半導體芯片領域可另辟蹊徑多向發(fā)力

　　芯片是整個信息產業(yè)的核心部件和基石，也是國家信息安全的最后屏障。目前我國芯片自給率仍然較低，核心芯片缺乏，高端技術長期被境外廠商控制，與發(fā)達國家的差距短時間難以逾越。據(jù)中國半導體協(xié)會統(tǒng)計，2019 年我國芯片進口額超 3000 億美元，但芯片自給率僅為 30%左右。 2020 年已逾 3500 億美元，達到原油進口量的 2 倍。不僅市場代價巨大，還面臨嚴重“卡脖子” 的風險，危及產業(yè)安全和國家安全。

　　《半導體》堅持為社會主義服務的方向，堅持以馬克思列寧主義、毛澤東思想和鄧小平理論為指導，貫徹“百花齊放、百家爭鳴”和“古為今用、洋為中用”的方針，堅持實事求是、理論與實際相結合的嚴謹學風，傳播先進的科學文化知識，弘揚民族優(yōu)秀科學文化，促進國際科學文化交流，探索防災科技教育、教學及管理諸方面的規(guī)律，活躍教學與科研的學術風氣，為教學與科研服務。

　　目前芯片制作工藝大多采用基于硅基材料的集成電路技術，該項技術長期被國外廠商壟斷。但硅基芯片的 PN 結從根本上限制了其發(fā)展?jié)撃埽壳暗?3nm 制程已經逼近硅基芯片的物理極限，量子隧穿效應決定了其制程規(guī)模無法突破 1nm。

　　隨著 5G 時代的到來和人工智能產業(yè)的蓬勃發(fā)展，人工智能芯片逐步成為全球關注的新興賽道。人工智能對芯片算力提出了更高要求，傳統(tǒng)芯片制作工藝亟須從物理層面進行轉型升級。新興半導體材料的異軍突起，將成為左右半導體芯片產業(yè)未來話語權的重要因素。全球人工智能芯片市場均尚屬于萌芽階段，雖然我國起步較晚，但暫未與發(fā)達國家拉開較大差距。

　　為推動半導體芯片產業(yè)實現(xiàn)換道超車，發(fā)揮關鍵核心技術攻關新型舉國體制優(yōu)勢，建議大力研發(fā)四種新型芯片：

　　一是碳基半導體材料。使用碳基半導體制造芯片存在較大優(yōu)勢，碳晶體管的理論極限運行速度是硅晶體管的 5-10 倍，而功耗卻只有后者的 1/10。2020 年 5 月，北京元芯碳基集成電路研究院突破了碳基半導體材料制備瓶頸。我國碳基材料率先研制成功，為碳晶體管的制作打下了堅實的基礎，標志著我國碳基芯片制造領域處于科技的最前沿。

　　二是硅碳半導體材料。該材料綜合硅基、碳基半導體的優(yōu)秀品質，因為其獨特的化學特性，硅碳半導體材料有著無可比擬的應用前景，主要應用于大功率、高溫、高頻和抗輻射的半導體器件上，比硅器件強很多，在 5G、智能交通、新能源汽車和工業(yè)控制等市場大有可為。

　　三是第三代半導體材料。這是以 SiC 碳化硅和 GaN 氮化鎵等為襯底材料，具有高擊穿電場、高飽和電子速度、高熱導率、高電子密度、高遷移率等特點，更適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率電子器件，在光電子和微電子領域具有重要的應用價值。目前，市場火熱的 5G 基站、新能源汽車和快充等都是第三代半導體的重要應用領域。

　　四是發(fā)展光子芯片。光子芯片的計算介質是光子而非電子，有功耗低、運算頻率高、抗電磁干擾能力強的優(yōu)點，光子芯片的計算速度將是傳統(tǒng)芯片速度的 1000 倍以上，抗電磁干擾的能力更為強大延遲更低。其不需要改變二進制計算機最底層的軟件原理，適合線性計算，與未來人工智能和大數(shù)據(jù)發(fā)展方向相契合。目前主流光子芯片研究廠商僅將光子芯片作為電子芯片的補充，集成為光電子芯片，在單獨制作和運用光子芯片方面暫未取得關鍵性技術突破。