一、前言
作為資深數碼硬件愛好者朋友,不管是英特爾,還是AMD的處理器,很多朋友可能對其參數和效能都如數家珍、甚至倒背如流。最愜意的莫過於給處理器拆封的時刻,內心都會有些興奮,往往會把處理器拿在手心裏,認真地欣賞把玩一番。
對於AMD的處理器,外殼上通常有很多銘文,包括一些編號和序列號等,這些一般指的是具體的制造產地和批次,可以查詢到。
除此之外,外殼上還會有諸如「MADE IN XX」和「DIFFUSED IN XX」這樣的銘文,甚至同一款處理器上還可能有多條「DIFFUSED IN XX」銘文。
「MADE IN XX」這個銘文非常好理解,後面往往是一個國家或者地區的名字,中文意思是(在)XX地方制造。但是,另外一條銘文「DIFFUSED IN XX」就不太好理解了,在日常英語中,英文單詞「diffuse」是一個低頻詞,很多朋友都不知道這個英文單詞到底是什麽意思。
當然,肯定有很多朋友專門查詢過「diffuse」這個英文單詞,它的中文意思是「傳播、分散和擴散」。對於大多數小白朋友來說,知道這個單詞的中文意思和不知道基本沒有區別,仍然不知所雲。甚至會感覺更加困惑,因為很難把「擴散」和處理器聯系起來,不理解「擴散」到底是什麽意思。
這就是本文的主題和目的:淺顯地向普通數碼愛好者朋友介紹一下AMD處理器銘文中的「擴散」一詞到底是什麽意思,讓所有的朋友都能看懂理解。
——平心而論,從文章的寫作結構來看,以上「引言」篇幅稍微有點過長,但是,之所以小編會寫這麽長,除了作為文章的「引言」之外,還有另外一個重要的目的:
那就是回顧數碼硬件愛好者的心路歷程和成長歷程,因為專門查詢過「diffuse」這個英文單詞,感到困惑的朋友很多,有過這樣經歷的朋友很多都曾經有過。
二、怎樣才算理解了「擴散」?
「擴散」這個詞之所以不好理解,主要原因是因為這是一句不完整的表述,「擴散」只是一個動詞,相當於是謂語,在一個完整的句子裏應該有主謂賓。
也就是說,它的完整表述句子應該是這樣:
把某某擴散至某某,前一個某某是主語,「擴散」一詞是動詞謂語,後一個某某是賓語。這才是一個完整的表述,才便於理解,如果把主語和賓語省略,單獨把謂語「擴散」挑出來,確實讓小白朋友丈二和尚摸不著頭腦。
因此,對於廣大普通數碼愛好者朋友來說,只有理解「擴散」到底是指把什麽擴散進什麽,以及這樣做的目的和作用是什麽,只有搞懂了這兩個問題才算真正地理解了什麽是「擴散」,這就是本文的主題。
三、「擴散」一詞的完整表述
「擴散」是芯片制造領域的一個專業術語,指的是一種方法,其完整表述是:把雜質材料(如磷或硼)摻雜至半導體材料(一般是指矽)中的過程。
請註意:上文中的「雜質材料」和「半導體材料」並非專業用語,小編這樣說只是為了便於大家理解。「雜質材料」正式的稱呼是「摻雜半導體」,通常是磷或者硼。「半導體材料」正式的稱呼是「本征半導體」,它是指不含雜質且無晶格缺陷的半導體材料,通常指的是矽。
四、「擴散」的目的
「擴散」的目的是透過把雜質類別(如磷或硼)擴散至半導體材料中,人通達為控制引入的雜質類別(如磷或)和濃度,從而改變半導體材料的某些電學性質。
以使半導體變成N型或P型半導體,或者形成具有特定電學性質的區域,如PN結、電阻和歐姆接觸等,為後續芯片制造打下基礎,它是芯片制造過程中的一道重要的工序。
嚴格來說,「擴散」只是手段,而不是目的,其真正的目的是將雜質類別(如磷或硼)「摻雜」至晶圓中,因此,「摻雜」才是最終的目的,請參閱下圖。
請註意:雖然「摻雜」這個詞看起來有點俗,並不高大上,但它也是芯片制造領域中的一個重要步驟和環節,「擴散」只是實作摻雜這個目的的一種方法,還有一種方法叫離子註入。
大家可以簡單的這樣理解:「摻雜」是芯片制造領域中的一個重要步驟,它目前有兩種主流的實作方式,一種是擴散,另外一種是離子註入。
五、實作原理
那麽,為什麽在矽中擴散、摻雜磷或硼,可以改變矽的電學性質呢?
對於純凈的矽來說,其導電性介於導體和絕緣體之間。當向矽中擴散硼原子時,硼原子最外層有3個電子,在矽的晶格中會產生電洞,從而使矽變為P型半導體,電洞可以作為載流子參與導電,增強半導體的導電能力。
另外一方面,還可以透過精確地控制半導體中的雜質濃度達到調整電阻率等電學參數,這對於制造具有特定電學效能的晶體管、二極管等半導體器件至關重要。
六、擴散的具體實作方法
擴散主要采用擴散爐(參閱上圖)完成,它是指將矽片放入高溫爐中,爐內有含有雜質原子的氣體源(如三氯化硼用於擴散硼雜質)。在高溫環境下(通常在 800 - 1200℃左右),雜質原子會從氣體中分解出來,然後擴散進入矽片的晶格結構中。
七、離子註入的實作原理
離子註入和擴散一樣,它也是實作摻雜的一種方法。
它的實作原理是在真空系統中,用經過加速和聚焦的高能量離子束照射半導體晶片,使晶片表面的原子或分子發生註入和摻雜,離子註入的深度和濃度可以透過調整離子束的能量和劑量來精確控制,最終達到改變電學性質的目的。
八、擴散和離子註入的區別
擴散和離子註入都是實作摻雜的一種方法,其最終目的殊途同歸,都是為了改變矽的某些電學性質,相當於是對原料再加工,以便進入下一道芯片制造工序。
擴散和離子註入的主要區別在於:前者的成本低,但精度差,摻雜的濃度很難精確控制,而離子註入的可控性更高,精度更高,但成本也更高,二者各有利弊。
擴散工藝雖然落後,但是在短期內,它並不會徹底被離子註入所取代,因為制造芯片不光是技術問題,還要考慮成本問題。對於某些要求不高的芯片,廠商還是會優先采用擴散,這樣可以節省制造成本。
九、小編總結
了解以上知識之後,大家對於AMD處理器銘文中「DIFFUSED IN XX」這句銘文就好理解了,大家可以簡單地這樣理解:
摻雜是芯片制造過程中的一個重要步驟,它的作用和目的是為了改變矽的某些電學性質,而擴散(和離子註入)是實作這個目的的一種方法。
在現實中,「擴散」也泛指某些芯片制造過程中的重要步驟和工序,也泛指芯片制造,因此,將「DIFFUSED IN XX」理解成「XX地制造」也基本沒錯,說得過去,但是關鍵在於大家要正常理解「DIFFUSED」一詞到底是指什麽。