美国硅谷简介

硅谷位于美国加利福尼亚北部的大都会区旧金山湾区南面，是高科技事业云集的圣塔克拉拉谷的别称。  硅谷最早是研究和生产以硅为基础的半导体芯片的地方，因此得名。 硅谷是当今电子工业和计算机业的王国，硅谷是世界高新技术创新和发展的开创者和中心，该地区的风险投资占全美风险投资总额的三分之一，硅谷的计算机公司已经发展到大约1500家。

《硅谷1-6》百度网盘高清免费资源在线观看

 链接：https://pan.baidu.com/s/1gTY4b2FJbTEl4pxfMgKYqg?pwd=o9e3

提取码：o9e3    　

故事发生在高科技产业云集的美国硅谷，在这里，最有资质成功的人往往却是最没有办法处理其“功成名就”的人，本剧主人公理查德（托马斯·米德勒蒂奇 Thomas Middleditch 饰）正是这样的人。

金刚石要能代替芯片的基本材料硅的话，母猪都能上树。在半导体发展 历史 上，最初流行锗半导体，不久就被硅半导体打败，最终硅统治了半导体王国，锗半导体仅在少数领域刷存在感。实话实说，金刚石虽然能俘虏女人的心，但在半导体行业人士眼里，商业价值甚至比不过锗。

下面，我条分缕析，一一解析原因。

要替代硅，元素含量必须丰富，容易开采

硅被称为“上帝赐给人类的财富”，原因之一是，它占地壳总质量的26.4%，是仅次于氧的含量第二丰富的元素，随便抓起一把沙子、泥土，拿起一块石头，里面都含有大量的硅的氧化物——二氧化硅。

相比之下，锗的含量只有100万分之7，含量十分稀少，而且几乎没有比较集中的锗矿，

这就造成锗的开采成本是硅的几百倍，商业价值很低。

金刚石虽然有集中的金刚石矿，但含量太少了。2015年，全球半导体级的多晶硅需求超过6万吨，每年都在增长。想要替代硅的话，上哪去找每年6万多吨的金刚石？

金刚石提纯难

金刚石含有或多或少的杂质，要去除这些杂质，以目前的 科技 ，很难做到。而硅的提纯相对容易得多，将硅石在电弧炉中熔化，用碳或石墨还原，得到硅含量98.5%的工业硅（又叫“金属贵”），然后粉碎成微细粉末，与液态氯化氢（不是盐酸，盐酸是氯化氢的水溶液）在大约300摄氏度发生反应，生成三氯氢硅，经蒸馏、精制，获得很高的纯度，然后将高纯三氯氢硅与超高纯氢发生还原反应，得到纯度99.999999999%的多晶硅（比纯金多7个9），然后拉制单晶硅。

一根直径12英寸（目前最大）的单晶硅棒，高约2米，重约350公斤，纯度99.999999999%，相当于100亿个硅原子中，允许1个杂质原子存在。

从上述过程可以看出，硅的提纯就是一系列连续的氧化、还原反应。要让化学反应产生，元素的化学性质需要相对活泼，但金刚石的主要成分是碳元素，碳的化学性质远不及硅活泼，难以进行去除杂质的氧化、还原反应，纯度提升很难。

金刚石加工难

在提纯难关之后，加工的难题才是最大的难题。制作芯片前，单晶硅棒需要切成薄片，硅的硬度虽然高，但可以利用自然界最硬的物质金刚石进行切割。

但，用金刚石做芯片基体材料，切割将是难题，用金刚石切割金刚石，效率低，费用高，只能用硬度更高的人造物质。

目前已知硬度最高的人造物质是碳炔，硬度是金刚石的40倍，但还处于试验阶段，未到大规模商业化阶段。如何将金刚石切片，现在还没有很好的解决办法。

就算不久的将来，碳炔能顺利商用，金刚石能被切成薄片，真正的难题来了：如何制造绝缘膜？

在硅片上制造绝缘膜非常方便，将硅片放到900摄氏度左右的高温水蒸气环境中，硅片就会与氧发生热氧化反应，在表面生长硅氧化膜——二氧化硅（玻璃的主要成分），然后对其涂抹光刻胶，进行刻蚀，再配合其它工艺和材料，就可以得芯片。硅氧化膜具有不吸潮、耐酸碱、导热性好、光学性能稳定、绝缘性能良好的特点（感觉抽象的，脑想想玻璃的特点），是芯片制作的前提，而且通过硅这种基体材料就可以方便地得到硅氧化膜，正是因为硅氧化膜如此重要，得来又如此容易，加上硅含量丰富，所以硅才被称为“上帝赐给人类的财富”。

