“芯片”融入《硅》教学中的爱国主义教育

福建省南平市第九中学 福建 南平353000

5G 芯片是什么？它有什么用？

现在的5G 就是最新一代的芯片，新的数据处理软件将加速数字化进程，AI，物联网和机器人将激发2020-2025 年的数字创新。5G 正在对汽车行业，媒体行业，医疗健康，能源，交通物流，生产制造等领域产生巨大影响。5G 是一场革命，它所产生的影响力会超过电力给人类带来的改变。中兴通信被美国制裁的事件引发的了关于“中国缺芯”的大讨论。有很多人觉得，经过这样被人一剑封喉的教训，将迎来中国芯片产业快速发展壮大的契机。

那么，这么厉害的芯片是由什么制成的？是怎么诞生的呢？

芯片的前世，都是一捧黄沙而已。它们默默地沉睡着，丝毫不知自己将在信息世界掀起巨大的波澜。

在这些唾手可得的不起眼沙子里，蕴含着芯片制造最基础的元素：“硅”。它在元素周期表里排行14，符号为Si，原子量28，最外层有4 个电子。硅是地球上含量第二高的元素，含量最高的元素是氧。这两种元素组合成二氧化硅（SiO2），蕴含在浩瀚的沙海里，广泛而廉价。二氧化硅就是石英。高纯度的石英又叫“水晶”。这样，引入了新课《硅》的学习，情景新颖，与时俱进，融入了爱国主义教育。

从漂亮天然水晶为原料，提取高纯度硅(硅锭),纯度达到99.999999999%（11 个9），又叫“单晶硅”。这样的冶金级硅就能用来做芯片了吗？还差得远！这仍然只是原料而已。经过打磨，切割，再打磨，就形成了一个个圆形的薄片，叫做“晶圆”

然后，借助计算机语言和相关设计软件进行逻辑设计，转化成具体的电路图，叫晶体管。再把这些电路映射到一层层的光罩上去。有了晶圆和光罩，终于可以进行芯片的制造了。因为硅这种材料比较特殊，导电性介于导体和绝缘体之间，因此叫做半导体。给它掺杂不同的离子（砷，磷，磞等）会改变导电特性形成晶体管，如此之多的晶体管就是基于这样的原理通过掺杂不同离子的方式刻进去的。

那所谓了多少纳米的制程工艺是指什么呢？说白了就是这些晶体管的大小。晶体管越小，集成度越高，反应速度越快。目前14 纳米工艺已经成熟，下一步就要到7 纳米工艺了。这可以说是整个信息产业最为“高精尖”的设备了。

荷兰的ASML 公司的极紫外光刻机，超级复杂的巨无霸。为了买这台光刻机，中芯国际下了血本，就是为了抢先登陆目前世界上最先进的7nm（纳米）芯片量产，而全世界能做7nm 芯片用的光刻机的厂家，只有ASML 一家。可是ASML 跳票了。中美两国的芯片战争，还远远没有结束。让人忧心的是，中国芯片到底已经发展到什么程度了？这是个谜一样的问题。有人拆开了华为最新款的5G 手机，发现里面包括CPU 在内、各种用途的36 块芯片里，有18 块都是华为海思自己造的。

晶圆的切割，切下来的每块叫晶片，也叫裸晶。至于切多大就看设计和使用的需要了。然后再进行测试封装！焊上管脚，固定，封装，测试完成。成品芯片出炉图，可以包装后拿出去卖了！市面上Intel的i7 CPU 售价约人民币5000 元。

这就是从沙子到芯片的完整旅程。这小小的芯片，里面却包含了像整个宇宙一样浩瀚的电路，真可谓一粒沙子就是一个世界。

这样的高精尖技术，形成了整个规模庞大的全球产业链。

那么，为什么中国人要做自己的芯片？

中国的经济升级，最大的两个领域是汽车制造工业和集成电路工业。我们要实现最终打垮西方列强，也就是要在这两个超级产业完成逆袭。未来的十年，我们要做好长期战斗的准备,如果我们成功了，那中国就是真正的超级大国。如果这两个领域我们失败了，中华民族复兴就不能称之为成功。

有一首小诗，或许它可以为中国芯片60 年的漫漫征途做一个注

米雕千字何须服，硅集电路妙思苦，

美欧链就强基业，华夏憾缺定鼎础。

若非当年汉芯误，何来今日中兴屠？

国势仰赖匠心琢，斩荆除蛮方为路。

结语：

今天的教育，应该让人成为完整的人。完整的人之素养是在知识学习过程中形成的，过程中的重要一环就是情景。情景是知识转化为素养最主要的路径。在《硅》教学中，通过设置“芯片的诞生—沙子到芯片”的教学情景，说明化学可以实现神奇的转化。在视频播放之初，为什么要学《硅》？学《硅》有什么用？学生不太明确。通过视频的播放，设置的芯片的诞生教学情境，体现了硅的社会应用价值，激发了学生学习的兴趣。加深对硅元素观的构建，这样的课堂，把硅知识，与其在社会生活中的价值联系起来，让枯燥的知识鲜活化，学生在获得知识的同时感悟不同的科学精神和品质，激发了他们学习的乐趣及爱国热情，为社会的进步而努力，这就是学习化学的最终目的。