半導體矽片是用什麼材料做的

㈠ 晶元內的矽片到底是怎樣做的

如果問及CPU的原料是什麼，大家都會輕而易舉的給出答案—是硅。這是不假，但硅又來自哪裡呢？其實就是那些最不起眼的沙子。難以想像吧，價格昂貴，結構復雜，功能強大，充滿著神秘感的CPU竟然來自那根本一文不值的沙子。當然這中間必然要經歷一個復雜的製造過程才行。不過不是隨便抓一把沙子就可以做原料的，一定要精挑細選，從中提取出最最純凈的硅原料才行。試想一下，如果用那最最廉價而又儲量充足的原料做成CPU，那麼成品的質量會怎樣，你還能用上像現在這樣高性能的處理器嗎？

除去硅之外，製造CPU還需要一種重要的材料就是金屬。目前為止，鋁已經成為製作處理器內部配件的主要金屬材料，而銅則逐漸被淘汰，這是有一些原因的，在目前的CPU工作電壓下，鋁的電遷移特性要明顯好於銅。所謂電遷移問題，就是指當大量電子流過一段導體時，導體物質原子受電子撞擊而離開原有位置，留下空位，空位過多則會導致導體連線斷開，而離開原位的原子停留在其它位置，會造成其它地方的短路從而影響晶元的邏輯功能，進而導致晶元無法使用。這就是許多Northwood Pentium 4換上SNDS（北木暴畢綜合症）的原因，當發燒友們第一次給Northwood Pentium 4超頻就急於求成，大幅提高晶元電壓時，嚴重的電遷移問題導致了CPU的癱瘓。這就是intel首次嘗試銅互連技術的經歷，它顯然需要一些改進。不過另一方面講，應用銅互連技術可以減小晶元面積，同時由於銅導體的電阻更低，其上電流通過的速度也更快。

除了這兩樣主要的材料之外，在晶元的設計過程中還需要一些種類的化學原料，它們起著不同的作用，這里不再贅述。

CPU製造的准備階段

在必備原材料的採集工作完畢之後，這些原材料中的一部分需要進行一些預處理工作。而作為最主要的原料，硅的處理工作至關重要。首先，硅原料要進行化學提純，這一步驟使其達到可供半導體工業使用的原料級別。而為了使這些硅原料能夠滿足集成電路製造的加工需要，還必須將其整形，這一步是通過溶化硅原料，然後將液態硅注入大型高溫石英容器而完成的。而後，將原料進行高溫溶化。中學化學課上我們學到過，許多固體內部原子是晶體結構，硅也是如此。為了達到高性能處理器的要求，整塊硅原料必須高度純凈，及單晶硅。然後從高溫容器中採用旋轉拉伸的方式將硅原料取出，此時一個圓柱體的硅錠就產生了。從目前所使用的工藝來看，硅錠圓形橫截面的直徑為200毫米。不過現在intel和其它一些公司已經開始使用300毫米直徑的硅錠了。在保留硅錠的各種特性不變的情況下增加橫截面的面積是具有相當的難度的，不過只要企業肯投入大批資金來研究，還是可以實現的。intel為研製和生產300毫米硅錠而建立的工廠耗費了大約35億美元，新技術的成功使得intel可以製造復雜程度更高，功能更強大的集成電路晶元。而200毫米硅錠的工廠也耗費了15億美元。下面就從硅錠的切片開始介紹CPU的製造過程。
在製成硅錠並確保其是一個絕對的圓柱體之後，下一個步驟就是將這個圓柱體硅錠切片，切片越薄，用料越省，自然可以生產的處理器晶元就更多。切片還要鏡面精加工的處理來確保表面絕對光滑，之後檢查是否有扭曲或其它問題。這一步的質量檢驗尤為重要，它直接 決定了成品CPU的質量。

新的切片中要摻入一些物質而使之成為真正的半導體材料，而後在其上刻劃代表著各種邏輯功能的晶體管電路。摻入的物質原子進入硅原子之間的空隙，彼此之間發生原子力的作用，從而使得硅原料具有半導體的特性。今天的半導體製造多選擇CMOS工藝（互補型金屬氧化物半導體）。其中互補一詞表示半導體中N型MOS管和P型MOS管之間的交互作用。而N和P在電子工藝中分別代表負極和正極。多數情況下，切片被摻入化學物質而形成P型襯底，在其上刻劃的邏輯電路要遵循nMOS電路的特性來設計，這種類型的晶體管空間利用率更高也更加節能。同時在多數情況下，必須盡量限制pMOS型晶體管的出現，因為在製造過程的後期，需要將N型材料植入P型襯底當中，而這一過程會導致pMOS管的形成。

