常凯院士:我国半导体芯片制造底层技术短板待补

作者: 常凯

来源: 中国科学报

发布日期: 2023-11-09

常凯院士指出,我国在半导体芯片制造中虽有材料优势,但在关键底层技术上存在短板,需要加快发展步伐以提升国际竞争力。

常凯(中国科学院院士、中国科学院半导体研究所研究员)指出,过去两百多年间,人们在半导体中发现了许多物理效应,其中真正改变人们生活的伟大发现有3个——晶体管、半导体激光器和白光照明。晶体管是半导体芯片的基础,人工智能、移动通信、云计算、互联网、智能网联汽车等都离不开它。它支撑了非常多的新兴产业,在国家战略发展中具有举足轻重的地位。

在半导体芯片制造产业链中,中国目前在某些材料环节上具有局部优势。但芯片制造的过程涉及的工艺环节有上千个,我国在许多环节尚未达到国际先进水平,关键底层技术的缺乏使我国长期处于产业链的中低端,因此需要夯实底层技术,加快发展步伐。

我国在锗和镓材料产业链中具有重要的地位和发言权。中国的镓元素约占全球的80%、锗元素占60%。镓元素是生产第二代和第三代半导体的关键材料,影响半导体芯片、二极管、功率器件等的制备,锗则主要用于光纤通信领域。镓和锗都是从铝矿和锌矿的废渣里提炼出来的,生产过程会消耗大量电能,不过中国有强大的电力系统作支撑。

尽管在材料领域具有局部优势,但在半导体芯片产业链中,过去我国产业较多分布于封装、测试等产业链下游领域,对技术难度更高的设备、晶圆制造等产业链上游和核心涉及较少。例如,光刻设备、高纯度光刻胶、电子特气等的制造能力有很大的提升空间,微纳级先进芯片技术发展速度仍未跟上产业需求。

2022年,中国成为世界第一汽车制造大国,尽管我国在智能网联汽车规模应用方面拥有领先优势,但我们也要看到背后的问题和隐患所在——车载芯片。汽车芯片按功能分为主控芯片、模拟芯片、功率芯片以及存储芯片。目前,即便是传统油车,每辆车也会使用600块到1000块芯片。每辆新能源汽车则要用1000块到2000块芯片,占整个汽车成本的40%。而当前我国大部分汽车所使用的芯片仍要从国外大量进口。

因此,尽早实现高水平科技自立自强,是中国新能源汽车企业十分迫切的需求。

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