晶圆和芯片的初步认识

大家都知道台积电世界第一名的晶圆代工厂，不过，你知道晶圆和芯片到底是什么，又有多重要吗？

认识晶圆和芯片之前，先认识半导体

地球上的各种物质和材料具有不同的导电性，导电效果好的称为“导体”，无法导电的称为“绝缘体”，介于导体和绝缘体之间的就是“半导体”。

在半导体中加入某些杂质，就能改变和控制半导体的导电性，并将它做成电子元件，例如在硅里加入微量的砷、磷或硼，就能制成电晶体，而电晶体是芯片最重要的元件之一。由于硅的物理性质稳定，是最常被使用的半导体材料，近年又研发出第 2 代半导体砷化镓、磷化铟，和第 3 代半导体氮化镓、碳化硅、硒化锌等。

晶圆是用沙子做成的，你相信吗？

自然界中的硅，通常是以二氧化硅或硅酸盐等型态，存在于沙子、土壤和岩石之中，而且硅是地壳中含量仅次于氧的元素，换句话说，自然界里到处都有晶圆的原料。但要取得可以使用的硅，必须用高温还原二氧化硅，把纯硅提炼出来。

硅不是金属，物理性质比较接近于碳，外观是深灰色晶体状，反光的时候带有蓝色，所以看起来象是金属。

晶圆和芯片到底是什么呢?

晶圆(Wafer)是以半导体制成的圆片，过去主要以硅为原料，故也常称为硅晶圆。经过一连串加工程序，就能在晶圆上刻出电路，再切割成许多相当于指甲大小的芯片(Chip)，就象是一次做好一大块蛋糕或一大片披萨，再切片贩售。

芯片的正式名称是“积体电路”(Integrated Circuit)，简称为 IC，是一种集合电晶体、二极体、电阻器、电容器等元件的小型化电路，主要用来处理数位讯号、逻辑运算和储存资料，简单来说，就象是电子产品的大脑。一片芯片可以容纳数亿个电晶体，可想而知，芯片制造是多么精密的技术。

没有芯片，世界会灭亡！

所有的电子产品都需要芯片，包括电脑及周边设备、通讯产品、消费性电子、汽车工业等。

由于人类对电子产品的依赖度越来越高，而且芯片生产的速度跟不上需求的增加，因此芯片近年来被各国视为“战略物资”。

硅谷的名字是这样来的！

最早发明电晶体的，是美国贝尔实验室的威廉．萧克利(William Shockley)、约翰．巴丁(John Bardeen)和华特．布拉顿(Walter Brattain)，3 人还因此获得诺贝尔物理奖。萧克利在加州山景市附近创立了美国第一家半导体公司，后来旗下员工开枝散叶，相继在当地成立快捷半导体(Fairchild Semiconductor)、英特尔(Intel)、AMD 等知名的科技公司。由于硅是半导体的主要原料，当地便有了硅谷(Silicon Valley)的称号。

晶圆和芯片是如何制造的？

1.从沙子里提炼出纯硅

2.将硅制成硅晶棒（过程称为“长晶”）

3.将硅晶棒切片、研磨、抛光，做成晶圆

4.设计 IC 电路／利用光罩技术将电路复制到晶圆上

5.经过测试后进行切割、封装，成为芯片

6.芯片再经过测试，就可以组装到印刷电路板上，再安装至电子产品内

晶圆为什么有不同尺寸？N 奈米又代表什么?

晶圆的尺寸指的是它的直径大小，就跟蛋糕一样。早期的技术只能做出 2～4 寸的晶圆，随着技术进步，逐渐发展出 6 寸、8 寸、12 寸、18 寸，甚至 20 寸以上的晶圆。晶圆越大可以制造出越多芯片，让生产成本降低，但相对需要的技术层级也越高，才能维持一定的良率。

至于我们常听到的 N 奈米，指的是芯片内电晶体的闸极长度，也就是电晶体电流通道的长度，通道越短，耗电量越低，性能就越好。10 奈米以下称为先进制程，12 奈米以上则称为成熟制程，目前台积电已经领先全球研发出 7 奈米、5 奈米、3 奈米制程。

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