金刚石做芯片基体的话，氧化膜从那里来？金刚石本身是纯碳，其氧化物是二氧化碳，常温下是气态，充当绝缘？那是不可能的，一形成人家就跑到空气中逍遥自在了。用其它氧化物？试验验证、工艺流程研发、设备改造，花钱海去了，还不一定能成功。

总之，用金刚石做芯片基体材料，不仅含量少，而且加工极难，商业价值极低，由于这些缺点，根本不可能取代硅在芯片行业的地位。

回答这个问题，必须弄清三方面问题：

我认为， 金刚石不能代替芯片的基体材料硅 。

哪些材料能用于芯片基体？

能用于制作芯片基体的半导体材料有如下几类：

由上述分类可以看出，金刚石的确是半导体材料，有做成芯片基体的潜能。接下来需要考虑，金刚石能否满足芯片对基体材料的要求。

金刚石能否替代硅？

这个问题需要从两者的化学特性和工业制作成本来考虑。

一、化学特性对比

硅有无定形硅和晶体硅两种同素异形体，晶体硅为灰黑色，无定形硅为黑色，密度2.32-2.34克/立方厘米，熔点1410 ，沸点2355 ，晶体硅属于原子晶体。不溶于水、硝酸和盐酸，溶于氢氟酸和碱液。硬而有金属光泽。

硅的电导率与其温度有很大关系，随着温度升高，电导率增大，在1480 左右达到最大，而温度超过1600 后又随温度的升高而减小。

金刚石它是一种由碳元素组成的矿物，是碳元素的同素异形体，金刚石是自然界中天然存在的最坚硬的物质。其结构是正八面体晶体，晶体中每个碳原子都以sp3杂化轨道与另外4个相邻的碳原子形成共价键，每四个相邻的碳原子均构成正四面体。晶体类型金刚石中的CC键很强，所有的价电子都参与了共价键的形成，没有自由电子，所以金刚石硬度非常大，不导电，熔点在3815 。金刚石在纯氧中燃点为720~800 ，在空气中为850~1000 。

二、工业制作对比

1.原料成本

硅也是极为常见的一种元素，然而它极少以单质的形式在自然界出现，而是以复杂的硅酸盐或二氧化硅的形式，广泛存在于岩石、砂砾、尘土之中。硅在宇宙中的储量排在第八位。在地壳中，它是第二丰富的元素，构成地壳总质量的26.4%，仅次于第一位的氧（49.4%）。

世界上有20多个国家赋存有金刚石矿产，主要分布在澳大利亚、非洲西部和南部，以及俄罗斯的亚洲部分。目前，全世界金刚石产量每年超过100百万克拉，其中宝石级15%，近宝石级38%，工业级47%。

相比于硅的来源，金刚石因存量少，原料成本是相当高的。

2.制作成本

金刚石的出产是很复杂的，它需要经过采矿、粉碎、冲洗、沉淀、挑选、分类、切割、打磨以及抛光等诸多工序之后才能出现在市场上。从开采的大块岩石中将钻石分离出来是相当困难的。即使有先进的技术，发掘的过程仍然十分复杂。而生产一颗切磨好的1克拉重的金刚石，必须从钻石矿藏中挖出至少约250吨的矿土进行加工处理而成。

金刚石还因硬度太高，难以加工；此外，相比于单晶硅，金刚石提纯工艺复杂，很难提纯到6个9或7个9的等级。

总结

金刚石从理论上来说，是可以作为芯片基体材料的。但是，从工业制作的角度来说，原料储存少、加工难度大的金刚石，不适合替代硅制作芯片，即便制作出来了，价格也是难以承受的。

