地球的沙子快不夠用了，那豈不是用“沙子”做的芯片以后也要“完蛋”了？

8月19日訊，日前《自然》雜志就發(fā)出呼吁，稱全球的沙子已經(jīng)不夠用了，目前沙子、礫石的開采速度已經(jīng)超過了自然恢復(fù)速度，預(yù)計(jì)到本世界中葉，需求量就會(huì)超過供給量。

自然雜志指出，沙子資源比想象中更早出現(xiàn)短缺是因?yàn)槿祟惒]有準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)過沙子的開采量，很多人認(rèn)為沙子取之不盡是覺得沙漠占了全球面積的20%，資源無窮無盡，但實(shí)際上沙漠里的沙子太過光滑無法使用，工業(yè)使用的沙子主要來自河沙，但河流面積只占全球面積的1%。

自然雜志稱，沙子、礫石是全球第一大原料，采集量比化石染料還要多，隨著全球人口增加及城市化的發(fā)展，沙子的需求量不斷提升，目前每年會(huì)用到320億噸到500億噸沙子，主要用于水泥、玻璃及電子產(chǎn)品，這個(gè)用量已經(jīng)超過了自然生長率。

為此，自然雜志提出了幾點(diǎn)呼吁，首先就是確定沙子來源的可持續(xù)性，其次是鼓勵(lì)使用替代性資源，比如碎石、工業(yè)礦渣、塑料等，還有就是減少需求，需要制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)控制質(zhì)量。

此外，自然還建議提高沙子資源的治理及教育，建立國際和多邊的政策框架，規(guī)范控制沙子的采挖。

而作為集成電路中最重要的元素硅，廣泛存在于沙子中，那么是不是全球的沙子不夠用了，集成電路也要跟著“完蛋”呢?

答案是否定的。想要得到硅晶圓，需要先通過高溫從沙子中提煉硅元素，硅晶圓是制造芯片的必不可少的材料，而這里對(duì)“沙子”的要求可不像工業(yè)上不能用光滑的沙子，只要含有二氧化硅就可以提煉。

煉制出的這個(gè)套套狀物體名為單晶硅棒，硅純度高達(dá)99.9999%。

接下來對(duì)其進(jìn)行切片，做成硅晶圓。一般來說根據(jù)用途，會(huì)切成0.5到1.5毫米的厚度。

而從硅晶圓到芯片，還需要經(jīng)歷數(shù)以百計(jì)的生產(chǎn)步驟。首先是光刻，也就是在硅晶圓上刻出圖案。而進(jìn)行光刻前，要給晶圓涂抹「防曬霜」：第一層是氧化硅，第二層是氮化硅，最后一層是光刻膠。

紫外線會(huì)透過「掩膜版」照射到硅晶圓，被射的地方變的可溶解，其它地方則會(huì)保留原樣。

用顯影液沖洗之后，可以看到圖案被雕刻了出來。如果從50-200納米大小晶體管的視角來看，光刻后的圖案基本是這樣的：

接著就是 蝕刻與離子注入 部分，它們相當(dāng)于對(duì)地基進(jìn)行裝修并加入功能區(qū)，讓整個(gè)晶體管具備流通信息的能力。首先要腐蝕掉暴露在光刻膠外的氧化硅+氮化硅，并沉淀一層二氧化硅，使晶體管之間絕緣，然后利用蝕刻技術(shù)使最底層的硅暴露出來。

為了能讓它們能夠?qū)щ?，需要進(jìn)行一個(gè)離子注入的過程， 以此改變?cè)搮^(qū)域硅的導(dǎo)電性 。在此之前要再涂一次光刻膠，這次是為了在注入離子時(shí)，保護(hù)二氧化硅不受影響。 接著開始注入離子，并形成注入層。離子注入完成后，光刻膠的使命就完成了。

離子摻雜進(jìn)去之后，形成了具有單向?qū)щ娦缘腜N節(jié)，再制作出用于開、關(guān)晶體管的柵極后，一個(gè)晶體管的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)就基本完成了：

接下來開始收尾工作，利用蝕刻技術(shù)在絕緣體上層開出三個(gè)孔，然后插入一層銅，并將銅離子沉淀到晶體管上，便于晶體管互相之間的連接， 再來一次拋光，讓三個(gè)孔暴露出來。

最后開始組合晶體管，這樣的晶體管在一顆芯片中有上千萬個(gè)，他們之間的連接線如同鋪設(shè)立交橋一般層層疊加。

看似平滑的表面，其實(shí)放置了20多層復(fù)雜的電路。

經(jīng)過這些流程，我們就得到了布滿芯片的硅晶圓。測(cè)試合格后則可以開始切割硅晶圓，并對(duì)其進(jìn)行封裝。

即使我們已經(jīng)對(duì)芯片制作過程進(jìn)行了大幅簡化，大家也能看出每一顆指甲蓋大小的芯片中，其實(shí)包含了難以計(jì)數(shù)的元件，涉及前沿核心技術(shù)，工藝復(fù)雜而又精妙。

所以標(biāo)題中的擔(dān)心是多余的~與其擔(dān)心沙子對(duì)集成電路造成的影響，不如先關(guān)注一下工業(yè)用沙的量該如何解決吧~