芯片为什么太难制造（芯片到底有多难）

在指甲盖大小的芯片上有数以亿计的晶体管，都是以纳米级别来计算的。

一根头发的直径是0.05毫米左右，然后要把它分成5万根，每一根的厚度大概就是一纳米了，也就是说一毫米等于100万纳米。

细菌已经小到需要用显微镜才能发现了，单个细菌直径大约是5微米，而一纳米是0.001微米，也就是说要把一个细菌再分成5000份之后才是一纳米。

这些数字是不是已经让人头大了？

大家经常说，航空发动机因为制造难度很大，所以被称之为工业皇冠上的明珠。

但其实吧，它再难也没有光刻机那么难。

最先进的航空发动机目前的报价在千万美元量级，但是最先进的光刻机目前的报价是1亿美元起步。

它的工作原理跟拍照片底片显影是一样的。

先在芯片的底片晶圆上涂一层光刻胶，然后在这个底片上掩盖上一个光罩，叫掩膜，电路图就画在这个掩膜上。

然后用光通过掩膜去照射下面的底片，也就是一个曝光的过程，光刻胶遇到光会发生化学反应，通过这样的化学反应，就把掩膜上的电路图印在了底片上。

就像一个超大的单反相机，它的镜头可以高达2米、直径1米，甚至会更大。

再接下来，我们来把这个光刻胶去掉，它曝光的地方已经发生了化学反应会留下来。

然后，我们要对没有光刻胶的地方进行刻蚀，这样就把这个电路图彻底搬到了晶圆上。

有一个很形象的比喻，相当于两架飞机肩并肩地一起向前飞。

在飞行的过程当中，一架飞机伸出一把刀，另外一架飞机伸出一粒米，然后要在这粒米上头刻字，还不能刻坏了。

我们暂且不说这个光刻机的设备有多复杂，它的工作环境苛刻得让人窒息。

美国韦伯太空望远镜，他的无尘房间空气的清洁度是要求每立方米的空气大于0.5微米的灰尘不得超过35.2万个，这是相关专业标准的ISO7级。

而光刻机要达到ISO1级，每立方米空气当中小于0.1微米的微粒数量不得大于10个。注意是小于，也就是说大于0.1微米的颗粒完全不能有，比它小的也不能超过10个。

而我们普通人正常的生活环境，空气当中的尘埃是这个标准的500万倍，听到这个数字是不是很崩溃？

光刻机只是我们相对来说最熟悉的，最核心的一个环节，但是芯片制造远远不止这一个环节，包括芯片的设计、芯片的制作，以及封装、测试等等，每一个环节都是一次万里长征。

有媒体报道，芯片设计环节，我们和世界第一的差距是3.5倍；而芯片制造这个环节，我们和世界第一的差距是10倍；等到了芯片生产设备环节，我们和世界第一的差距更是达到惊人的63倍。

但这些年我们投入了那么大的资金，那么多的企业，一直在努力啊，而且不是总有新闻说中国的芯片技术又有突破了吗？

是的，我们一直在努力，可能是某一项技术有了单点的突破，但是要想做出最高标准的芯片，而且还不是在实验室里的研究成果，要变成流水线上的产品，还有很长一段路。

台积电、三星，3纳米的芯片都已经提上了生产日程，而我们还在7纳米的技术上挣扎，最好的芯片也就是中芯国际的14纳米的芯片，也才刚刚实现量产。

我又想到另外一个数字，坐稳了，我们再来说说芯片的那块底板，就是晶圆。

晶圆的原材料是硅，硅说起来其实太普通了，就是从沙子里头提取出来的，但是芯片需要的硅不是普通的硅。

它的纯度要达到11个9，就是99.999999999%。

我的天哪，全都是天文数字，最后真的只能感叹科技改变生活，科技改变世界，一定要做一个爱科学的好孩子。

奥利给已经晕了，我们下期接着聊。

#中国自研光刻机有多难##华为麒麟芯片将无法再生产##中国加快芯片国产化##中国芯片让人恨铁不成钢#