皮皮的正经科普——现实中的格雷机器

科学系机器之——精密激光蚀刻机

今天的主角是GT中一个科技线上的大敌，耗电大户，曾经让你用一下午时间去筛出来一个精致红宝石的家伙——精密激光蚀刻机

现实中的激光蚀刻实际上远比GT中的激光蚀刻要复杂的多，不是像GT中的机器一样，激光通过透镜把晶圆上面直接削掉一部分就完事了，今天给大家简要介绍一下这其中的流程。

首先我们通过熔炼和纯化，提拉工序，得到了柱状单晶硅，单晶硅拥有近乎完美的晶体结构，这也是其用来制造电路元件的物理基础。之后我们通过对单晶硅等径部分的切割，得到了大量的晶圆，这一步相信大家在GT芯片的制造过程中都经历过。

晶圆首先经过清洗，用超净空气吹干之后，放置在旋涂机上，利用机器的旋转旋涂上薄薄的一层光刻胶，这个过程和往蛋糕坯上抹奶油是比较类似的，但是它是借助光刻胶自身的流动性做离心运动，因此在控制得当的情况下旋涂层可以比机械涂抹更加均匀。然后根据自身的情况，选择合适的光来进行蚀刻。

光刻其实和我们雕刻有异曲同工之妙，同样分为阴刻和阳刻。与之不同的是，被雕刻的物件从木头石头变成了光刻胶，同时刻刀也变成了激光束。阴刻和阳刻取决于光刻胶的种类。光刻胶是属于感光型高分子材料，如果光刻胶属于光分解型的光刻胶的话，那么被光照射到的地方就会分解成为小分子单体，这些小分子单体往往是可以溶于水这种极性强的溶剂的，所以在光照射后用超净水冲洗，就可以把被光照射过的地方冲洗掉，暴露出底部的单晶硅晶圆，这样是不是和雕刻中的阳刻比较像；而有的光刻胶属于光聚合型，被光照射过的地方会发生交联形成网状的分子结构，这种结构反而更加难以溶解在溶剂中，所以照射后拿溶剂冲洗，就会把没有被照射过的地方的光刻胶冲洗走，暴露出单晶硅晶圆，这就类似于阴刻。

在这之后，用化学试剂蚀刻光处理后的单晶硅晶圆，就可以把上面没有光刻胶的部分给蚀刻掉，这时候硅晶圆上的最小的电路单元——晶体管的雏形就形成了。之后我们再利用原子掺杂，常见的比如砷，氮，锑等3或者5价元素，将这些元素混入单晶硅中，并且加热，加热后的这些原子能够越过势垒，闯入晶格中并且替换掉单晶硅中的硅原子而形成N型或者P型半导体，成千上万个这种半导体小区域就相当于各式各样的小型电子元件，例如小三极管，小二极管等等，共同构成了芯片。

之后，为了将各个分离的电子元件形成一个整体，必须将其联系起来。首先在表面上先镀上一层导电性良好的金属材料，然后利用与上述的方法类似的步骤，利用化学+光蚀刻掉我们不需要的部分，留下导线将各个小片区联系起来。之后再进行化学机械研磨，同时借助化学和机械的方法，将蚀刻之后的晶圆表面整平，形成绝对平整的一块平面。之后就可以对其进行切割，封装，测试等操作了。

以上的内容文字描述其实不是很方便，如果大家有兴趣的话可以去搜索一些光刻机相关的视频，其中有不少配合动画都描述的非常清楚。


回到游戏吧！精密激光蚀刻机这台机器的合成配方里特殊的部件是：发射器和两个活塞。其实我个人觉得发射器+两个电动马达或者机械臂的配方会更加合适，因为在蚀刻过程中会需要旋转晶圆。

而对于精密激光蚀刻机能够执行的配方，我认为GT还是做得比较科学的，有一些芯片，比如中央处理器芯片，QBit芯片等等，都是在蚀刻之后还有经过化学反应釜的处理，利用萤石或者量子之眼去进行。。。掺杂？好吧我们姑且这么理解。

机器合成配方科学性：★★★
机器处理配方科学性：★★★★
机器实用性        ：★★★★

说句题外话吧，之前我国的中兴公司就是因为芯片的事情，被美国高通公司摆了一道，因为我国光刻机的技术距离国际先进水平还有不小的距离，自主掌握的光刻机技术只能用来生产一些精度要求不高的芯片，光刻机的核心技术仍然掌握在国外的公司手中，并且对我国实行严格的技术封锁。这其实也是我为什么想要去学习高分子材料和电子工程的交叉学科的原因之一。

可以可以

科学系机器之——压模器

压模器，其实由于我的专业的缘故，我更爱叫他挤出机。

按照惯例，应该是放一段压模器在Wikipedia上面的定义，但是并没有找到，extruder似乎是被归结在extrusion这个词条之下了，那么我们来看看extrusion的解释吧：