特殊情况，特殊对待。一般是没有那么替的

不会，因为它不具备半导体特性，而且加工提纯困难。

碳化硅（SIC）是半导体界公认的“一种未来的材料”，是新世纪有广阔发展潜力的新型半导体材料。预计在今后5 10年将会快速发展和有显著成果出现。促使碳化硅发展的主要因素是硅（SI）材料的负载量已到达极限，以硅作为基片的半导体器件性能和能力极限已无可突破的空间。而金刚石虽然说本质也是碳，但原子排列不一样，目前不能代替芯片材料！至少是几十年以内！

未来碳基芯片有可能替代硅基芯片。

金刚石是可以代替芯片的基体材料硅。

硅被采用作为芯片的基本材料，第一个是因为它储量巨大。硅在自然界并不单独存在，最常见的化合物是二氧化硅和硅酸盐，广泛存在于岩石、砂砾和尘土。如此作为芯片制造的基本材料，是非常容易得到。

第二个原因是硅提纯技术发展成熟，人类可以生产近乎完美的硅晶体

第三个原因是硅性质稳定，包括化学性质和物理性质。例如曾经做过芯体材料的锗，当温度达到75 以上时，其导电率有较大变化。对于芯片而言，此现象将会引发其性能的稳定性。硅相比锗，就优秀的多。

尽管硅有如此多的优点，作为半导体材料，用来制作芯片的基本组件晶体管。但是，随着现代经济的发展，在越来越多的需要提高速度、减少延迟和光检测的应用中，硅正在达到性能的极限。为此需要寻求新材料的突破，从而制造全新的芯片。

金刚石，俗称钻石，如果用纯天然的钻石制造芯片，价格昂贵，且芯片总体数量是可预估的。但是金刚石原料的储量是可以依靠人造钻石来解决。

其次，在性质表现方面，钻石作为半导体材料具有最好的绝缘耐压性和最高的热传导率。人们通常观念里认为钻石不导电，该说法不严谨，实际上钻石电阻非常大。但是目前日本研究员在钻石中掺进杂质解决了该问题，并首次制成双极型晶体管，为研究节能半导体元件开辟了道路。

设想钻石作为半导体制作的手机芯片出现，由于耐受高温的特性，电子元器件的老化会得到有效遏制，自然智能手机的电子寿命会延长。其次该芯片能够减少发热量，手机会变得更薄，省下来的空间也可以用来提升手机性能。这仅仅是手机领域，像重工业和航天工业借助钻石芯片受惠更多。

金刚石是可以替代硅的，只是目前还存在一定的技术难度，需要科研人员努力 探索 。

硅的性质，氧化二氧化硅，可作绝缘材料，单晶硅，渗其它元素后，形成极性，可外延可，气相叠加，可化学刻录图案，而金刚石，是碳，有以工能吗，如有气相叠加单晶硅，有可以作极性材料，一是散热率，二导电率。

对这个问题我们首先分析这两种材料的特性之后再做判断。

一、硅

化学成分

硅是重要的半导体材料，化学元素符号Si。电活性杂质磷和硼在合格半导体和多晶硅中应分别低于0.4ppb和0.1ppb。拉制单晶时要掺入一定量的电活性杂质，以获得所要求的导电类型和电阻率。重金属铜、金、铁等和非金属碳都是极有害的杂质，它们的存在会使PN结性能变坏。硅中碳含量较高，低于1ppm者可认为是低碳单晶。碳含量超过3ppm时其有害作用已较显著。硅中氧含量甚高。氧的存在有益也有害。直拉硅单晶氧含量在5 40ppm范围内；区熔硅单晶氧含量可低于1ppm。

硅的性质

硅具有优良的半导体电学性质。禁带宽度适中，为1.12电子伏。载流子迁移率较高，电子迁移率为1350厘米2/伏·秒，空穴迁移率为480厘米2/伏·秒。本征电阻率在室温(300K)下高达2.3 105欧·厘米,掺杂后电阻率可控制在104 10-4 欧·厘米的宽广范围内，能满足制造各种器件的需要。硅单晶的非平衡少数载流子寿命较长,在几十微秒至1毫秒之间。

