大家知道，今年的中美贸易战，是从中兴通讯的一片小小的芯片开始的。由于专业原因，很多人对芯片是用什么制造的？怎么制造出来的这些问题知之甚少，笔者在1976年踏上工作岗位的第一份工作就是和芯片制造相关的工作，学的也是半导体工艺，虽然早就脱离这个行业了，但基本原理还是不变的，下面就说说这个芯片的来龙去脉。

全球半导体市场规模大概在3200亿美金，其中54%的芯片都出口到中国，国产芯片的市场份额只占了10%。全球77%的手机是中国制造的，但其中不到3%的手机芯片是国产的。我们一年进口芯片花费的钱，超过了我们国家军费的预算。如此昂贵的产品，大家知道吗？其99%的材料，是在地壳中最普通的元素：硅，硅元素在地壳中的比例高达26.3%，仅仅次于氧元素，地上随便一块石头，里面的元素很大一部分都是硅，当然不是以硅元素的形式存在，而是绝大部分以二氧化硅的形式存在，所以地球里排名第一第二的元素是氧元素和硅元素。

但这些通常以二氧化硅的形式存在的硅元素，还含有很多杂质。而芯片工艺要用的硅，是高纯度的单晶硅。高纯度到什么程度呢？我们一般说的起码要4个9，也就是99.9999%以上，小数点后面有4个9，甚至要求更高。什么叫单晶硅呢？通俗的说，他们的排列，就像我们国家仪仗队里的士兵一样，完全是整齐划一的排列。

单晶硅的原子的核外最外层有4个电子，如果把最外层有5个电子的元素（比如硼、璘）通过高温扩散的办法，最后扩散到半导体里面，形成的就是N型半导体；反过来讲最外层有3个电子的元素（如铟等）扩散到半导体里面，最后形成的就是P型半导体。

二极管的基本原理就是一个PN结，如果在P型上加一个正电压，在N上接地，那么这个电压足够大，这两段就会有电流产生，如果太小或者是一个负电压，就不会有电流产生。这就是PN结的单向导电性。而三极管就是在二极管的基础上再加上一个P型或者N型半导体，变成PNP或者NPN。三极管使用时可以在这三端接上电压，这样可以通过加在N型的电压的大小，来控制有没有电流或者电流的大小，而且还能实现电流的放大作用。芯片，就是由千千万万个PN结的二极管和三极管组成的。一块指甲大小的芯片，可能由上千万只PN结组成。

在芯片制造工艺中，最关键的两个工艺就是光刻和离子注入，光刻是对光敏感的光刻胶进行曝光，使得被曝光的地方容易被洗掉，没被照到的地方保持原样，这样就可以在硅单晶上刻出想要的图形了。而现在的光刻精度是nm级别的，一根头发丝大约是0.04-0.05mm左右，是nm级别的1万倍，其实能造光刻机的公司在世界上有不少，但能制造nm级别的光刻机，世界上只有荷兰的ASML，一台高端光刻机设备据说卖到5亿欧元，而且中国有钱也不卖给你。没有这个设备我们制造芯片等于白搭。而且在制造芯片过程中，光刻还不止一次，多次光刻不仅精度要求达到一根头发丝的万分之一，而且每次光刻还必须上下左右全部都对准，稍有偏差就是废品。这还仅仅是芯片制造过程中的一个工艺，还有很多常人很难想象的工艺和要求，比如说芯片中大量用的水不是普通的水，而是纯到已经不导电的去离子水，业界衡量水的纯度用电导值（就是电阻值的倒数）表示，一般的蒸馏水的电导值是10的负4次方，而要求高的芯片制造用到的去离子水的电导值可能需要到10的负12次方。所有的操作人员进车间都必须风淋，从头套到脚，甚至女孩子都不能用化妆品。另外除了制造难度外，设计也是一个非常难的课题，高达千万只晶体管的设计，没有长期的积累，好比是水中捞月。记得当年我们模仿国外的集成电路，当时的集成度还比较低，还能用磨去一层解剖一层的办法。现在这么复杂的芯片，这种方法肯定也不行了。

总之，可以这样说，芯片是人类历史上单位体积里最复杂、最精细的作品了，没有之一。把地壳含量高达26%的最不值钱的硅变成最值钱的芯片，凝集这全世界千千万万的聪明人的智慧，同时也给全世界人民带来了方便。今天从计算机、手机、空调、彩电、冰箱，那一样产品能离开芯片？可以这样说，如果没有芯片，人类历史至少倒退20年。现在我们在芯片这个领域离开世界先进水平还有相当大的距离。

笔者离开这个行业很多年了，在这里只是用最浅显的语言来让大家了解芯片制造难度之高不是我们行业外的人能了解的。不当之处还请专家们指正。