轉眼中秋國慶長假快結束了，一劍君為了不給高速路添堵，一直宅在家裡，也算是為節假日作貢獻了。但是這個假期真的不太平，除了美國總統大選外，諾貝爾獎也正在陸續頒發中，而跟科技有關的最大新聞，除了蘋果鐵定在10月14日發布iPhone12外，當屬我們的國産手機品牌，其出貨量已占全球半壁江山。但網友們心中不爽的是，除了華為的麒麟芯片算是國貨外，其它品牌都成了國外的組裝廠。芯片真的難造？下面一劍君就帶大家剖析下制造芯片的基本材料——矽（Si）元素吧。

上文說到，當前制造芯片的半導體材料主是要矽，而矽元素就是以二氧化矽（SiO2）形式存在于我們常見的大量的沙子之中。

矽元素就是以二氧化矽（SiO2）形式存在于大量的沙子之中

但是制造芯片用的矽原料，其對矽的純度要求是很高的，要達到99.9999%，也就是說100萬個矽原子中，最多隻能有1個雜質原子，在這樣高的要求下，對于矽原料，隻能是多次提純。而說到我國對于矽的提煉，就不得不說到享有“中國半導體之母”尊稱的林蘭英教授了，她是我國微電子和光電子學的奠基人之一，是她在上世紀五十年代就成功地為我國研制了第一根矽單晶、第一根無錯位矽單晶和第一台高壓單晶爐。可以說，随後我們使用的收音機等涉及到的很多電子器材的半導體材料，都利益于林教授的研究成果。

矽（Si）是四價元素，意思是它的原子核最外層有四個電子，如下圖所示。

矽原子示意圖

而經過一系列提煉後的單晶矽材料，其結構相對穩定，這是因為一個原子的最外層電子與另一個原子的最外層電子形成了電子對，這就是所謂的共價鍵了，如下圖所示。

共價鍵

摻雜一些元素，讓矽能按人們的意願自動執行電流開關工作

半導體材料在一定條件下，可以通電，也可以不通電。要能達到人們想要的樣子，一般是給矽材料中添加另外的元素，以達到電流控制的目的。

比如，添加一個五價元素磷（P），磷元素的外層有5個電子，也就是比矽多了一個電子，當磷摻入到矽後，就能讓矽中的自由電子量增加，這種半導體材料就稱為N型半導體。既然能讓自由電子增加，當然也可以讓矽原子的自由電子減少，比如添加三價元素硼（B）， 它就能從矽原子中獲取一個電子，從而讓矽原子失去一個電子，這樣的材料就稱為P型半導體。當将這兩種不同摻雜的半導體放在一起時，就成為PN結了，再将其加入導線、管殼等，就可以封裝成各種各樣的晶體管了。

芯片（集成電路）

這樣，我們就可以通過改變外界的條件，比如電壓，就可以讓PN結開或關了，當衆多的PN結集合在一起，就成為了集成電路，按一定的設計要求，就可以達到傳送指令信息的目的了。

結語

随着信息技術的發展，半導體材料越來越得到人們的重視，改變或找到更好的原材料，也許是實現芯片自主制造的一個好方法。

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