芯片的主要原料是硅：从沙子到 “智慧大脑” 的蜕变

芯片，这个现代科技的核心元件，如同电子设备的 “智慧大脑”，而它的诞生，竟源于最平凡不过的沙子。芯片的主要原料是硅，而硅广泛存在于石英砂中。首先，从石英矿开采出的石英砂，经过初步加工后，在电弧炉中，利用碳质还原剂（如石油焦和木炭）将其中的二氧化硅还原为硅，发生化学反应 “SiO₂ + C = Si + CO₂” ，由此得到纯度约 99% 的冶金级硅。但这对于芯片制造来说远远不够，接着要采用改良西门子法（三氯氢硅法）进一步提纯。先让冶金硅与氯化氢（HCl）合成便于提纯的三氯氢硅气体（SiHCl₃ ），再通过精馏提纯，最后利用还原反应和化学气相沉积技术，将其转化为纯度高达 99.9999999%（9N）甚至更高的电子级多晶硅 。多晶硅被放入石英坩埚，加热至 1400℃左右熔化，按需求掺入硼原子或磷原子，转变为 P 型或 N 型硅。将籽晶浸入其中，在拉制棒反方向旋转提拉下，多晶硅按籽晶晶格排列方向生长，形成单晶硅棒。单晶硅棒经切割、倒角、研磨、蚀刻、抛光、清洗与检测等工序，最终成为表面平整光滑、无缺陷的硅晶圆，为后续芯片制造提供基础材料。从普通沙子到高纯度硅晶圆，这场神奇转变，是芯片制造传奇的开篇。