仅是光刻机。甚至还包括设计领域的EDA设计软件；制造端领域的：日本美国钳制的光刻胶，日本的涂胶显影机，荷兰的光刻机，以及日本的离子注入机都是关键部位。

而核心的光刻机部分，在华为被美国新的政策影响下，甚至会让我们光刻机技术颇受影响，如果没有它，芯片就根本不能够成型。

虽然，上海微电子已经预计明年推出22nm工艺制程的光刻机，并且还有报道称武汉光电国家研究甘棕松团队采用二束激光在自研的光刻胶上突破了光束衍射极限的限制，采用远场光学的办法，光刻出最小9nm线宽的线段。但是，和目前的ASML的7nm EUV差异很大。

芯片难，光刻机难，但是我们确实需要打破束缚，走出一条不同的路，这条路难却值得我们去超越。

中国目前造不出7纳米芯片，有九十纳米光刻机，可以造九十纳米芯片，明年可以制造出22纳米芯片，所以还有一段追赶时间。此外整个芯片产业链很长，全部国产要时间，华为被禁芯片后无芯片可用，中芯国际并没有拥有整个产业链，并不能独立制作出芯片，仍被卡脖子，无能为力

：在中国和“外国”这两国的较量中，究竟哪一国更占上风？有说中国吊打外国，有说外国轻松把中国摁在地上摩擦，双方都列举了林林总总的例子，整得我们吃瓜群众一脸懵逼。

当然，中间派肯定说两国各有利弊，但这结论虽然正确却没啥营养。想要在中外两国这个话题上显得有见识，得先搞明白啥是技术？

来源：老和山下的小学僧

先通过一个视频看一下芯片内部构造有多复杂——

核心技术，到底是个啥？

把技术分分类，第一类姑且叫“可山寨技术”，或者叫“纯烧钱技术”，有人喜欢往左边烧，有人喜欢往右边烧，于是就烧出了不同的应用技术。

这本质上是用旧技术整合出新玩意儿，比如，美帝登月的土星五号，中国的跨海大桥，小胡子的鼠式坦克，甚至包括长城和埃及金字塔。

打个比方，这有点像吉尼斯纪录：最长的头发，最长的指甲，等等……这类东西，只要钱到位，搁谁都烧的出，关键看有没有需求，所以这些也可以叫应用技术。

比如上图这种架桥机，几个工业大国都能搞，但搞出来只能当玩具，只有中国搞出来才赚钱。

我国在经济发展起来之后，迸发出海量需求，推动各种烧钱的应用技术井喷，赚了钱又可以孜孜不倦地完善各种细节，于是，可以不吹牛的说，中国的应用技术已经和整个外国平起平坐。

第二类技术暂且叫“不可山寨技术”，或者叫“烧钱烧时间技术”，任何牛逼设备，你拼命往细拆，最终发现都是材料技术。

做材料和做菜差不多，番茄炒蛋的成分可以告诉你，但你做的菜就是没我做的好吃，这就是核心技术。

除了生物医学之外，核心技术说到底就是材料技术，看一串例子：

发动机，工业皇冠上的明珠，是我国最遭人诟病的短板。其核心技术说白了就是涡轮叶片不够结实，油门踩狠了就得散架，无论是航天发动机、航空发动机、燃气轮机，只要带个“机”字，我们腰杆都有点软。

材料技术除了烧钱、烧时间，有时还要点运气。还是以发动机为例：金属铼，这玩意儿和镍混一混，做出的涡轮叶片吊炸天，铼的全球探明储量大约2500吨，主要分布在欧美，70%用来做发动机涡轮叶片，这种战略物资，妥妥被美帝禁运。

前几年在陕西发现一个储量176吨的铼矿，可把国人乐的，马上拼了老命烧钱，这几年苦逼生活才有了起色。

稀土永磁体，就是用稀土做的磁铁，能一直保持磁性，用处大大的。高品位稀土矿大多分布在中国，所以和“磁”相关的技术，我们比美帝还能嘚瑟，比如核聚变、太空暗物质探测等。

