“孩子啊 虽然你学习不好 但是力气不小啊”
这个绝对切题
(图源网络 侵删)
比如说,这个~
中国人梦寐以求的荷兰ASML公司的EUV光刻机。
中国最大的进口项目是芯片,而且逐年增加,早已超越石油,
每年消耗大量外汇,还非常容易被其他国家和企业卡脖子。
各大手机厂商,经常因为买不到足够的芯片而被迫推迟手机上市。
中国芯片制造领域相对于美国、韩国、台湾比较落后,
原因有很多方面,其中一个是国产的光刻机太落后。
如今能够用作生产高端芯片的光刻机,只有荷兰ASML公司可以生产。
但是受制于瓦森纳协议,我国花多少钱也买不到高等级的光刻机。
目前最先进的ASML极紫外光光刻机的工作原理其实就是“大力出奇迹”。
很多人都知道光刻机极端耗电,但不知道为何耗电,有多耗电。
EUV光刻机就是用极端的耗电来出大力做奇迹的。
芯片其实就是大规模集成电路,在小小的芯片上,布满密密麻麻的的集成电路。
芯片的进步,其实就是在同样大小的体积里,塞下更多的集成电路。
这样我们的手机、笔记本等电子产品,才能越来越小。
芯片上的集成电路,简单说来,就是在硅晶圆上刻出的沟槽。
当我们在石碑上刻字的时候,用凿子就可以了。
当我们在鼻烟壶里刻字的时候,就得用极细的凿子。
但是,再细的凿子,比起芯片来说,也太大了。
怎么办呢?那就用光好了,光的波长是纳米级的。
比如我国现在仍然在努力研发193纳米氟化氩激光光刻技术。
但是三星和台积电明年要量产的手机处理器已经是7纳米制程工艺。
用这么粗的凿子怎么能刻出这么细的字呢?
这就用到了极紫外光光刻技术,一种更细的凿子。
我们都知道,从红光到紫光,波长越来越短。
氢氟激光的波长是193纳米,但极紫外光的波长只有13纳米,
后者显然比前者细多了,但是之前为什么不用极紫外光呢?
那是因为极紫外光太TM耗电了。
极紫外光的第一个特性是,它能被很多材料吸收,包括空气。
所以,要使用极紫外光,必须消耗电力把整个环境都抽成真空。
极紫外光的第二个特性是,它居然能被透镜吸收。
之前人们使用193纳米的氢氟激光时候,是用透镜来集中光束的。
但极紫外光会被透镜吸收,所以不能使用透镜。
不用透镜,怎么把极紫外光集中到一个方向上呢?
只能用反射了。
用硅与钼制成的镀膜反射镜,可以用来集中极紫外光。
但是极紫外光每被反射一次,能量就会损失三成
极紫外光从光源出发,经过十几次反射,
到达晶圆的时候,只剩下不到2%的光线了。
我们平时用电来发光得到照明,目前市面上的LED产品,
电光转换效率是最高120lm/W,大约是理论值的34%。
2010年1月Cree公司发布的208lm/W的白光LED,其电光转换效率已达到64%。
而极紫外光的电光转换效率低到可怕,韩国企业海力士曾经说过,
极紫外光EUV 的能源转换效率只有 0.02% 左右。
目前ASML公司的EUV的极紫外光光刻机的输出功率是 250 瓦,
要达到这样的输出功率,需要0.125万千瓦的电力输入才能维持。
也就是说,一台输出功率为250W的EUV光刻机工作一天,
光是光源这一项,就会消耗3万度电。
但是,要得到这样高功率的极紫外光,需要极大的激光器。
这样大的激光器,工作时候会产生很大的热量,
需要一套优良的散热冷却系统,才能保证机器正常工作,
而这又需要消耗大量电力。
综上所述,
1、维持真空环境耗电、
2、制造极紫外光耗电、
3、散热冷却系统耗电
4、维持超洁净生产环境耗电
以上四个原因导致EUV极紫外光光刻机刻蚀晶圆极其耗电,
而且要求供电极其稳定,稍有波动,晶圆就全部报废,损失惨重。
但正是这样的吃电的电老虎,造出了我们喜爱的新款手机处理器,
使得UV极紫外光光刻机成为典型的“大力出奇迹”的事物。
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