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。