据说，我国前几年也对美帝禁运，逼得美帝拿铼交换，外加陕西安徽刨出来的那点铼，J20的发动机才算有些眉目。

作为“工业之母”的高端机床，我们基本和男国足一个水平，只能仰望日本德国瑞士。

材料是最大的限制之一，比如，高速加工时，主轴和轴承摩擦产生热变形，导致主轴抬升和倾斜，还有刀具磨损，等等，所以对加工精度要求极高的活，国人还是望“洋”兴叹。

光学晶体，我国的部分产品还能对美帝实施禁运，所以和光相关的技术都不弱，比如激光武器、量子通信。气动外形，得益于钱学森那辈人的积淀，与之相关的技术也是杠杠的。

如果我们继续罗列，就会发现，应用宽泛的基础性材料，中国还是落后外国，应用相对较窄的细分领域，中国逐渐领跑。

下面，重点来了！

这种关键核心材料，全球总共约130种，也就是说，只要你有了这130种材料，就可以组装出世界上已有的任何设备，进而生产出已有的任何东西。

人类的核心科技，某种程度上说，指的就是这130种材料，其中32%国内完全空白，52%依赖进口，在高端机床、火箭、大飞机、发动机等尖端领域比例更悬殊，零件虽然实现了国产，但生产零件的设备95%依赖进口。

这些可不是陈芝麻烂谷子的事情，而是工信部2018年7月发布的数据，还新鲜着呢。

核心材料技术，说一句“外国仍把中国摁在地上”，一点都不过分。这其实很容易理解，毕竟发家时间不长，而材料技术不但要烧钱，更要烧时间。

这里得强调一下，应用技术并不比核心技术次要，它需要资金、需求和社会实际情况的结合，虽然外国有能力烧，但也许一辈子都没机会烧。

这儿肯定有人抬杠了：人家只是不愿意烧，不然分分钟秒杀你！呵呵，如果强行烧钱，后果参照老毛子。

磨叽半天，该回正题了，半导体芯片之所以难，是因为它不但涉及海量烧钱的应用技术，还有众多烧钱烧时间的材料技术。为了便于大家理解，这话得从原理说起。

芯片原理和量子力学

很多人觉得量子力学只是一个数学游戏，没有应用价值，呵呵，下面咱给计算机芯片寻个祖宗，请看示范：

导体，咱能理解，绝缘体，咱也能理解，我们第一次被物理整懵的，怕是半导体了，所以先替各位的物理老师把这债还上。

原子组成固体时，会有很多相同的电子混到一起，但量子力学认为，2个相同电子没法待在一个轨道上。

于是，为了让这些电子不在一个轨道上打架，很多轨道就分裂成了好几个轨道，这么多轨道挤在一起，不小心挨得近了，就变成了宽宽的大轨道。这种由很多细轨道挤在一起变成的宽轨道就叫能带。

有些宽轨道挤满了电子，电子就没法移动，有些宽轨道空旷的很，电子就可自由移动。电子能移动，宏观上表现为导电，反过来，电子动不了就不能导电。

好了，我们把事情说得简单一点，不提“价带、满带、禁带、导带”的概念，准备圈重点！

有些满轨道和空轨道挨的太近，电子可以毫不费力从满轨道跑到空轨道上，于是就能自由移动，这就是导体。一价金属的导电原理稍有不同。

但很多时候两条宽轨道之间是有空隙的，电子单靠自己是跨不过去的，也就不导电了。

但如果空隙的宽度在5ev之内，给电子加个额外能量，也能跨到空轨道上，跨过去就能自由移动，也就是导电。

这种空隙宽度不超过5ev的固体，有时能导电有时不能导电，所以叫半导体。

如果空隙超过5ev，那基本就得歇菜，正常情况下电子是跨不过去的，这就是绝缘体。当然，如果是能量足够大的话，别说5ev的空隙，50ev都照样跑过去，比如高压电击穿空气。

