沙子是怎么变成硅的？

简单来说，是这样的:

沙子的主要成分是二氧化硅。

在工业上，一氧化碳被熔炼产生二氧化碳和粗硅。

提纯的一般方法是熔炼。事实上，许多有效的粗硅提纯方法的细节是工业秘密或专利。

以下是Si在电脑中的详细情况。

CPU(中央处理器单元)作为计算机的核心部件，在用户心目中一直非常神秘:在大多数用户心目中，它只是一个名词缩写，他们甚至都拼不出来；在一些硬件专家眼里，CPU最多就是一个十几平方厘米有很多脚的块，CPU的核心部分甚至不到一平方厘米。他们知道这个不到一平方厘米大小的东西是多少微米做的，他们知道它集成了上亿个晶体管，但很少有人知道CPU的制造工艺。今天我们就来详细了解一下CPU是怎么练的。

基本材料

众所周知，现代CPU是由硅制成的。硅是一种非金属元素。从化学角度看，由于它位于元素周期表中金属元素区和非金属元素区的交界处，具有半导体的性质，适合制造各种微小的晶体管。是目前最适合制造现代大规模集成电路的材料之一。从某种意义上来说，沙滩上沙子的主要成分也是硅(二氧化硅)，而用来生产CPU的硅材料其实就是从沙子中提炼出来的。当然，CPU的制造过程中也会用到一些其他的材料，这也是为什么我们不会看到英特尔或者AMD只是把成吨的沙子拉到他们的制造厂。同时，CPU的制造需要极高纯度的硅材料，虽然来自廉价的沙子，但由于材料提纯工艺的复杂性，我们仍然无法比较100克高纯硅和一吨沙子的价格。

制造CPU的另一种基本材料是金属。金属用于制造连接CPU内部各种元件的电路。铝是常用的金属材料之一，因为它价格便宜，性能也不差。目前主流CPU多采用铜而非铝，因为铝的电迁移太大，无法满足快速发展的CPU制造工艺的需要。所谓电迁移，是指金属的单个原子在一定条件下(如高电压)移出原来的位置。

显然，如果原子不断地从连接元件的金属微电路中移出，电路很快就会千疮百孔，直到断裂。这就是为什么当超频者试图大幅提升诺斯伍德奔腾4的电压时，这个可怜的CPU经常休克甚至死于诺斯伍德猝死综合症(SNDS)。SNDS使英特尔首次将铜互连技术应用到CPU的生产过程中。铜互连技术可以明显减少电迁移现象，同时可以比铝工艺制造的电路更小，这也是纳米级制造技术不可忽视的问题。

不仅如此，铜的电阻比铝小得多。种种优势使得铜互连技术迅速取代铝，成为CPU制造的主流选择。除了硅和某些金属材料，还有许多复杂的化学材料也参与了CPU的制造。

准备工作/即将开始工作

在解决了制造CPU的材料问题后，我们开始进入准备工作。在制备过程中，会对一些原材料进行加工，使其电性能达到制造CPU的要求。一个是硅。首先会用化学方法提纯，纯净到几乎没有杂质。同时还要转化成硅晶体，本质上是和沙滩上的沙子划清界限。

在这个过程中，原料硅将被熔化并放入一个巨大的应时炉中。此时，将籽晶放入熔炉中，使得硅晶体可以在籽晶周围生长，直到形成几乎完美的单晶硅。如果你高中的硫酸铜结晶实验做的很好，或者看到过单晶冰糖是怎么做出来的，相信这个过程不难理解。同时你需要明白，很多固体物质都是有晶体结构的，比如盐。CPU制造中的硅也是如此。小心而缓慢地搅拌硅的熔融浆料，硅晶体在籽晶周围以相同的方向生长。最后，生产出硅锭。

现在的硅锭直径大多是200 mm，CPU厂商准备制造300 mm直径的硅锭。在保证同等质量的前提下，制造更大的硅锭显然难度更大，但CPU厂商的投入解决了这一技术难题。建造一座生产300毫米直径硅锭的工厂将耗资约35亿美元，英特尔将利用其硅材料制造更复杂的CPU。建设一个生产200毫米直径硅锭的类似工厂只需要6543.8美元+5亿美元。作为第一个吃螃蟹的人，英特尔显然需要付出更大的代价。花两倍多的钱建这样的工厂似乎不划算，但是从下面可以看出，这笔投资是值得的。硅锭的制造方法有很多种，以上只是其中一种，称为CZ制造法。

硅锭被制成，成型为一个完美的圆柱体，然后切割成小块，称为晶片。晶圆真正用于CPU的制造。一般来说，晶圆切得越薄，同样数量的硅材料可以做的CPU产品就越多。接下来，晶片将被抛光并检查变形或其他问题。这里，质检直接决定了CPU的最终良率，极其重要。