热导率较大。化学性质稳定，又易于形成稳定的热氧化膜。在平面型硅器件制造中可以用氧化膜实现PN结表面钝化和保护，还可以形成金属-氧化物-半导体结构,制造MOS场效应晶体管和集成电路。上述性质使PN结具有良好特性，使硅器件具有耐高压、反向漏电流小、效率高、使用寿命长、可靠性好、热传导好，并能在200高温下运行等优点。

技术参数

硅单晶主要技术参数有导电类型、电阻率与均匀度、非平衡载流子寿命、晶向与晶向偏离度、晶体缺陷等。

导电类型 　导电类型由掺入的施主或受主杂质决定。P型单晶多掺硼，N型单晶多掺磷,外延片衬底用N型单晶掺锑或砷。

电阻率与均匀度 　拉制单晶时掺入一定杂质以控制单晶的电阻率。由于杂质分布不匀，电阻率也不均匀。电阻率均匀性包括纵向电阻率均匀度、断面电阻率均匀度和微区电阻率均匀度。它直接影响器件参数的一致性和成品率。

非平衡载流子寿命 　光照或电注入产生的附加电子和空穴瞬即复合而消失，它们平均存在的时间称为非平衡载流子的寿命。非平衡载流子寿命同器件放大倍数、反向电流和开关特性等均有关系。寿命值又间接地反映硅单晶的纯度，存在重金属杂质会使寿命值大大降低。

晶向与晶向偏离度 　常用的单晶晶向多为 (111)和(100)（见图）。晶体的轴与晶体方向不吻合时，其偏离的角度称为晶向偏离度。

单晶硅的制作

硅单晶按拉制方法不同分为无坩埚区熔(FZ)单晶与有坩埚直拉(CZ)单晶。区熔单晶不受坩埚污染，纯度较高，适于生产电阻率高于20欧·厘米的N型硅单晶（包括中子嬗变掺杂单晶）和高阻 P型硅单晶。由于含氧量低，区熔单晶机械强度较差。

大量区熔单晶用于制造高压整流器、晶体闸流管、高压晶体管等器件。直接法易于获得大直径单晶，但纯度低于区熔单晶，适于生产20欧·厘米以下的硅单晶。由于含氧量高,直拉单晶机械强度较好。大量直拉单晶用于制造MOS集成电路、大功率晶体管等器件。外延片衬底单晶也用直拉法生产。硅单晶商品多制成抛光片，但对FZ单晶片与CZ单晶片须加以区别。外延片是在硅单晶片衬底（或尖晶石、蓝宝石等绝缘衬底）上外延生长硅单晶薄层而制成，大量用于制造双极型集成电路、高频晶体管、小功率晶体管等器件。

单晶硅的应用

单晶硅在太阳能电池中的应用，高纯的单晶硅是重要的半导体材料。在光伏技术和微小型半导体逆变器技术飞速发展的今天，利用硅单晶所生产的太阳能电池可以直接把太阳能转化为光能，实现了迈向绿色能源革命的开始。

二、金刚石

金刚石俗称“金刚钻”。也就是我们常说的钻石的原身，它是一种由碳元素组成的矿物，是碳元素的同素异形体。金刚石是自然界中天然存在的最坚硬的物质。金刚石的用途非常广泛，例如：工艺品、工业中的切割工具。石墨可以在高温、高压下形成人造金刚石。也是贵重宝石。

化学性质

金刚石是在地球深部高压、高温条件下形成的一种由碳元素组成的单质晶体，是指经过琢磨的金刚石。金刚石是无色正八面体晶体，其成分为纯碳，由碳原子以四价键链接，为目前已知自然存在最硬物质。由于金刚石中的C-C键很强，所有的价电子都参与了共价键的形成，没有自由电子，所以金刚石硬度非常大，熔点在华氏6900度，金刚石在纯氧中燃点为720~800 ，在空气中为850~1000 ，而且不导电。