到这，由量子力学发展出的能带理论就差不多成型了，能带理论系统地解释了导体、绝缘体和半导体的本质区别，即，取决于满轨道和空轨道之间的间隙，学术点说，取决于价带和导带之间的禁带宽度。

半导体离芯片原理还很遥远，别急。

很明显，像导体这种直男没啥可折腾的，所以导线到了今天仍然是铜线，技术上没有任何进展，绝缘体的命运也差不多。

半导体这种暧暧昧昧的性格最容易搞事情，所以与电子设备相关的产业基本都属于半导体产业，如芯片、雷达。

下面有点烧脑细胞。

基于一些简单的原因，科学家用硅作为半导体的基础材料。硅的外层有4个电子，假设某个固体由100个硅原子组成，那么它的满轨道就挤满了400个电子。

这时，用10个硼原子取代其中10个硅原子，而硼这类三价元素外层只有3个电子，所以这块固体的满轨道就有了10个空位。这就相当于在挤满人的公交车上腾出了几个空位子，为电子的移动提供了条件。这叫P型半导体。

同理，如果用10个磷原子取代10个硅原子，磷这类五价元素外层有5个电子，因此满轨道上反而又多出了10个电子。相当于挤满人的公交车外面又挂了10个人，这些人非常容易脱离公交车。这叫N型半导体。

现在把PN这两种半导体面对面放一起会咋样？不用想也知道，N型那些额外的电子必然是跑到P型那些空位上去了，一直到电场平衡为止，这就是大名鼎鼎的“PN结”。(动图来自《科学网》张云的博文)

这时候再加个正向的电压，N型半导体那些额外的电子就会源源不断跑到P型半导体的空位上，电子的移动就是电流，这时的PN结就是导电的。

如果加个反向的电压呢？从P型半导体那里再抽电子到N型半导体，而N型早已挂满了额外的电子，多出来的电子不断增强电场，直至抵消外加的电压，电子就不再继续移动，此时PN结就是不导电的。

当然，实际上还是会有微弱的电子移动，但和正向电流相比可忽略不计。

如果你已经被整晕了，没关系，用大白话总结一下：PN结具有单向导电性。

好了，我们现在已经有了单向导电的PN结，然后呢？把PN结两端接上导线，就是二极管：

有了二极管，随手搭个电路：

三角形代表二极管，箭头方向表示电流可通过的方向，AB是输入端，F是输出端。

如果A不加电压，电流就会顺着A那条线流出，F端就没了电压；如果AB同时加电压，电流就会被堵在二极管的另一头，F端也就有了电压。

假设把有电压看作1，没电压看作0，那么只有从AB端同时输入1，F端才会输出1，这就是“与门电路”，

同理，把电路改成这样，那么只要AB有一个输入1，F端就会输出1，这叫“或门电路”：

现在有了这些基本的逻辑门电路，离芯片就不远了。你可以设计出一种电路，它的功能是，把一串1和0，变成另一串1和0。

简单举个例子，给第二个和第四个输入端加电压，相当于输出0101，经过特定的电路，输出端可以变成1010，即第一个和第三个输出端有电压。

我们来玩个稍微复杂一点的局：

左边有8个输入端，右边有7个输出端，每个输出端对应一个发光管。从左边输入一串信号：00000101，经过中间一堆的电路，使得右边输出另一串信号：1011011。

1代表有电压，0代表无电压，有电压就可以点亮对应的发光管，即7个发光管点亮了5个，于是，就得到了一个数字“5”，如上图所示。

终于，我们已经搞定了数字是如何显示的！

如果你想进行1+1的加法运算，其电路的复杂程度就已经超过了99%的人的智商了，即便本僧亲自出手，设计电路的运算能力也抵不过一副算盘。

直到有一天，有人用18000只电子管，6000个开关，7000只电阻，10000只电容，50万条线组成了一个超级复杂的电路，诞生了人类第一台计算机，重达30吨，运算能力5000次/秒，还不及现在手持计算器的十分之一。

