百度推广网站,网站建设与管理适合女生吗,网站和软件的区别,怎么用本机做服务器发布网站CPU是中央处理器的缩写#xff0c;它是执行程序指令的电子电路。CPU使用的基本原材料是硅、铜、铝和各种塑料。由于CPU在现代社会中被大量消耗#xff0c;因此生产商必须考虑原材料的能源投入和环境影响。 硅是地壳中第二丰富的元素。它以二氧化硅和硅酸盐的形式存在。二氧化… CPU是中央处理器的缩写它是执行程序指令的电子电路。CPU使用的基本原材料是硅、铜、铝和各种塑料。由于CPU在现代社会中被大量消耗因此生产商必须考虑原材料的能源投入和环境影响。 硅是地壳中第二丰富的元素。它以二氧化硅和硅酸盐的形式存在。二氧化硅是沙子、石英和岩石的主要成分。工业硅是通过碳热反应过程生产的。二氧化硅在高温~2000°C下被碳还原成元素硅。通常二氧化硅由高级石英提供。碳由木炭、石油焦、煤和木片或取决于经济适用性的混合物提供。提纯过程在熔炉中进行所生产的硅纯度超过 90%。 2015年美国生产硅41万吨占全球产量的50.62%。硅总产量包括53%硅铁和47%纯硅。总估计价值为 11.4 亿美元。在美国大部分硅产于密西西比河以东。美国拥有多家大型硅制造公司例如道康宁公司、环球冶金公司 (GMI) 和 WVA Manufacturing, LLC。这些生产商还在中国、阿根廷和南非设有制造工厂。2015年全球金属硅产量为8,100吨。其中中国是最大的生产国。2015年中国生产了5500吨硅占全球预计产量的67.9%。根据产量重量俄罗斯是第二大生产国其次是美国、挪威和巴西。2014年美国进口硅铁27万吨吨金属硅14.1万吨吨。中国和巴西是美国硅进口的主要来源地。 硅因其半导体性能而成为 CPU 中最重要的材料。纯硅之所以绝缘是因为其外轨道中的四个电子通过共价键结合。电子被参与的原子紧紧地固定并平等地共享因此它们不能自由移动来导电。但如果在硅晶体中添加少量杂质如砷、硼、磷等其电导率就会显着提高这个过程称为掺杂。 掺杂将绝缘硅晶体转变为导体。根据杂质的种类掺杂分为N型掺杂和P型掺杂。 在N 型掺杂中添加具有五个外层电子的元素例如砷、磷或锑。当它们与硅的四个外层电子结合时一个额外的外层电子被释放。因此电是通过负电荷传导的。 在P型掺杂中添加镓、硼或铝。半导体晶格中的一个原子被具有三个价电子的元素取代从而产生一个空穴。通过接受来自邻近原子的电子空穴可以通过产生正电流。通过将n型硅和p型硅组合形成二极管并由三层硅层按NPN或PNP顺序创建晶体管。 硅晶片是通过直拉法生产的。将硅晶种放入熔融硅中。熔化的混合物开始冷却晶体开始在种子周围生长。同时将种子提取并旋转以使温度均匀。“层是通过沉积原子和基底之间的相互扩散过程生长的。当使用适当的衬底和沉积物质时所检查的所有层的硅化物由较小的域组成并且域的形状和尺寸很大程度上受硅化物材料及其生长过程的影响。” 圆形硅晶体也称为锭就是通过这种方式生长的。然后将锭切成晶圆。然后对晶圆进行研磨和抛光使其达到平坦的镜面表面以沉积微小的铜线。通常这个过程不是由CPU制造商实现的。他们通常都是从其他公司购买晶圆并用它们制造 CPU。 晶圆首先经过称为光刻的过程。首先在晶圆顶部放置一层二氧化硅。然后晶圆的一部分被浇注上光致抗蚀剂这些光致抗蚀剂是对紫外线敏感的化学物质然后高速旋转以产生层。掩模的设计图像被放置在每一层上以保护其某些部分免受蚀刻和离子注入。蚀刻过程为晶体管创建二进制图案离子注入在晶圆上形成电路。然后通过清洗工艺去除光刻胶材料。CPU生产中大量需要光刻工艺。它通常占制造成本的 30%左右。它决定了芯片的晶体管速度和尺寸以供进一步加工。光刻过程需要大量的能量和有毒的化学试剂。盐酸、氢氧化钠、乙酸和硝酸用于蚀刻和清洗晶片。 然后对晶片进行掺杂以形成晶体管。将铜填充到顶部绝缘层上蚀刻的孔中。建造微小的铜线是为了传输电力最后对晶圆进行测试。“这种级别的测试不仅包括传统的计算能力还包括内部诊断以及电压读数、级联序列数据是否按应有的方式流过等。”测试后晶圆被切割成其单独的芯片。然后将各个芯片封装到塑料壳中。“该封装既充当载体又充当外壳。”这样就完成了 CPU 的制造。该过程中的某些步骤会造成环境污染。“IMPACT 2002方法评估的主要环境影响源是蚀刻工艺其次是薄膜、扩散、光刻和CMP工艺。” 铜因其高导热性和导电性而广泛应用于现代工业。铜在自然界中通常以硫酸盐和氧化物的形式存在。铜矿石含有 0.5% 至 2.0% 的铜。根据美国地质调查局发布的矿产商品摘要2014年全球铜总产量为18,700,000吨。智利是最大的铜生产国其次是中国。美国今年生产了1370000吨铜。从旧废料中回收了180,000吨相当于消耗量的 10%。进口铜59万吨其中51%来自智利。 将铜矿石研磨、浓缩并用水和化学试剂制成浆料。然后根据矿石类型和其他经济原因通过火法冶金或湿法冶金方法精炼精铜。氧气、铁、硫酸、二氧化硅和各种有机化合物是铜精炼中经常涉及的化学物质。废物产品包括尾矿和炉渣。它们含有铅、砷和其他有毒化学物质。如果废物处理不当可能会对邻近社区的健康造成危害。铜加工会产生二氧化硫等废气以及含有铁、铜氧化物和硫酸盐的颗粒物。处理方法是采用排放控制设备捕获颗粒物并通过单级静电沉淀将二氧化硫转化为硫酸。 塑料是构成CPU封装的材料用于绝缘线。塑料是由石油和天然气生产的。首先原油或天然气转化为乙烯和丙烯。然后通过进一步的加工小烃单体通过化学键合形成长链。塑料是热绝缘体和电绝缘体具有很高的耐化学腐蚀性。因此它们用于涂覆电线和外壳碎片以防损坏。塑料垃圾是一个全球性挑战。大量塑料垃圾被倒入海洋。随着时间的推移塑料会分解成对海洋生物有害的微塑料。它们不可生物降解因此可能进入食物链并被人类吸收。更令人担忧的是大量塑料垃圾被倾倒在垃圾填埋场而没有任何原材料或能源得到回收。 总之CPU 主要由硅、铜和塑料组成。在美国由于劳动力成本高昂硅回收是不存在的。然而最高的能源消耗发生在硅提纯过程中这意味着一旦 CPU 报废大部分能源就会被浪费。对于 CPU 设计者来说考虑回收材料的成本非常重要这样才有经济动力这样做。否则这些科技公司还是会倾向于直接扔掉这些材料。
