中国自主研发光刻机:将突破5nm,找回中国半导体产业失去的30年

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发布时间:2024-09-16 22:15

机关算尽一场空。美国人万万没想到,其在半导体行业,针对我国数年的科技封锁、贸易限制等一系列“卡脖子”战略,非但没有让我们屈服,反而激发中国科技自主研发进程。

光刻机技术迅速崛起,7nm胜利在望,5nm也将获得突破,我们落后于世界半导体行业发展的30年,亦将一一补齐。

那么这项光刻机突破将对我国半导体行业发展起到哪些作用,我们曾经又因何错失发展机遇?



光刻机技术

当今科技战略高地就是半导体产业,美国之所以针对我们挑起“半导体之战“,完全是为了独享科技红利,而在半导体产业链中最核心的,当属制造芯片的精密装备-光刻机。

光刻机的作用就是通过光源把设计好的电路图案刻到晶圆板上。它的精准度要求度有多高,就相当于在一架飞机机翼挂刀,一架飞机机翼沾米粒,两架飞机并驾齐驱的同时,用刀在米粒上刻字。

而当今世界有能力生产光刻机的先进厂商有荷兰的阿斯麦、日本的尼康佳能,而阿斯麦则实际由美方控股,日本与美国的关系,就更不用多说了。



但是打蛇就要打七寸,攻就攻难点,既然我们买不到光刻机,那就自主研发。准确来说,我国光刻机自主研发真正加速阶段、还是在2019年中兴事件美商务部发布禁令后。

我国光刻机产业当时制造的难点主要在于,第一极紫外线光源,本身紫外线光源不易被聚集,只能通过反射镜面发射,且发射一次都会损失3成,而光刻机又要求体系小,功率高且稳定的光源,这点美国一直掌握着成熟技术,其他国家都是向其采购的。



第二反射镜面,只有用高精度和高光滑度的镜片才能聚焦和校准光线,从而光线才能精确无误的照射在硅片上来画出微小图案。目前能够达到光刻机要求的镜片标准的厂商也在德国。

另外像是芯片上用的复合材料,光刻胶,高纯度化学品也多数都是日本专利。简单来说,光刻机是一种高端的微电子加工设备。

即便了解原理,但像荷兰阿斯麦这样拥有制造生产光刻机的顶尖技术公司,除了核心部件外,还需要向全球5000多家供应商进口10多万个零件,这其中当然以美国公司居多。



不仅如此半导体制造用的所有中高端硅晶圆,我们都暂时需要进口。不过正是在重重压力下,我科研人员不断取得突破。

据说第四代光刻机技术,理论上是可以实现7nm节点工艺制程的,只不过由于需要的光罩数量非常多,暂时量产还是有难度的。

虽然这样的成绩、比起世界一流水平(5nm以下)尚且存在一定的差距,但是我们在全球产业链受限的条件下,走到这一步已属不易,更何况目前实现28nm自主化突破意义更大。



因为中国工程院院士倪光南曾经说过,28nm的国产芯片体系足以缓解困局。虽然5nm甚至更小制程节点的高端芯片,能带来更高速、耗能少的极致性能。

但如今在物联网、工业控制、电子消费等一系列产业都要依托28nm芯片发展,也就是说28nm芯片成熟性强,适用场景广。

预计到2027年,我国对28nm芯片市场的需求将达到104亿美元,而据相关资料显示,中国电科旗下附属公司,已经实现了离子注入机28nm工艺全覆盖,性能达到国际主流水平。



要知道离子注入设备也是半导体器件制造中很重要的一环,这一突破对我国28nm芯片发展非常重要。

当我们实现自主生产28nm工艺芯片时,便会减少对进口芯片的依赖,并且随着国产化程度越来越高,生产成本相应也会降低,或许在未来国际芯片市场上,也能制造竞争力。

错失30年

从现实的角度来说,我们国家在半导体技术上的确与世界领先水平,有一定的差距,毕竟别人发展早,而我们在这一科技战略上的确因为“贸工计“路线而晚了30年。



同样以光刻机为例,早在1985年我国就研制出分步光刻机样机,那时的水平距离世界一流也不过7年差距,但从90年代起我国就开始从国外购买光刻机,与此同时荷兰日本等光刻机企业迅速崛起,壮大。

从另一方面来说,当时我们国家虽是全球化的一员,但当年在诸多条件限制下,也不可能做到所有的技术产品都要自己生产,也的确将精力暂时放置在短时间能够掌握且做出成果的技术研发上。

而美国本就是发明芯片的国家,它在芯片领域有很深的技术积累和创新人才,技术非常的成熟。



再加上考虑到半导体产业链复杂,关键技术分散到各个国家,想要完全掌握很难,但芯片又十分重要,几乎所有的工业领域都需要用到,因此我们才选择走了”贸工计“路线。

这就导致后期在半导体行业发展中,受到美国一定的钳制。可以说,在半导体产业链上游的任何一种材料或者设备,哪怕一个配件都能成为制约的手段。

不过也正是在美国的”步步紧逼下“,我们才真正看到自主研发创新的重要性,如今我们在科技上的发展不仅让国人惊喜,更让世界感到震撼。



从两弹一星、卫星、GPS、航天、半导体等多个领域,我们都推出了替代性强的自主体系,比如中国独立自主的北斗系统,已服务于全球200多个国家和地区用户,每天利用北斗系统来定位的频次超过3600亿次,作为后来者的北斗已经超过同级产品。

最后

一切都只是时间问题,我们在光刻胶、射频芯片、超精密抛光工艺上等有关“被卡脖子“的芯片技术上,已经逐步取得不小进步,虽然光刻机由于集成难度高、暂时没有实现特别大的超越,但中国科研人员一直都在持续努力当中。

对于半导体行业来说,国产化必是未来长久发展之计,随着国内半导体制造和产能的持续扩张,必将带动国内技术和市场突破。任何想要”卡脖子“威胁中国的国家从未成功,也不可能成功。

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