不知道当时的工程师为了安装这堆电路，脑子抽筋了多少回。

接下来的思路就简单了，如何把这30吨东西，集成到指甲那么大的地方上呢？这就是芯片。

芯片制造与中国技术

为了把30吨的运算电路缩小，工程师们把多余的东西全扔了，直接在硅片上制作PN结和电路。下面从硅片出发，说说芯片的制作过程和中国所处的水平。

第一：硅

把这玩意儿氯化了再蒸馏，可以得到纯度很高的硅，切成片就是我们想要的硅片。硅的评判指标就是纯度，你想想，如果硅里有一堆杂质，那电子就别想在满轨道和空轨道之间跑顺畅。

太阳能级高纯硅要求99.9999%，这玩意儿全世界超过一半是中国产的，早被玩成了白菜价。

芯片用的电子级高纯硅要求99.999999999%(别数了，11个9)，几乎全赖进口，直到2018年江苏的鑫华公司才实现量产，目前年产0.5万吨，而中国一年进口15万吨。

难得的是，鑫华的高纯硅出口到了半导体强国韩国，品质应该还不错。不过，30%的制造设备还得进口……

高纯硅的传统霸主依然是德国Wacker和美国Hemlock(美日合资)，中国任重而道远。

第二：晶圆

硅提纯时需要旋转，成品就长这样：

所以切片后的硅片也是圆的，因此就叫“晶圆”。这词是不是已经有点耳熟了？

切好之后，就要在晶圆上把成千上万的电路装起来的，干这活的就叫“晶圆厂”。各位拍脑袋想想，以目前人类的技术，怎样才能完成这种操作？

用原子操纵术？想多了，朋友！等你练成御剑飞行的时候，人类还不见得能操纵一个一个原子组成各种器件。晶圆加工的过程有点繁琐。

首先在晶圆上涂一层感光材料，这材料见光就融化，那光从哪里来？光刻机，可以用非常精准的光线，在感光材料上刻出图案，让底下的晶圆裸露出来。

然后，用等离子体这类东西冲刷，裸露的晶圆就会被刻出很多沟槽，这套设备就叫刻蚀机。在沟槽里掺入磷元素，就得到了一堆N型半导体。

完成之后，清洗干净，重新涂上感光材料，用光刻机刻图，用刻蚀机刻沟槽，再撒上硼，就有了P型半导体。

实际过程更加繁琐，大致原理就是这么回事。有点像3D打印，把导线和其他器件一点点一层层装进去。

这块晶圆上的小方块就是芯片。芯片放大了看就是成堆成堆的电路，这些电路并不比那台30吨计算机的电路高明，最底层都是简单的门电路。

只是采用了更多的器件，组成了更庞大的电路，运算性能自然就提高了。

据说这就是一个与非门电路：

提个问题：为啥不把芯片做的更大一点呢？这样不就可以安装更多电路了吗？性能不就赶上外国了嘛？

这个问题很有意思，答案出奇简单：钱！

一块300mm直径的晶圆，16nm工艺可以做出100块芯片，10nm工艺可以做出210块芯片，于是价格就便宜了一半，在市场上就能死死摁住竞争对手，赚了钱又可以做更多研发，差距就这么拉开了。

