简介

芯片也称微电路，是半导体元件产品的统称，是集成电路的载体，由晶圆分割而成。

集成电路是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构;其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用宇母"C'表示。集成电路发明者为杰克•基尔比(基于锗(Ge)的集成电路)和罗伯特•诺伊斯(基于硅(Si)的集成电路)。当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路。

芯片原理

芯片是一种集成电路，由大量的晶体管构成。不同的芯片有不同的集成规模，大到几亿;小到几十、几百个晶体管。晶体管有两种状态，开和关，用1、0来表示。多个晶体管产生的多个1与0的信号，这些信号被设定成特定的功能(即指令和数据)，来表示或处理字母、数字、颜色和图形等。芯片加电以后，首先产生一个启动指令，来启动芯片，以后就不断接受新指令和数据，来完成功能。

集成电路的发展

为什么会产生集成电路?集成电路产生之前的问题是什么呢?1946年在美国诞生的世界上第一台电子计算机，它是一个占地150平方米、重达30吨的庞然大物，此时就有很多人思考如何让计算机更轻巧。1947年在美国贝尔实验室制造出来了第一个晶体管。晶体管具有电子管的主要功能，并且克服了电子管的缺点。在晶体管发明后，很快就出现了基于半导体的集成电路构想。

现在，集成电路已经在各行各业中发挥着非常重要的作用，是现代信息社会的基石。最先进的集成电路是微处理器或多核处理器的核心，可以控制计算机到手机到数字微波炉的一切。虽然设计开发一个复杂集成电路的成本非常高，但是当分散到以百万计的产品上，每个集成电路的成本最小化。这些年来，集成电路持续向更小的外型尺寸发展，使得每个芯片可以封装更多的电路。这样增加了每单位面积容量，可以降低成本和增加功能(摩尔定律)。

知识链接： 摩尔根定律是英特尔创始人之一戈登·摩尔的经验之谈，其核心内容为：集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月到24个月便会增加一倍。换言之，处理器的性能大约每两年翻一倍，同时价格下降为之前的一半。

制造

半导体集成电路工艺，包括以下步骤，并重复使用：

光刻→刻蚀→薄膜(化学气相沉积或物理气相沉积)→掺杂(热扩散或离子注入)→化学机械平坦化CMP→使用单晶硅晶圆(或III-V族，如砷化镓)用作基层，然后使用光刻、掺杂、CMP等技术制成MOSFET或BJT等组件，再利用薄膜和CMP技术制成导线，如此便完成芯片制作。

光刻机，又名掩模对准曝光机，光刻系统等，是制造芯片的核心装备。世界上只有少数厂家掌握。因此曝光机价格昂贵。

【例题】芯片是现代信息社会的基石之一，是引领新一轮科技革命和产业变革的关键。下列关于芯片的说法不正确的是：

A.芯片是内含众多电子元件及连线的半导体基片

B.当今主流芯片的基层大都是用锗材料制造而成

C.摩尔定律预测了芯片上集成的晶体管数量增长的速度

D.芯片制造涉及学术界和产业界多学科领域的研究积累

【答案】B

【解析】第一步，本题考查科技常识并选错误项。

第二步，硅基材料由于抗辐射、耐高温性能好、可靠性高等特点，在上世纪60年代后期逐步取代锗基材料成为主流半导体材料，目前95%以上的半导体芯片和器件由硅基材料制造。故B项表述错误。

因此，选择B选项。

【拓展】A项：芯片是内含集成电路的半导体基片(最常用的是硅片)，是集成电路的物理载体。集成电路是指采用特定的制造工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及元件间的连线，集成制作在一小块硅基半导体晶片上。A项正确。

C项：摩尔定律是指当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。因此，摩尔定律预测了芯片上集成的晶体管数量增长的速度。C项正确。

D项：芯片制造涉及学术界和产业界多学科领域的研究积累，包括通信与网络、微电子、自动化、生物工程、光电、电力工程等多学科。D项正确。