在摻入化學物質的工作完成之後，標準的切片就完成了。然後將每一個切片放入高溫爐中加熱，通過控制加溫時間而使得切片表面生成一層二氧化硅膜。通過密切監測溫度，空氣成分和加溫時間，該二氧化硅層的厚度是可以控制的。在intel的90納米製造工藝中，門氧化物的寬度小到了驚人的5個原子厚度。這一層門電路也是晶體管門電路的一部分，晶體管門電路的作用是控制其間電子的流動，通過對門電壓的控制，電子的流動被嚴格控制，而不論輸入輸出埠電壓的大小。

准備工作的最後一道工序是在二氧化硅層上覆蓋一個感光層。這一層物質用於同一層中的其它控制應用。這層物質在乾燥時具有很好的感光效果，而且在光刻蝕過程結束之後，能夠通過化學方法將其溶解並除去。

光刻蝕

這是目前的CPU製造過程當中工藝非常復雜的一個步驟，為什麼這么說呢？光刻蝕過程就是使用一定波長的光在感光層中刻出相應的刻痕， 由此改變該處材料的化學特性。這項技術對於所用光的波長要求極為嚴格，需要使用短波長的紫外線和大麴率的透鏡。刻蝕過程還會受到晶圓上的污點的影響。每一步刻蝕都是一個復雜而精細的過程。設計每一步過程的所需要的數據量都可以用10GB的單位來計量，而且製造每塊處理器所需要的刻蝕步驟都超過20步（每一步進行一層刻蝕）。而且每一層刻蝕的圖紙如果放大許多倍的話，可以和整個紐約市外加郊區范圍的地圖相比，甚至還要復雜，試想一下，把整個紐約地圖縮小到實際面積大小隻有100個平方毫米的晶元上，那麼這個晶元的結構有多麼復雜，可想而知了吧。

當這些刻蝕工作全部完成之後，晶圓被翻轉過來。短波長光線透過石英模板上鏤空的刻痕照射到晶圓的感光層上，然後撤掉光線和模板。通過化學方法除去暴露在外邊的感光層物質，而二氧化硅馬上在陋空位置的下方生成。

摻雜

在殘留的感光層物質被去除之後，剩下的就是充滿的溝壑的二氧化硅層以及暴露出來的在該層下方的硅層。這一步之後，另一個二氧化硅層製作完成。然後，加入另一個帶有感光層的多晶硅層。多晶硅是門電路的另一種類型。由於此處使用到了金屬原料（因此稱作金屬氧化物半導體），多晶硅允許在晶體管隊列埠電壓起作用之前建立門電路。感光層同時還要被短波長光線透過掩模刻蝕。再經過一部刻蝕，所需的全部門電路就已經基本成型了。然後，要對暴露在外的硅層通過化學方式進行離子轟擊，此處的目的是生成N溝道或P溝道。這個摻雜過程創建了全部的晶體管及彼此間的電路連接，每個晶體管都有輸入端和輸出端，兩端之間被稱作埠。
重復這一過程
從這一步起，你將持續添加層級，加入一個二氧化硅層，然後光刻一次。重復這些步驟，然後就出現了一個多層立體架構，這就是你目前使用的處理器的萌芽狀態了。在每層之間採用金屬塗膜的技術進行層間的導電連接。今天的P4處理器採用了7層金屬連接，而Athlon64使用了9層，所使用的層數取決於最初的版圖設計，並不直接代表著最終產品的性能差異
接下來的幾個星期就需要對晶圓進行一關接一關的測試，包括檢測晶圓的電學特性，看是否有邏輯錯誤，如果有，是在哪一層出現的等等。而後，晶圓上每一個出現問題的晶元單元將被單獨測試來確定該晶元有否特殊加工需要。

而後，整片的晶圓被切割成一個個獨立的處理器晶元單元。在最初測試中，那些檢測不合格的單元將被遺棄。這些被切割下來的晶元單元將被採用某種方式進行封裝，這樣它就可以順利的插入某種介面規格的主板了。大多數intel和AMD的處理器都會被覆蓋一個散熱層。在處理器成品完成之後，還要進行全方位的晶元功能檢測。這一部會產生不同等級的產品，一些晶元的運行頻率相對較高，於是打上高頻率產品的名稱和編號，而那些運行頻率相對較低的晶元則加以改造，打上其它的低頻率型號。這就是不同市場定位的處理器。而還有一些處理器可能在晶元功能上有一些不足之處。比如它在緩存功能上有缺陷（這種缺陷足以導致絕大多數的CPU癱瘓），那麼它們就會被屏蔽掉一些緩存容量，降低了性能，當然也就降低了產品的售價，這就是Celeron和Sempron的由來。

