小小芯片，上千万个晶体管是怎么装上去怎么工作的？人类真牛啊
芯片确实是人类一个伟大的发明，只有用芯片才能把CPU的体积做得很小，海量的CPU集成在一起，才能够制造出超级并行计算机。
因为芯片的制造过程比较复杂，在阅读正文前，先用比喻把这个大概的原理告诉大家。
芯片的制造过程，就相当于用完全相同的材料，建设一个城市的过程。
比如我们要建造一个10平方公里的城市，那么在这10平方公里的土地上，浇筑一层10米厚的混凝土。然后在这个混凝土板上印上城市的地图，把街道部分留白。然后把盐酸倒到这块混凝土板上，留白的部分就被腐蚀出了街道，被油墨覆盖的部分就形成了建筑。然后把这些建筑物激活，城市就建成了。
现在就让我们看一下，芯片到底是怎么制造的。
》芯片的技术实际上是由1个理论，2项技术作为铺垫的。
第1个技术就是晶体管的技术，第2个技术是光刻技术。
光刻的技术就是照相制版技术的进化。因为世界上第1个大规模生产芯片的工厂是美国的仙童公司，它的老板是卖照相器材的。
芯片上要使用相同的材料制造不同功能的电子元件，这就需要晶体管。
晶体管又可以被称为固态的二极管或者是三极管。固态的意思就是说它里面没有空间，在材料上是密实的。
最开始发明的二极管和三极管都是像一个灯泡那样的，是空心的。
因为它需要实现单向导电的功能，真空二极管里面有电加热丝，加热阴极以后，在电场的作用下，向阳极发射电子才能够实现导电。
真空二极管的材料来说就有玻璃、电热丝，阴极和阳极靶板，而且还要抽真空。但是晶体管实现同样的功能只有两种材料，一种是P型材料，一种是N型材料，两个叠加在一起就可以单向导电。
科学家发现用这种方式可以实现二极管功能，是因为有一个量子力学的理论：能量和能量空穴的理论，这个理论又被称为迪拉克海理论。
这个理论可以用来解释物体的导电性，所以才会区分出绝缘体、半导体和导体。
而且，P材料和N材料，也可以用同一种材料来做，这种材料就是硅。
纯净的硅是不导电的，如果在纯净的硅里面掺入不同的杂质，就会制造出P材料和N材料。
这就是集成电路能够实现的物理基础：硅经过适当的加工，可以制造出任何电子元件。
芯片从原料开始，一直到制造出成品的过程，可以分成4步。
》第1步，制备高纯度的单晶硅片。
把二氧化硅（沙子、水晶）加热融化和焦炭混合在一起，这个时候碳就会和二氧化硅中的氧结合变成二氧化碳，二氧化碳是气体，就挥发了，剩下来的就是粗硅。
然后用化学方法把粗硅进行提纯，就得到了高纯度的多晶硅。
把多晶硅加热融化，用一个棒子慢慢的把它拉出来，就成了一个晶圆棒。
晶圆棒制备好了以后，用机器切成薄片，然后再抛光过，就形成了制造芯片的最重要材料，晶圆片。
因为芯片是方的，所以晶圆片的直径越大，边边角角的利用率越高。
2019年广州已经可以生产出12英寸的晶圆片，这是我国能够成熟生产的最大直径的晶圆片。
》第2步，光刻。
这一部分需要在晶片上刻出电子元件的形状。
雕刻形状之前要涂一层薄薄的光刻胶，这个光刻胶实际上是一种光敏树脂。
然后把设计好的集成电路的图像，通过光投影到这个光刻胶上。
因为光刻胶是光敏的，所以光照射到的地方光刻胶就起了化学反应，变成了容易被溶解掉的物质，然后用溶液清洗掉产生了化学变化的光刻胶。
集成电路的图案就从照相底片上转移到了晶片上。
然后把晶片放到腐蚀剂里进行腐蚀，没有被光刻胶覆盖的地方就被腐蚀出了凹痕。于是在晶片上就出现了各种各样的图案，这些图案就是各种各样的晶体管。
但是这个时候晶体管还没有办法工作，因为还没有被激活。
》第3步，离子注入。
因为每一个二极管都是一个P型材料和一个N型材料组成的。
要知道硅它的原子结构跟碳类似的，它外面有4个自由电子。
在高纯度硅里面掺进去外面含有5个自由电子的材料，比如说磷，就变成了 N型材料。
如果掺进去的是3个自由电子的材料，比如是硼，就变成了P型材料。
把磷和硼注入芯片中的工艺，就叫做离子注入。
这个过程完成了以后，芯片上所有的电子元件都制备好了。
然后还要用电线把它们连接起来，形成一种逻辑结构的电路。
这个过程需要在晶片上按照电路的连接方式沉淀金属铜。
等沉淀好铜以后，这个晶片就是由金属导线连接成的各种电路元件，这个时候一个晶片就做好了。
在这个过程中需要多次曝光，这取决于晶片中的电子元器件的种类、结构复杂程度。
而且每次曝光和离子注入的时候都要对准确。
因此每一步都要做到非常精确，才能做出一个成品的芯片。
制造光刻机的难度非常高，就是因为里面的细节太多，每一步都不能错。
》第4步，为了保护芯片，需要封装。
封装的过程也是检测芯片的过程。
因为芯片制造的过程很复杂，而且每一个晶体管的尺寸又很微小，所以很容易产生缺陷。
这些有缺陷的芯片怎么办呢？难道我们把它扔掉吗？当然不能这么做，这些缺陷是在芯片电路设计的时候都已经考虑到了。
芯片制程越小，就越容易产生缺陷，冗余部分的数量就要越多。
手机的芯片制程较小，它上面的集成电路虽然有100多个亿，但是它执行的功能还不如电脑芯片上面十几个亿的晶体管的功能。
封装测试厂在芯片上面加上一个保护性的外壳，同时检测出芯片内部缺陷的情况，然后把它按照品质分成级别。
挑选出来的芯片上印上型号，打上厂家的标志，缺陷少的卖高价，缺陷多的卖低价。
比如说执行90%以上功能的芯片，我们给它一个型号，这个就是最牛逼的型号，也就是卖的最贵的型号。
执行80%~60%功能的卖一个中等价格，60%以下的卖一个平民大众价格。
电脑CPU芯片，同一个批次的可以看到很多型号，它们实际上都是同一种芯片，里面的电路完全相同！
卖的价格却不一样，是因为里面的缺陷不一样。
所以有些人买了那种低价的芯片，然后就超频用，就是把一些被封闭的功能重新释放出来。