智能手机因为它强大的功能和便利性，已经成为人们生活中不可或缺的电子产品。现在很多中、小学生也都有一部自己的智能手机，它给大家的生活和学习带来了很多便利，也丰富了同学们的娱乐生活。然而，许多人或许不知道，智能手机里也有一个“大脑”，它是手机里最重要的元件：手机处理器。
如果单说手机处理器，大家或许会觉得很高大上，或者听起来很陌生，实际上手机处理器本质上是一个芯片，如果我们把一个iPhone6s手机拆开，就可以看到内部结构中有一个标示了A9的黑色方形器件如图1所示，这就是手机处理器芯片。手机处理器芯片是一个复杂的电路系统，图2是芯片内部真正的样子，而我们平时看到的芯片的模样实际上是把芯片
图1 iPhone6s中的A9芯片
图2 芯片内部结构
封装之后的样子。芯片封装，简单来说就是给图2中的芯片安装一个外壳，而芯片内部电路是要与外部电路连接的，因此还要把内部芯片的接点通过导线连接到外壳的引脚上。因为内部芯片是非常脆弱的，如果暴露在外界会受到空气中杂质和水分以及射线的影响，造成芯片性能下降甚至完全失效，而封装之后的芯片，被外壳保护了起来，既方便运输保管，又方便以后焊接使用。
同学们第一次看到芯片的样子时，肯定会觉得非常的五彩缤纷，实际上芯片内部的电路是十分细微和复杂的。目前最先进的手机处理器芯片内部已经有三十多亿个晶体管，每个晶体管的大小都在纳米数量级。晶体管可以说是芯片内最基本的器件了，图3是一个基本的晶
图3 晶体管结构
体管立体结构图，可以看到晶体管由栅（Gate）、源（Source）和漏（Drain）等部分组成，然后再由多个晶体管构成不同的逻辑门，再用导线把各个逻辑门连接起来，最终就实现了整个芯片的逻辑功能。在目前最先进的微电子工艺中，互连导线的最小线宽可以达到10nm量级，这大概相当于一根头发丝的万分之一的大小。晶体管作为芯片中的基本元件，对整个芯片的实现是至关重要的，值得一提的是，在晶体管器件领域有一位叫胡正明的华人教授做了相当大的贡献，他提出了FinFet晶体管结构（图4），因为这个结构有些像鱼的鳍，因此被称为鳍式场效应晶体管，它具有功耗低，面积小的优点。从2011年开始，最先进的微电子工艺已开始采用他所提出的晶体管结构。
图4 胡正明教授及其提出的FinFet晶体管结构
芯片的设计者把内部电路结构和连接关系设计出来，但要真正做出来一个芯片，还要把设计交由芯片制造厂商，由他们经过几十道精细而又复杂的工艺流程，最终制造出想要的芯片。制造芯片的材料是来自于二氧化硅，这也是沙子的主要成分，因此很多人称微电子制造工艺为一门“从沙子到芯片”的艺术。首先由
开始，经过一系列的化学反应得到高纯度的
，然后再从这个高纯度的熔化了的硅中拉出晶棒，再把晶棒进行切割得到薄片，就得到了一个个硅片（图5），而芯片就是在这一个个硅片上制造的。芯片的制造厂商从一个硅片开始，把芯片设计者所要求的电路制作在硅片上，这是一个非常复杂的工艺流程，涉及到微电子、物理、化学、光学等多个学科领域。图6是最终制造出来的芯片，可以看到在一个硅片上有许许多多的方形，是因为在一个硅片上可以做多个芯片，因此还需要对晶元进行切割，得到一个个芯片，再用上面所讲的方法进行封装。
图5 晶棒及硅片
图6 制造出的芯片
手机处理器芯片的设计公司，比较著名的有像美国的高通和中国台湾的联发科等，它们都是单纯的芯片设计公司，被称为Fabless，而与之对应的还有一种公司被称为Foundry，它们就是芯片制造的代工厂，比较著名比如中国台湾的台积电，因此像高通这种公司负责芯片设计，然后再把它们的设计交由代工厂制造出想要的芯片。中国大陆经过多年的发展，在手机处理器设计领域已经有了像华为海思这样达到了国际水平的公司，而在芯片制造领域中芯国际也已步入国际前列。
通过对微电子行业科普知识的了解，同学们或许会发现，微电子就存在于我们身边，无论是我们用的智能手机，还是我们用的电脑、智能手表等，都会找到它的身影，可以说是“无微不至”，因此它在我们生活中所起的作用是巨大的，希望同学们能够了解并对这个行业感兴趣，好好学习，将来能从事微电子相关行业的工作，做出一番成就！
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