在CPU的包裝過程完成之後，許多產品還要再進行一次測試來確保先前的製作過程無一疏漏，且產品完全遵照規格所述，沒有偏差。

我們希望這篇文章能夠為一些對於CPU製作過程感興趣的人解答一些疑問。畢竟作者水平有限，不可能以專業的水平把製作過程完全展示給您，如果您有興趣繼續鑽研，建議您去閱讀一些有關集成電路製造的高級教材

㈡ 什麼是半導體 為什麼晶元要用半導體做

材料的電阻率界於金屬與絕緣材料之間的材料。

㈢ 為什麼選擇矽片做做晶元它的信息存儲原理是什麼

硅材料具有耐高溫和抗輻射性能較好，特別適宜製作大功率器件的特性而成為應用最多的一種半導體材料，集成電路半導體器件大多數是用硅材料製造的。硅在室溫的化學性質很穩定,且現在的矽片加工工藝,很容易制備大尺寸平整度在納米級水平的矽片,使得該方法有望用於信息存儲技術。

單晶硅：熔融的單質硅在凝固時硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長成晶面取向相同的晶粒，則這些晶粒平行結合起來便結晶成單晶硅。單晶硅具有準金屬的物理性質，有較弱的導電性，其電導率隨溫度的升高而增加，有顯著的半導電性。

超純的單晶硅是本徵半導體。在超純單晶硅中摻入微量的ⅢA族元素，如硼可提高其導電的程度，而形成p型硅半導體；如摻入微量的ⅤA族元素，如磷或砷也可提高導電程度，形成n型硅半導體。

(3)半導體矽片是用什麼材料做的擴展閱讀：

硅有明顯的非金屬特性，可以溶於鹼金屬氫氧化物溶液中，產生（偏）硅酸鹽和氫氣。

硅原子位於元素周期表第IV主族，它的原子序數為Z=14，核外有14個電子。電子在原子核外，按能級由低硅原子到高，由里到外，層層環繞，這稱為電子的殼層結構。硅原子的核外電子第一層有2個電子，第二層有8個電子，達到穩定態。

最外層有4個電子即為價電子，它對硅原子的導電性等方面起著主導作用。

正因為硅原子有如此結構，所以有其一些特殊的性質：最外層的4個價電子讓硅原子處於亞穩定結構，這些價電子使硅原子相互之間以共價鍵結合，由於共價鍵比較結實，硅具有較高的熔點和密度；

化學性質比較穩定，常溫下很難與其他物質（除氟化氫和鹼液以外）發生反應；硅晶體中沒有明顯的自由電子，能導電，但導電率不及金屬，且隨溫度升高而增加，具有半導體性質。

㈣ 半導體的主要材料是什麼

半導體：常溫下導電性能介於導體（conctor）與絕緣體（insulator）之間的材料專。
主要材料：
元素半屬導體：鍺和硅是最常用的元素半導體；
化合物半導體：包括第Ⅲ和第Ⅴ族化合物（砷化鎵、磷化鎵等）、第Ⅱ和第Ⅵ族化合物（ 硫化鎘、硫化鋅等）、氧化物（錳、鉻、鐵、銅的氧化物）,以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物組成的固溶體（鎵鋁砷、鎵砷磷等）。
技術科研領域：
(1)集成電路
它是半導體技術發展中最活躍的一個領域，已發展到大規模集成的階段。在幾平方毫米的矽片上能製作幾萬只晶體管，可在一片矽片上製成一台微信息處理器，或完成其它較復雜的電路功能。集成電路的發展方向是實現更高的集成度和微功耗，並使信息處理速度達到微微秒級。
(2)微波器件
半導體微波器件包括接收、控制和發射器件等。毫米波段以下的接收器件已廣泛使用。在厘米波段，發射器件的功率已達到數瓦，人們正在通過研製新器件、發展新技術來獲得更大的輸出功率。
(3)光電子器件
半導體發光、攝象器件和激光器件的發展使光電子器件成為一個重要的領域。它們的應用范圍主要是：光通信、數碼顯示、圖象接收、光集成等。