说个题外话，中国军用芯片基本实现了自给自足，因为咱不计较钱嘛！可以把芯片做的大大的。

另外，越大的硅片遇到杂质的概率越大，所以芯片越大良品率越低。总的来说，大芯片的成本远远高于小芯片，不过对军方来说，这都不叫事儿。

可别把“龙芯”和“汉芯”混为一谈

第三：设计与制造

视频了解CPU是如何生产的——

用数以亿计的器件组成如此庞大的电路，想想就头皮发麻，所以芯片的设计异常重要，重要到了和材料技术相提并论的地步。

一个路口红绿灯设置不合理，就可能导致大片堵车。电子在芯片上跑来跑去，稍微有个PN结出问题，电子同样会堵车。

这种精巧的线路设计，只有一种办法可以检验，那就是：用！大量大量的用！

现在知道芯片成本的重要性了吧，因为你不会多花钱去买一台性能相同的电脑，而芯片企业没了市场份额，很容易陷入恶性循环。

正因为如此，芯片设计不光要烧钱，也需要时间沉淀，属于“烧钱烧时间”的核心技术。

既然是核心技术，自然就会发展出独立的公司，所以芯片公司有三类：设计制造都做、只做设计、只做制造。

半导体是台湾少有的仍领先大陆的技术了，基于两岸实质上的分治状态，所以中国大陆和台湾暂且分开表述。

早期的设计制造都是一块儿做的，最有名的：美国英特尔、韩国三星、日本东芝、意大利法国的意法半导体；中国大陆的：华润微电子、士兰微；中国台湾的：旺宏电子等。

外国、台湾、大陆三方，最落后的就是大陆，产品多集中在家电遥控器之类的低端领域，手机、电脑这些高端芯片几乎空白！

后来随着芯片越来越复杂，设计与制造就分开了，有些公司只设计，成了纯粹的芯片设计公司。如，美国的高通、博通、AMD，中国台湾的联发科，大陆的华为海思、展讯等。

挨个点评几句。

大名鼎鼎的高通就不多说了，世界上一半手机装的是高通芯片；

博通是苹果手机的芯片供应商，手机芯片排第二毫无悬念；

AMD和英特尔基本把电脑芯片包场了。

台湾联发科走的中低端路线，手机芯片的市场份额排第三，很多国产手机都用，比如小米、OPPO、魅族。不过最近被高通干的有点惨，销量连连下跌。

华为海思是最争气的，大家肯定看过很多故事了，不展开。除了通信芯片，海思也做手机用的麒麟芯片，市场份额随着华为手机的增长排进了前五。个人切身体会，海思芯片的进步真的相当不错。

展讯是清华大学的校办企业，比较早的大陆芯片企业，毕竟不能被人剃光头吧，硬着头皮上，走的是低端路线。前段时间传出了不少危机，后来又说是变革的开始，过的很不容易，和世界巨头相差甚多。