Extrusion is a process used to createobjects of a fixed cross-sectional profile. A material is pushed through a dieof the desired cross-section. The two main advantages of this process overother manufacturing processes are its ability to create very complexcross-sections, and to work materials that are brittle, because the materialonly encounters compressive and shear stresses. It also forms parts with anexcellent surface finish.——Wikipedia

翻译：挤出是一种用于具有固定截面轮廓的工件的制造加工过程。材料被推着穿过一个按照需求设计好了截面形状的模具。这种工艺的两个主要优势是：可以生产具有非常复杂的截面的工件，同时也可以生产比较脆弱的材料，因为材料在挤压的过程中只会遭受到压应力和剪切应力。同时也可以生产表面光洁度非常好的零件。

看了以上的定义之后是不是还有点懵逼，没关系，我给你举个例子，一张图你马上就能懂。有没有吃过我国河南的特色美食饸饹面？饸饹面的制作过程就是一种非常简单的挤出过程。

在装饸饹面团的这个槽里，顶部有活塞压下，四周都是不可形变的，只有通过下面的洞眼被挤出去。

（图片来自百度图片，侵删）

（图片来自Wikipedia-Extrusion词条）

挤出实际上就和饸饹面的制作大同小异：坯料在三向不均匀压应力作用下，从模具的孔口或者缝隙挤出，使之横截面积减小，长度增加，同时截面产生特定的形状，成为所需制品的加工方法叫做挤压，坯料这种加工方式叫挤压成型。

好了，介绍了这么多，我们回到GT中的压模器上面来。我们可以看到GT压模器在除去了大部分机器都需要的电路板，线缆和机器外壳以外，剩下的是电动活塞和几根4x线缆。这几种线缆有什么特点吗？我把它们的名字依次放出来你应该就懂了：铜导线，白铜导线，贝塔尔合金导线，镍铬合金导线，钨钢导线，高速钢G导线，硅岩导线，硅岩合金导线。有什么发现吗？没错，除了铜导线之外，他们全都是高炉线圈的制作材料。

在GT中，这些导线都有一个非常大的特点，那就是电力传输的线损非常之大。有些材料因为他们的电阻比较大，如果拿来做电力传输线路那是非常愚蠢的行为，但是他们的电阻，根据焦耳定律，可以帮助其在通电时产生大量的热量，所以他们常被作为电热丝来使用。在GT中，各种高炉线圈所用到的材料大抵都是这一类（不要问我硅岩是怎么回事，天知道硅岩的电阻多大）

这些导线的作用是做什么的呢，答案是发热给金属预热。在Wikipedia上，挤出工艺被根据分为如下几种：热挤出（Hot Extrusion），冷挤出(Cold Extrusion)，温挤出(Warm Extrusion)。一般而言，至少可以看到在GT中，我们默认的都是热挤出，Hot extrusion is a hot working process, which means it is done abovethe material's recrystallization temperature to keep the material from workhardening and to make it easier to push the material through the die.高于材料结晶温度的挤出温度可以使得材料免于出现加工硬化（一种在冷变形加工下出现的现象，金属材料强度和硬度提高，韧性和塑性下降），所以更容易把材料推着穿过模头。从这一点来看，压模器的合成配方可以说是非常科学了！

玩GT的玩家，对于压模器能够完成的各种任务也就不用我多说了吧，不管是杆，板，外壳，齿轮还是线缆，锭，乃至于镐头，刀刃都可以通过压模器制出，是机器中的豪杰！从这一点来看，压模器能够进行的配方其科学程度也算是很高的了！

不仅如此，对于不同的材料，压模器加工处理的电压和时间也有所不同，一般而言，硬度越高的材料，压模器处理起来会越麻烦，比如钨钢啊，硅岩啊，都需要较高的电压，而且处理时间也长。但是GT中的绝大多数高分子材料，比如聚乙烯，聚氯乙烯，聚苯硫醚等等，那处理速度可快了，嗖嗖嗖就完成了！这也是挺科学的一部分，毕竟高分子材料在这种塑性加工的工艺中，相比金属那处理起来可是简单的多。

机器合成配方科学性：★★★★★

机器处理配方科学性：★★★★★

机器实用性              ：★★★★★

总体评分                 ：★★★★★（机中之鉴

GT7发布预告

草死企鹅

NoNamePlay 发表于 2018-7-30 09:52
资瓷大佬硬核科普！
萌新小声哔哔一句，能否意淫GT离心机在处理矿物粉的时候，会将矿物粉放在 ...

