集成电路,为什么贵比黄金,为什么?能耗巨大也。
首先,是原料硅获得的成本因素。小小集成,从沙子到芯片,价值翻倍到上万,不仅全在利润大,更在材料生产耗能巨大太多钱。我们高中学过利用活性炭,要在特别高的温下,还原硅的氧化物SiO2可以得到硅单质。需要消耗太大的热能,很不容易,纯度也只能达到90%左右。因为硅原子的外电子结构和氧公用四对电子,决定了其比铜铝等金属氧化物被碳越要更大的能量能耗。
有了简单的原料硅还不够,如果只是简单的三极管,二极管要求性能不高的纯度相对可以低些,但性能参数和优良率一定不会高,但要精加工成集成电路,就必须越纯越好。简单的说,就是把得到的相对纯度不高的单质硅,利用高温高热合成氢和氯的化合物HSiCl3,然后依旧高温到1200度,在多晶硅棒上“结晶”出6个9纯度的多晶硅(俗成沉降法)。
我们知道现在工艺越来越高,从四十纳米已经到了7纳米工艺技术,些许的不纯,就可能让成百上千的微米晶体管报废或性能受影响,所以还需要更精更纯度的硅。在近1500摄氏度的温度下,利用6个9(99.9999%)的多晶纯硅,在单晶棒上,“结晶”获得9个9(99.9999999%)的单晶硅。纯度越高,生产的芯片性能越优异
整套下来,那可是巨大的能耗消费,在当今世界,能够生产单晶的企业也是寥寥无几…也是高端材料市场必争之地,耗能耗资,芯片工艺先进的加工厂都没有精力全方面全领域布局于此.
其次,是加工集成电路的设备本身和其它成本能耗巨大。现在工艺已经到了7纳米,这就要求进的光刻机,而光刻机制造更要工艺更复杂,精度要更高,各项指标都是,也是能耗,试想单单就是雕刻光刀紫外光,如果利用激发整个光谱获得紫外光,那么紫外光在整个光谱里的能量不足百分之一,耗能巨大,利用率极低…再有就是维护造就生产环境的各种机器,
所以,集成电路产业,耗能是巨大的。一旦做的足够好,受益也是的!我想不远的将来,会用更短的波长,甚至是粒子,是射线,是X光,去刻出更微小更先进的集成电路,哪时候。制造的光刻机能耗会更巨大,工艺越先进,晶体硅也会要求会更纯…