造个芯片，怎么比登天还难

梁海涛

芯片制作过程中的光刻技术示意图

前不久，美国商务部宣布禁止向中兴公司出售元器件产品，期限为7年。中兴公司表示，此次禁令不仅伤害中兴，也伤害了大量美国企业在内的中兴合作伙伴，必须反对把贸易政治化，反对某些国家单边主义破坏全球产业链。

一时间，全国哗然。媒体上新闻漫天，股市里芯片股涨停，连公交车上都有人在讨论集成电路。然而，究竟有多少人真正知道何为芯片？芯片是怎么被造出来的？为什么我们要造个芯片难度那么大？ 要回答这些问题，就得从芯片的工作原理说起。

众所周知，只要有电子产品，就离不开芯片。芯片，英文chip，通常被分为两种：一种是功能芯片，比如我们常说的中央处理器（CPU），就是带有计算功能的芯片;另一种就是存储芯片，比如电脑里的闪存（Flash），是一種能储存信息的芯片。

这两种芯片，本质上都是载有集成电路的硅片。怎么理解呢？就是我们在一片硅片上，按照设计刻出一些凹槽，在凹槽里填充一些介质，从而使硅面上形成许多晶体管、电阻、电容和电感，让这片硅成了复杂的电路，得以实现一些特定的功能。所以，我们才会看到芯片放大图上那么多弯曲、平行的凸起和纹路。

听起来不难，做起来可要命。芯片的诞生分三步骤，分别是设计、制作、封装，难度依次减弱。现在全球芯片设计基本集中在美国，制作集中在中国台湾和韩国，中国大陆大部分承担的是封装工作，也就是把芯片装到板上拿出去卖。拿中兴为例，他们的芯片90%都是从美国进口的，少数自主研发的则是中低端芯片。可以说，在芯片的电路设计这个领域，中国的竞争力远不如美国和韩国。

设计难，制作也不简单。我们来看具体过程。首先，需要提取纯硅，就是把二氧化硅（其实就是沙子）还原成硅单质，把硅打成硅锭切片，就得到了硅片——这相当于芯片的“地基”。这个步骤简单，我们的技术做得很不错。

有了硅片后，就要在上面涂一层胶，名为“光刻胶”。这是一种感光胶状物，当用紫外线加透镜去照射某一个部位，胶面会发生变化，之后利用化学原理进行腐蚀，光照过的部分就会被腐蚀掉，留下凹槽。此时，往凹槽里添加硼、磷等介质，就出现了一个半导体或者电容。以此类推，我们再涂一层胶，再照、再腐蚀、再掺入，不断重复，像搭房子一样搭出了一个复杂的集成电路，也就搭出了芯片的核心部分。

然而，以上说的只是光刻技术的基本原理，实际操作起来要复杂得多，还会涉及波长等问题。光刻最主要的器械就是光刻机，这项技术长期被荷兰、日本、德国垄断，一台机器要花七八亿元人民币，而且他们只优先提供给中国台湾、韩国等大客户。中国大陆也有自己的光刻机，但是和世界先进水平比，差距还很大。

所以，现在看来，中国要真正做出自己的芯片，顶层设计和光刻技术是两大难题。但我们也有理由相信，以中国的科研实力和技术积累，突破这两个难关只是时间问题罢了。