是的，这样会更加科学

皮皮怪 发表于 2018-7-30 09:23
现实中的格雷机器科普第一章——离心机

资瓷大佬硬核科普！
萌新小声哔哔一句，能否意淫GT离心机在处理矿物粉的时候，会将矿物粉放在不溶解矿物也不反应的惰性液体中制成混悬液，再对混悬液进行离心，使得GT离心矿粉的配方科学起来？
NoName德里奇事后查找了相关资料，实际的工业生产中，当离心机用来选矿的时候，就是这么做的。
[1] 离心选矿机 - 百度百科：https://baike.baidu.com/item/%E7 ... /3606392?fr=aladdin
[2] 矿浆 - 百度百科：https://baike.baidu.com/item/%E7 ... /8481322?fr=aladdin

今晚的新闻有了

现实中的格雷机器科普第一章——离心机

A centrifuge is a piece of equipment thatputs an object in rotation around a fixed axis (spins it in a circle), applyinga force perpendicular to the axis of spin (outward) that can be very strong.The centrifuge works using the sedimentation principle, where the centrifugalacceleration causes denser substances and particles to move outward in theradial direction. At the same time, objects that are less dense are displacedand move to the center. In a laboratory centrifuge that uses sample tubes, theradial acceleration causes denser particles to settle to the bottom of the tube,while low-density substances rise to the top. ——图文均来自Wikipedia

以上是维基百科对于离心机的定义：离心机是一种让物体绕轴做圆周旋转来提供一种垂直于轴向外的很强的力的仪器。利用沉淀原理，密度大的物体向外移动，密度小的向内，也就是向着圆心方向移动。实验室里一般要用到离心管，离心以后的结果是密度大的沉淀在管底部，密度小的浮在上部。

说到GT中比较贴近现实的机器，我第一个想到的就是离心机，因为它的用处的非常多。。。

实际上，离心在我们的生活中非常常见，一个典型的就是洗衣机的甩干模式，通过离心作用使得水通过洗衣机筒上的小孔流出去，而我们的衣服则留在筒内；我们在雨天打伞的时候，用手转动伞，会发现伞面上的雨滴都飞了出去，这些都是离心作用。

在GT中我们要用到它的地方最主要就是矿物的处理，当我们用把矿物打成脏粉或净粉之后，就可以用离心机来获取副产了。但是，离心机对于这种固体-固体混合物其实是没有什么办法的，因为离心的原理来源于密度差，比介质重的粒子远离圆心运动，比介质轻的粒子向着圆心运动，这就要求物体的流动性要比较好，才能易于在分子间产生密度流动，最终达到良好的分离效果。因此离心在气体和液体介质中是非常好进行的，甚至可以规定说离心只能在气体和液体介质中进行也不为过。固体则由于流动性差，在单纯的固体介质中密度流动很难，所以离心的效果也可想而知会非常差劲。

那么分离固体粉末的好方法是什么呢？比如风选，举个例子，灰尘落在我们的书上，我们吹口气把灰尘给吹走了，这便是一个很简单的风选过程；还有跳汰分选，比如我们煮饭用到的米中混有一粒豆子，我们可以通过不断地左右摇晃装米的篮子让豆子慢慢浮到米的上面来然后挑走，这就是一种很简单的跳汰分选；此外还有沙里淘金的溜槽分选，以及在GT中实装了的电磁离析机等等。

GT的离心机有一个非常大的作用就是离心液态空气获得一些气体组分，这大概是基于梯度离心的原理，利用离心作用使得样品进行在密度梯度介质中进行离心沉降或者沉降平衡，从而使得样品逐渐各自聚集在某一个特点密度带从而达到富集的效果。这一点其实我们在医学上会用的很多，比如分离某些特定的基因片段，或者mRNA等。

不知道大家有没有注意到，GT离心机中有个别区别于其他绝大多数的离心配方，其产物获得率低，耗电高，在NEI中排在最后。没错，这就是稀有放射性同位素比如铀235从铀238中的分离。其实你想从铀238中离心获得铀235是根本不可能的，我们一般是要利用气体离心或者气体扩散的方法，将铀制成六氟化铀之后，借助235UF6和23UF6细微的密度差，来进行分离，由于铀235的丰度低，这二者之间的密度差也很小，所以需要数千级的多次离心才能把铀235富集到可用作核武器的浓度。详细的资料大家可以自行查阅“铀浓缩”的资料查阅。

机器合成配方科学性：★★★

机器处理配方科学性：★★

机器实用性       ：★★★★★

第一期的不靠谱科普——格雷科技中的机器就到此结束了，皮皮不才，也是第一次写这些东西，如果有什么不对或者不好的地方请一定要不吝赐教！喜欢的，兹瓷的，想肛我的都请踊跃回复吧。

这次我大概不会摸鱼（小声bb）。

支持一波！