㈤ 什麼叫矽片，矽片的具體定義是什麼

矽片是製作晶體管和集成電路的原料.一般是單晶硅的切片.
矽片，是製作集成電路的重要材料，通過對矽片進行光刻、離子注入等手段，可以製成各種半導體器件。用矽片製成的晶元有著驚人的運算能力。科學技術的發展不斷推動著半導體的發展。自動化和計算機等技術發展，使矽片（集成電路）這種高技術產品的造價已降到十分低廉的程度。

㈥ 矽片的原材料是什麼

多晶硅原料：
1.太陽能用多晶硅：6N， P型
2.頭尾料：P型
3.破碎半導體級矽片：P型，圓弧型碎片

價格:200美元/公斤

㈦ 矽片 做什麼用的。跟半導體和PCB板是什麼關系

矽片就是是製作集成電路的重要材料，可以通過對矽片進行光刻、離子注入等手段，可以製成各種半導體器件。由於硅元素是地殼中儲量最豐富的元素之一，對太陽能電池這樣註定要進入大規模市場（mass market）的產品而言，儲量的優勢也是硅成為光伏主要材料的原因之一。

為了製造半導體元件和集成電路（IC）。必須先製造出純凈的矽片，然後用各種工藝（光刻蝕、摻雜等等）在矽片上做出導電的半導體電路。

在同樣大小的矽片上，就能做出來數量更多的電路，即能實現更高的集成度。同時，由於電路之間距離小了，導線的長度短了，所需的工作電壓更低，能降低功耗，提高運行速度。

(7)半導體矽片是用什麼材料做的擴展閱讀：

對於以矽片為基底的光伏電池來說，晶體硅(c-Si)原料和切割成本在電池總成本中占據了最大的部分。光伏電池生產商可以通過在切片過程中節約硅原料來降低成本。降低截口損失可以達到這個效果，截口損失主要和切割線直徑有關，是切割過程本身所產生的原料損失。提升機台產量。

讓矽片變得更薄同樣可以減少硅原料消耗。在過去的十多年中，矽片厚度將變成 100μm. 減少矽片厚度帶來的效益是驚人的，從330μm 到 130μm，光伏電池製造商最多可以降低總體硅原料消耗量多達60%。

㈧ 晶元是什麼用什麼材料做的有什麼特點和用途

晶元指內含集成電路的矽片，體積很小，常常是計算機或其他電子設備的一部分。
晶元，英文為Chip；晶元組為Chipset。晶元一般是指集成電路的載體，也是集成電路經過設計、製造、封裝、測試後的結果，通常是一個可以立即使用的獨立的整體。「晶元」和「集成電路」這兩個詞經常混著使用，比如在大家平常討論話題中，集成電路設計和晶元設計說的是一個意思，晶元行業、集成電路行業、IC行業往往也是一個意思。實際上，這兩個詞有聯系，也有區別。集成電路實體往往要以晶元的形式存在，因為狹義的集成電路，是強調電路本身，比如簡單到只有五個元件連接在一起形成的相移振盪器，當它還在圖紙上呈現的時候，我們也可以叫它集成電路，當我們要拿這個小集成電路來應用的時候，那它必須以獨立的一塊實物，或者嵌入到更大的集成電路中，依託晶元來發揮他的作用；集成電路更著重電路的設計和布局布線，晶元更強調電路的集成、生產和封裝。而廣義的集成電路，當涉及到行業（區別於其他行業）時，也可以包含晶元相關的各種含義。
晶元內部都是半導體材料，大部份都是硅材料，裡面的電容，電阻，二極體，三極體都是用半導體做出來的。半導體是介於像銅那樣易於電流通過的導體和像橡膠那樣的不導通電流的絕緣體之間的物質。
以非晶態半導體材料為主體製成的固態電子器件。非晶態半導體雖然在整體上分子排列無序，但是仍具有單晶體的微觀結構，因此具有許多特殊的性質。
晶元組(Chipset)是主板的核心組成部分，按照在主板上的排列位置的不同，通常分為北橋晶元和南橋晶元。北橋晶元提供對CPU的類型和主頻、內存的類型和最大容量、ISA/PCI/AGP插槽、ECC糾錯等支持。南橋晶元則提供對KBC(鍵盤控制器)、RTC(實時時鍾控制器)、USB(通用串列匯流排)、Ultra DMA/33(66)EIDE數據傳輸方式和ACPI(高級能源管理)等的支持。其中北橋晶元起著主導性的作用，也稱為主橋(Host Bridge)。

㈨ 製造半導體的矽片，原材料是普通的沙子，還是什麼

不是普通沙子，是石英。