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1.1 昂贵的芯片与廉价的沙子

你有没有听说过,因为人类半导体的大发展,全世界的沙子都快用完了?

这句话并不完全是笑话,因为作为高端工业品的芯片,还真的就来自最不起眼的沙子。而能将芯片与沙子联系起来的,是一种重要元素——硅。

硅元素在地球上并不少,大约占到26%,仅次于氧元素。它看似很多,随手可得,但其实很难提取。这里涉及一个工业上的概念——提取成本。

举个简单的例子。在古代,清晨花瓣上的露水是最适合泡茶的水源,它有一个名字叫作初露。据说杨贵妃泡茶使用的就是初露。下图是清晨花瓣上的露水。

»清晨花瓣上的露水

其实初露与从井里打上来的水差不多,但是可以想象,二者的获取成本天差地别。

在工业领域,成本是最重要的考虑因素之一,不可能不计成本地获取“初露”。因此,要想提取半导体芯片所需的硅,就必须找到最容易制备、成本最低的物质。因此人们选择了沙子。下图是广袤的沙漠。

»广袤的沙漠

沙子是地球上含量比较丰富的物质之一,其中含有大量的二氧化硅。一些优质沙矿的二氧化硅含量甚至高达90%以上。也就是理论上1吨高质量的沙子能够提取将近900千克的二氧化硅。沙子的筛选和纯净工艺也很成熟,成本相对较低。

当然,就如同初露与井水一样,虽然都是水,但由于获取成本完全不同,所以有的成为人们的生活用水,有的能给杨贵妃泡茶用。沙子也一样,能够成为半导体原材料的沙子与一般的沙子也是有区别的。因此,如果想让本节开始的那句话更准确,应该说:适合制造半导体的沙子快用完了。

人们将沙子中的杂质清洗分离,就可以制备出纯净的二氧化硅,这就是制造芯片最初的材料。但是这样的材料不能直接用来制造芯片,必须再进行多次纯化,使其成为半导体级别的硅。

这时芯片已经走在了被制造之路上。 7GgctlRpwB2i4u0IAPCt3/QDa+N4JFOHaw3VjYuc1GehDNvhdwBAUJqthLFS+qqs

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