智能手機(jī)因?yàn)樗鼜?qiáng)大的功能和便利性，已經(jīng)成為人們生活中不可或缺的電子產(chǎn)品?，F(xiàn)在很多中、小學(xué)生也都有一部自己的智能手機(jī)，它給大家的生活和學(xué)習(xí)帶來(lái)了很多便利，也豐富了同學(xué)們的娛樂(lè)生活。然而，許多人或許不知道，智能手機(jī)里也有一個(gè)“大腦”，它是手機(jī)里最重要的元件：手機(jī)處理器。 

　　如果單說(shuō)手機(jī)處理器，大家或許會(huì)覺得很高大上，或者聽起來(lái)很陌生，實(shí)際上手機(jī)處理器本質(zhì)上是一個(gè)芯片，如果我們把一個(gè)iPhone6s手機(jī)拆開，就可以看到內(nèi)部結(jié)構(gòu)中有一個(gè)標(biāo)示了A9的黑色方形器件如圖1所示，這就是手機(jī)處理器芯片。手機(jī)處理器芯片是一個(gè)復(fù)雜的電路系統(tǒng)，圖2是芯片內(nèi)部真正的樣子，而我們平時(shí)看到的芯片的模樣實(shí)際上是把芯片 

　　圖1 iPhone6s中的A9芯片 

　　圖2 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu) 

　　封裝之后的樣子。芯片封裝，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是給圖2中的芯片安裝一個(gè)外殼，而芯片內(nèi)部電路是要與外部電路連接的，因此還要把內(nèi)部芯片的接點(diǎn)通過(guò)導(dǎo)線連接到外殼的引腳上。因?yàn)閮?nèi)部芯片是非常脆弱的，如果暴露在外界會(huì)受到空氣中雜質(zhì)和水分以及射線的影響，造成芯片性能下降甚至完全失效，而封裝之后的芯片，被外殼保護(hù)了起來(lái)，既方便運(yùn)輸保管，又方便以后焊接使用。 

　　同學(xué)們第一次看到芯片的樣子時(shí)，肯定會(huì)覺得非常的五彩繽紛，實(shí)際上芯片內(nèi)部的電路是十分細(xì)微和復(fù)雜的。目前最先進(jìn)的手機(jī)處理器芯片內(nèi)部已經(jīng)有三十多億個(gè)晶體管，每個(gè)晶體管的大小都在納米數(shù)量級(jí)。晶體管可以說(shuō)是芯片內(nèi)最基本的器件了，圖3是一個(gè)基本的晶 

圖3 晶體管結(jié)構(gòu) 

　　體管立體結(jié)構(gòu)圖，可以看到晶體管由柵（Gate）、源（Source）和漏（Drain）等部分組成，然后再由多個(gè)晶體管構(gòu)成不同的邏輯門，再用導(dǎo)線把各個(gè)邏輯門連接起來(lái)，最終就實(shí)現(xiàn)了整個(gè)芯片的邏輯功能。在目前最先進(jìn)的微電子工藝中，互連導(dǎo)線的最小線寬可以達(dá)到10nm量級(jí)，這大概相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的萬(wàn)分之一的大小。晶體管作為芯片中的基本元件，對(duì)整個(gè)芯片的實(shí)現(xiàn)是至關(guān)重要的，值得一提的是，在晶體管器件領(lǐng)域有一位叫胡正明的華人教授做了相當(dāng)大的貢獻(xiàn)，他提出了FinFet晶體管結(jié)構(gòu)（圖4），因?yàn)檫@個(gè)結(jié)構(gòu)有些像魚的鰭，因此被稱為鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管，它具有功耗低，面積小的優(yōu)點(diǎn)。從2011年開始，最先進(jìn)的微電子工藝已開始采用他所提出的晶體管結(jié)構(gòu)。 

圖4 胡正明教授及其提出的FinFet晶體管結(jié)構(gòu) 

    芯片的設(shè)計(jì)者把內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系設(shè)計(jì)出來(lái)，但要真正做出來(lái)一個(gè)芯片，還要把設(shè)計(jì)交由芯片制造廠商，由他們經(jīng)過(guò)幾十道精細(xì)而又復(fù)雜的工藝流程，最終制造出想要的芯片。制造芯片的材料是來(lái)自于二氧化硅，這也是沙子的主要成分，因此很多人稱微電子制造工藝為一門“從沙子到芯片”的藝術(shù)。首先由開始，經(jīng)過(guò)一系列的化學(xué)反應(yīng)得到高純度的，然后再?gòu)倪@個(gè)高純度的熔化了的硅中拉出晶棒，再把晶棒進(jìn)行切割得到薄片，就得到了一個(gè)個(gè)硅片（圖5），而芯片就是在這一個(gè)個(gè)硅片上制造的。芯片的制造廠商從一個(gè)硅片開始，把芯片設(shè)計(jì)者所要求的電路制作在硅片上，這是一個(gè)非常復(fù)雜的工藝流程，涉及到微電子、物理、化學(xué)、光學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。圖6是最終制造出來(lái)的芯片，可以看到在一個(gè)硅片上有許許多多的方形，是因?yàn)樵谝粋€(gè)硅片上可以做多個(gè)芯片，因此還需要對(duì)晶元進(jìn)行切割，得到一個(gè)個(gè)芯片，再用上面所講的方法進(jìn)行封裝。 

圖5 晶棒及硅片 

圖6 制造出的芯片 

　　手機(jī)處理器芯片的設(shè)計(jì)公司，比較著名的有像美國(guó)的高通和中國(guó)臺(tái)灣的聯(lián)發(fā)科等，它們都是單純的芯片設(shè)計(jì)公司，被稱為Fabless，而與之對(duì)應(yīng)的還有一種公司被稱為Foundry，它們就是芯片制造的代工廠，比較著名比如中國(guó)臺(tái)灣的臺(tái)積電，因此像高通這種公司負(fù)責(zé)芯片設(shè)計(jì)，然后再把它們的設(shè)計(jì)交由代工廠制造出想要的芯片。中國(guó)大陸經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，在手機(jī)處理器設(shè)計(jì)領(lǐng)域已經(jīng)有了像華為海思這樣達(dá)到了國(guó)際水平的公司，而在芯片制造領(lǐng)域中芯國(guó)際也已步入國(guó)際前列。 

　　通過(guò)對(duì)微電子行業(yè)科普知識(shí)的了解，同學(xué)們或許會(huì)發(fā)現(xiàn)，微電子就存在于我們身邊，無(wú)論是我們用的智能手機(jī)，還是我們用的電腦、智能手表等，都會(huì)找到它的身影，可以說(shuō)是“無(wú)微不至”，因此它在我們生活中所起的作用是巨大的，希望同學(xué)們能夠了解并對(duì)這個(gè)行業(yè)感興趣，好好學(xué)習(xí)，將來(lái)能從事微電子相關(guān)行業(yè)的工作，做出一番成就！