大陆还有一批芯片设计企业，晨星半导体、联咏科技、瑞昱半导体等，都是台湾老大哥的子公司，产品应用于电视、便携式电子产品等领域，还挺滋润。

还有一类只制造、不设计的晶圆代工厂，这必须得先说台湾的台积电。正是台积电的出现，才把芯片的设计和制造分开了。

2017年台积电包下了全世界晶圆代工业务的56%，规模和技术均列全球第一，市值甚至超过了英特尔，成为全球第一半导体企业。

晶圆代工厂又是台湾的天下，除了台积电这个巨无霸，台湾还有联华电子、力晶半导体等等，连美国韩国都得靠边站。

大陆最大的代工厂是中芯国际，还有上海华力微电子也还不错，但技术和规模都远不及台湾。

不过受制于台湾诡谲的社会现状，台积电开始布局大陆，落户南京。这几年台资、外企疯狂在大陆建晶圆代工厂，这架势和当年合资汽车有的一拼。

大陆的中芯国际具备28nm工艺，14nm的生产线也在路上，可惜还没盈利。大家还是愿意把这活交给台积电，台积电几乎拿下了全球70%的28nm以下代工业务。

美国、韩国、台湾已具备10nm的加工能力，最近几个月台积电刚刚上线了7nm工艺，稳稳压过三星，首批客户就是华为的麒麟980芯片。

这俩哥们儿早就是老搭档了，华为设计芯片，台积电加工芯片。

说真的，如果大陆能整合台湾的半导体产业，并利用灵活的政策和庞大的市场促进其进一步升级，我们追赶美帝的步伐至少轻松一半。

第四：核心设备

芯片良品率取决于晶圆厂整体水平，但加工精度完全取决于核心设备，就是前面提到的“光刻机”。

光刻机，荷兰阿斯麦公司(ASML)横扫天下！不好意思，产量还不高，你们慢慢等着吧！

无论是台积电、三星，还是英特尔，谁先买到阿斯麦的光刻机，谁就能率先具备7nm工艺。没办法，就是这么强大！

日本的尼康和佳能也做光刻机，但技术远不如阿斯麦，这几年被阿斯麦打得找不到北，只能在低端市场抢份额。

阿斯麦是唯一的高端光刻机生产商，每台售价至少1亿美金，2017年只生产了12台，2018年预计能产24台，这些都已经被台积电三星英特尔抢完了。

2019年预测有40台，其中一台是给咱们的中芯国际。

既然这么重要，咱不能多出点钱吗？

第一：英特尔有阿斯麦15%的股份，台积电有5%，三星有3%，有些时候吧，钱不是万能的。

第二，美帝整了个《瓦森纳协定》，敏感技术不能卖。

有意思的是，2009年上海微电子的90纳米光刻机研制成功(核心部件进口)，2010年美帝允许90nm以上设备销售给中国。

后来，中国开始攻关65nm光刻机，2015年美帝允许65nm以上设备销售给中国，再后来美帝开始管不住小弟了，中芯国际才有机会去捡漏一台高端机。

不过咱也不用气馁，咱随便一家房地产公司，销售额轻松秒杀阿斯麦，哦耶！

重要性仅次于光刻机的刻蚀机，中国的状况要好很多，16nm刻蚀机已经量产运行，7-10nm刻蚀机也在路上了，所以美帝很贴心的解除了对中国刻蚀机的封锁。

在晶圆上注入硼磷等元素要用到“离子注入机”，2017年8月终于有了第一台国产商用机，水平先不提了。离子注入机70%的市场份额是美国应用材料公司的。

涂感光材料得用“涂胶显影机”，日本东京电子公司拿走了90%的市场份额。即便是光刻胶这些辅助材料，也几乎被日本信越、美国陶氏等垄断。

2015年至2020年，国内半导体产业计划投资650亿美元，其中设备投资500亿美元，再其中480亿美元用于购买进口设备。

算下来，这几年中国年均投入130亿，而英特尔一家公司的研发投入就超过130亿美元。

论半导体设备，中国，任无比重、道无比远啊！

第五：封测

芯片做好后，得从晶圆上切下来，接上导线，装上外壳，顺便还得测试，这就叫封测。

封测又又又是台湾的天下，排名世界第一的日月光，后面还跟着一堆实力不俗的小弟：矽品、力成、南茂、欣邦、京元电子。

大陆的三大封测巨头，长电科技、华天科技、通富微电，混的都还不错，毕竟只是芯片产业的末端，技术含量不高。

（按：最新的消息，紫光29.18亿台币入股第一封装大厂日月光：占股30％）

说说我们的中国芯

说起中国芯片，不得不提“汉芯事件”。2003年上海交通大学微电子学院院长陈进教授从美国买回芯片，磨掉原有标记，作为自主研发成果，骗取无数资金和荣誉，消耗大量社会资源，影响之恶劣可谓空前！以致于很长一段时间，科研圈谈芯色变，严重干扰了芯片行业的正常发展。

