王水弟：集成电路的奥秘

王水弟北京市老党员先锋队总队科技科普服务团副团长

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在开讲前，我把今天讲座涉及的关键词列出来，第一个是集成电路，第二个是芯片。其实，芯片就是集成电路，是它的一种简称。第三个是管芯，第四个是晶体管，第五个是硅圆片，简称“硅片”。

一、手机里的秘密

手机，我想大家都非常熟悉，但大家有没有想过，手机里面到底有什么？今天，我们就“层层剖开”手机探寻其中的秘密。

如果拆开手机壳，我们首先看到的是一块电路板，以及电路板上的很多电子元件，而其中的一些黑色塑料方块就是集成电路（芯片）。这就是第一个和第二个关键词集成电路和芯片。

如图所示，电路板上的五个红点就是集成电路。也就是说，这部手机里有五个集成电路，或是五个芯片。

那么笔记本电脑呢，会有多少个集成电路？笔记本电脑要比手机复杂得多，集成电路的数量也多得多。

如图所示，图中红点所标示出来的就是集成电路，而且仅是电路板的一面，还都是面积比较大的。也就是说，另一面还有大大小小、许许多多的集成电路。

集成电路根据功能设计的不同、样式也各不相同，比如华为研发的用于5G通信的麒麟990芯片。

现在，我们知道了手机里有很多集成电路，那么集成电路里有什么样的秘密？

如图所示，我们把集成电路的塑料外壳拆下一个角，就会看到集成电路最关键的部分——管芯。这就是我们开篇提到的第三个关键词。除此之外，我们还会看到外壳引线和内部连线。通过外壳引线和内部连线将信号传输到管芯上。可见，一块集成电路就由这四部分组成。

那么接下来，我们来看看集成电路最关键的部分管芯里有什么？实际上管芯非常非常的小，需要在显微镜下才能看清楚。

如图所示，上方长方形图片就是管芯在显微镜下的图片，这是由几十张图片拼接而成的。但这复杂的结构，大家很难看清楚。那么，我把左上角的绿色方框处继续用显微镜放大，大家就看到了左下角的图片。图片中的白色方块就是管芯的引出端，中间是一些密密麻麻的线条。那么，这些线条是什么？我再把这部分放大。

如图所示，大家看到的这个绿色电路板，主要由集成电路生产最常使用的衬底材料硅制成。上面有非常多的白色方块和线条，也就是晶体管和金属连线。这就涉及第四个关键词晶体管。

那么，晶体管是什么？简单地讲，晶体管是用半导体材料（硅）做的可以放大电信号的元件。

如图，左边展示的是一种晶体管的结构，右边显示的是这种晶体管的符号。

那么，晶体管是由谁发明的？1948年，威廉·肖克利、约翰·巴丁、沃尔特·布拉顿在经过多次失败之后终于实现了第一个半导体晶体管。三人也因此在1956年获得了诺贝尔物理学奖。

小结：我们通过把手机层层拆解，了解其中的电子元件，从电路板到集成电路，也就是芯片，再到集成电路最关键的部分管芯，以及管芯内部的晶体管和金属连线。可以说，手机里最重要的电子元件就是集成电路（芯片）。