结构性质

金刚石结构分为；等轴晶系四面六面体立方体与六方晶系钻石。

在钻石晶体中，碳原子按四面体成键方式互相连接，组成无限的三维骨架，是典型的原子晶体。每个碳原子都以SP3杂化轨道与另外4个碳原子形成共价键，构成正四面体。由于钻石中的C-C键很强，所以所有的价电子都参与了共价键的形成，没有自由电子，所以钻石不仅硬度大，熔点极高，而且不导电。在工业上，钻石主要用于制造钻探用的探头和磨削工具，形状完整的还用于制造手饰等高档装饰品，其价格十分昂贵。

结论：金刚石不能代替芯片的基体材料硅。

不要再提 豫金刚石 啦，它已经被关啦

曾在某书上看到过这样一句话，每个人都有每个人的时区，人生中的每一件事情都取决于我们自己的时间，不用紧跟身边人的步伐，每个人的人生节奏都不一样。

台湾“芯片之父”张忠谋就是一个典型的例子，56岁的他开始创业之路，即便起步晚，却打造出了令人瞩目的“商业王国”。

战乱出生 考入哈佛

1931年，战火纷飞的年代，张忠谋在宁波出生。因时局动荡，刚满1岁的张忠谋就跟着家人迁居到南京。1937年，年幼的张忠谋又跟着家人迁居到香港。

在张忠谋的童年，迁居成了常事。值得一提的是，张忠谋的父亲张蔚观曾是宁波县的官员，即便居无定所，但也能独善其身。

受家庭因素的影响，在战乱中长大的张忠谋还能正常接受教育。1943年，张忠谋随着家人再次迁居到重庆。

在短短11年之内，张忠谋一家就迁居了五次。12岁的张忠谋早就到了上学的年龄，在家里的安排下，他进入南开中学读书。

南开中学在全国是数一数二的学校，在创办者张伯苓的影响下，这所学校为中国培养了众多优秀人才。张忠谋能进该校接受教育，除了家里的关系，更与他自身的才华脱不开干系。这所学校有着优秀的教师资源，学习氛围浓厚，这也为张忠谋之后考入美国哈佛学校打下了坚实的基础。

1949年，张忠谋选择了留学之旅，他以优异的成绩就读哈佛大学。在那个年代，张忠谋是哈佛大学1000多个学生中唯一的华人。

在陌生的环境中接受教育，加上时局特殊，张忠谋一开始并不受同学的待见。但张忠谋并没有在意那些，他始终脚踏实地的学习，很快，他就成了学校的佼佼者。

优秀的人从不会停止自己学习的步伐，正所谓，术业有专攻，哈佛大学的专业已经不能再满足张忠谋的求知欲，1950年，他选择前往麻省理工学院学习机械。

在麻省理工学院，张忠谋像鱼一样找到了专属自己的海洋，痴迷于机械专业的他求知若渴，不仅顺利取得了学士学位，还拿到了硕士学位。

德州就业 台湾创业

1952年，硕士毕业的张忠谋才21岁，可谓是少年有成。即便放在现在的社会，21岁的麻省理工学院硕士毕业生都是个令人羡慕的头衔，更别说当时教育还待普及的年代。令所有人想不到的是，这一年的张忠谋居然选择了组建新家庭，他与第一任妻子正式完婚。

成家后的张忠谋也面临着工作的难题，高文凭的他即便受到各大公司邀约，他仍然选择了半导体行业，继续研究半导体。

1958年，张忠谋进入德州仪器公司工作。专业能力超强的他在事业上可谓是平步青云，不到几年，他就升职了，管理着公司里的3万多名员工。

在事业蓬勃发展的同时，张忠谋也没有放弃学业。硕士毕业的他选择继续深造，1964年，张忠谋获得了斯坦福大学电机工程博士学位，这年，张忠谋才33岁，而他的传奇人生仍在继续。