硅原料、芯片设计、晶圆加工、封测，以及相关的半导体设备，绝大部分领域中国还是处于“任重而道远”的状态。

那这种懵逼状态还得持续多久呢？根据“烧钱烧时间”理论，掐指算算，大约是2030年吧！

国务院印发的《集成电路产业发展纲要》明确提出，2030年集成电路产业链主要环节达到国际先进水平，一批企业进入国际第一梯队，产业实现跨越式发展。

当前，中国芯片的总体水平差不多处在刚刚实现零突破的阶段，虽然市场份额微乎其微，但每个领域都参了一脚，前景还是可期待的。

芯片的极限在哪里

文末，习惯性抱怨一下人类科技的幼稚。

芯片，作为大伙削尖脑袋能达到的最高科技水准，其基础的能带理论竟然只是个近似理论，电子的行为仍然没法精确计算。

再往大了说，别看现在的技术纷繁复杂，其实就是玩玩电子而已，至于其他几百种粒子，还完全不知道怎么玩！

芯片加工精度已经到了7nm，虽然三星吹牛说要烧到3nm，可那又如何？

你还能继续烧吗？1nm差不多就是几个原子而已，量子效应非常显著，近似理论就不好使了，电子的行为更加难以预测，半导体行业就得在这儿歇菜。

烧钱也好，烧时间也罢，烧到尽头就是理论物理。基础科学除了烧钱烧时间，还得烧人，烧的异常惨烈，100个高智商，99个都是垫脚石！

工程师可以半道出家，但物理学家必须科班出身，基础科学在中国被忽视了五千多年，如今每年填报热度还不如耍戏的。

不能光折腾电子了，为了把中微子也用起来，咱赶紧忽悠，哎，不对，是呼吁更多孩子学基础科学吧！

工业沉淀我们从改革开放才逐步放开，而西方国家已经工业革命1百多年，我们用四十年走完其一两百年才走完的工业革命，实属奇迹，从无到有，从有到强，都需要时间沉淀，芯片行业是一个集成度较高产业，人才，设备，技术，资金等.现在国内比较缺设备，荷兰光刻机对大陆限制出口，不过这一困境正在改变，荷兰准每在无锡设立基地，相信在不久的未来设备改善后，资金的注入，人才的加盟，中国一定能制造出高端芯片 一定会有类似于国际高端芯片的中国企业引领科技潮流

届时家电，机械，电工，电气，航天，化工等都有一颗中国芯.

微电子研究生在读，希望我的回答对你和看到的朋友有帮助！

造一颗芯片有多难？

芯片是从沙子开始的，从沙子到芯片要经历6000道工序，沙子到硅晶圆要经历5000道工序，硅晶圆到芯片中的工序，其中跟光刻机相关的有100多道工序，光刻工艺是半导体制程中的核心工艺，也是尖端制造水平的代表。造一颗芯片，尤其是高端芯片，那是要在比头发丝还要小10000倍的晶圆上刻出器件，就拿麒麟990 5G来说，小小的芯片上面集成了100多亿个晶体管，这样的技术有多难，能够想象得到吧？

中国为什么造不出自己的高端芯片？

其实中国可以造出自己的芯片，如果纯用国产的设备造出的芯片不算是太高端，什么叫不太高端，就是相对集成的晶体管没有那么多，都是相对比较大的尺寸！上面我们也说了光刻工艺是顶尖制造水平的代表！

那我先介绍一下光刻机的重要性！

像我们做的一些简单的器件，要经历多道工序，对于晶圆，首先涂上光刻胶，然后匀胶处理，再利用光刻机进行曝光，可以利用无掩膜和有掩膜的光刻机，如果用的是正胶，进行光刻曝光后可以将曝光的光刻胶用显影液洗掉，如果是负胶，曝光的地方不会被洗掉，留下的就是我们想要进行制作的器件图形，这一阶段说白了就是“做图纸”，这个过程就是保留下我们想要的器件图形，不会对晶圆造成损坏，接下来要做的刻蚀就要沿着这个图纸进行操作，还要镀金属等一些操作，这些刻蚀，镀金属操作都要先进行光刻操作，所以光刻机在制造芯片中起到什么作用，我相信看到的朋友心里都会有数。没有光刻机，这个“图纸”就做不出来，所以就成了卡脖子的核心设备！

这一个卡脖子的设备，目前国内做的最好的企业是上海微电子设备，据说28nm的光刻机在2021到2022年能够出货，经过过次曝光能够制造11nm工艺制程的芯片，如果真的能够实现，这种突破是很大的，可以说是能够比肩佳能和尼康，在卡脖子的核心设备光刻机上能够向前迈进一大步！