沙子在我们普通人的眼中可能只是一种廉价的建筑材料，然而，科学家们通过自己的智慧，将这些不起眼、廉价的沙子制成半导体材料，价值瞬间翻了几十万倍，形成了一个巨大的半导体产业，中国每年进口半导体芯片所花费的金额就达到了几万亿人民币，已经超过了石油的进口总额，集成电路与半导体材料已经成为了社会发展的“刚需”。那么人类是如何将沙子摇身一变成为价值媲美黄金的芯片呢？接下来我们将进入制造半导体的世界。
半导体芯片从沙子到单晶硅再到晶圆
沙子的组成沙子是我们生活中非常常见的一种物质，它的主要组成成分是石英，也就是二氧化硅（SiO2）,沙子中二氧化硅含量高，因此，对于半导体产业来说，沙子是再合适不过的原料了。制作半导体材料所需要的原料是单晶硅，因此，需要先将沙子中的氧去除，从而得到单质硅。
沙子沙子中提取硅单质，得到多晶硅要将沙子中的二氧化硅变为单质硅，需要将沙子中的二氧化硅进行还原。一般是在电弧炉中，将石英含量较高的沙子和焦炭按适当的比例加入，在℃的高温中反应并生成硅单质。
电弧炉二氧化硅还原然而，通过上面反应之后得到的硅杂质含量很高，硅的纯度一般只有95%~99%，这种硅称为冶金级硅。只有极少数的高纯度冶金级硅(纯度≥98%)才能用于进一步提纯为高纯度的电子级多晶硅，而这些能达到要求的仅占冶金级硅的1%。
超大规模集成电路的硅材料，纯度需要达到10~11个9，也就是平均几百亿个原子中仅含有一个杂质原子，这个纯度是非常高的，因此，需要将上面得到的硅进一步提纯。
一般先将粗硅与氯化氢（HCl）气体在高温下反应，生成三氯化氢硅（SiHCl3），同时也会生成SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl、AlCl3、FeCl3等物质，再利用这些物质沸点的不同在蒸馏塔中控制温度进行多次精馏分离。
得到的高纯SiHCl3再与H2通入还原炉中，利用高纯硅细棒作为发热体，加热到℃左右，SiHCl3会与H2在炉内反应，生成Si和HCl，新生成的硅会沉淀在硅棒上，使硅棒逐渐变粗，得到高纯度的硅单质。
粗硅进一步提纯工艺从非晶硅到单晶硅棒制备芯片所需要的硅必须是要单晶硅，所谓的单晶，就是物质内部的原子排列整齐有序的，而上述得到的反应得到的单质硅内部结构并非有序结构，一般为非晶结构或多晶结构，非晶即为原子排列完全没有规则，杂乱无章，而多晶则为部分结构有序，而长程无序，微观的区域内为晶体结构，很多的晶体结构之间存在着晶界。因此需要进一步重新熔化结晶得到单晶硅。