1972年，在德州仪器公司工作仅14年的张忠谋已经是该公司的副总裁。这时的张忠谋正处于风华正茂的年龄，他的才华与能力，在半导体行业都屈指可数。现在我们用的Intel Inside就是在张忠谋的领导下做的，由此可见，他为半导体行业做出的贡献。

时代的发展，行业竞争的愈演愈烈，张忠谋对德州仪器公司的转型之路并不看好，他毅然选择离职。按照常人的思维，张忠谋已经是该公司的领导阶层，离职并不是个最佳选择。但张忠谋不是常人，他的脑海里早就有了对未来的规划。

1987年，56岁的张忠谋选择创业，他在台湾创办了一家集成电路公司，简称“台积电”。56岁，在一般人看来，是个即将退休的年龄。这个年龄创业的人要么输的一败涂地，要么赢得一个“商业王国”。很显然，张忠谋是后者。

古稀之年 老夫少妻

万事开头难，创业之初，张忠谋也遇到了很多困难，譬如芯片制作成本高，智能手机与电脑还未打开市场等等。这些在张忠谋看来都是可以解决的，芯片制作成本高，他就选择代加工模式。慢慢的，张忠谋创业路上的“绊脚石”越来越少。

张忠谋选择的代加工方式一度引来了很多大企业的青睐，苹果、高通以及英伟达都成了他的客户，业务往来甚多。

在半导体行业，张忠谋创造出一种新的发展模式，台积电改变了整个行业。芯片成本的降低让一些公司把更多的时间放在研究和设计上，推动了半导体行业的进程。

创业成功的张忠谋成为很多创业者心中的榜样，他也受到了广泛的关注。2001年，已经70岁的张忠谋与比他小13岁的张淑芬低调完婚。张忠谋的再婚被多家媒体报道，此时的人们似乎忘记了他在事业上的成就。

张淑芬不仅是张忠谋的秘书，她的前夫还是张忠谋的下属。这对老夫少妻被很多人不看好，很多人都猜测张淑芬是为了钱财才选择嫁给已经古稀之年的张忠谋。但感情的事情谁又猜得透呢？

在婚姻中，没有对错之分。此时的张忠谋早已与第一任妻子分居30多年，昔日夫妻情感荡然无存，离婚后的他有权选择自己的伴侣。

而张淑芬已经恢复单身，在爱情面前，年龄从来都不是障碍。窈窕淑女，君子好逑。迄今为止，张忠谋与妻子张淑芬的生活仍处于甜蜜状态。

耄耋之年退休 “半导体教父”

张忠谋曾是德州仪器的副总裁，早已积累了几十年的管理经验。在这种情况下，张忠谋的公司规模越来越大。再次组建家庭的张忠谋想把所有精力都放在家人身上，于是，他曾选择暂时离开台积电。

可谁也没想到，2009年金融风暴的发生，他创办的台积电一度亏损。公司面临破产之际，张忠谋再次回归，凭着一己之力，一挽狂澜。后来，在他的管理下，台积电由亏转盈。

2018年，台积电的利润就有900亿元新台币，是台湾上市公司中盈利能力最强的企业。

2018年的6月5日，对台积电来说是个重大的日子，这一天，88岁的张忠谋正式对外宣布离职。从56岁开始创业，耄耋之年才选择退休，张忠谋在半导体行业创造了很多奇迹。

目前为止，台积电已经成为全球市值超过2万亿元的半导体公司，张忠谋心中所想的“商业王国”如他所愿，最终建成。因此，他也被媒体誉为台湾“半导体教父”。

许多人佩服张忠谋56岁还有创业的勇气，实际上，这不是勇气，而是一种自信。

张忠谋学有所成，工作经验丰富，加上时代的发展，他掌握了商机，张忠谋对自己的能力有着十足的信心，所以也就不会惧怕年龄造成的阻碍。

张忠谋，在战乱中成长，异国求学的他也曾遇到过种种困难，好在他克服了。张忠谋在学业与工作上的成就，按现在的话来说，就是一路开挂的人生。

开挂的人生确实令人羡慕，在羡慕的同时，扪心自问一下，我们是否拥有张忠谋那样的求知欲与勤恳的态度，他的成功不可复制。

---