中国作为目前世界上的第二大经济体,近些年在科研领域也是高歌猛进,取得了不菲的成绩,甚至不少领域已经站在了世界的前列。
但在不少高精技术领域,我们的进度还是远远落后他人。就像是光刻机技术,掌握这项技术的国家比有原子弹的国家还少!
目前世界上只有两个国家掌握了最高端的光刻机技术,我们也只拥有制造中低端的光刻机的能力。
那么光刻机是什么?又为什么这么难造?
光刻机的重要性光刻机就是用来制造半导体芯片的机器技术,而光刻机的重要性来自于半导体芯片的重要性。
在如今这个电子化信息时代,芯片就是所有电子产品的大脑。电子产品的性能如何,直接取决于芯片的精密化程度。
芯片的本质就是半导体集成电路。进入电气化信息时代后,科学家们发现可以用电子来传递信息,而“电路”就是传递信息的电子所要经过的路径。
但早期由于半导体技术还没发展,人们想要用电来处理信息就需要复杂且庞大的机械装置用电线来组建集成电路,
这样的电路不仅不稳定,所能传递的信息量也非常少,传递速度也很慢。
像是我们知道的电报机,只能传递简单的声波而无法传递具体的声音,只能通过提前确定好的“密码本”来破译。
但二战之后,科学家们通过对晶体管的研究发现了半导体的优秀之处:只要在半导体晶体管内刻画电路,电子就可以在晶体管内按照刻画的电路快速流通。
只要将多个刻画有电路的晶体管联通在一起,就可以组成一个小型的集成电路,这就是芯片。
芯片比传统的机械装置集成电路更加节省空间,处理的信息也更多,处理速度也更快。而在晶体管内刻画电路的技术就是光刻机技术。
现代信息社会不论是日常生活,还是高精尖科技研究,又或者军事领域的发展都离不开各式各样的电子设备,而这些电子设备又都离不开芯片。
可以说掌握芯片技术才算是真正进入了现代化,掌握了制造芯片的光刻机技术才能不被踢出现代化。
领光刻机技术这么难以掌控的原因是什么?
光刻机的技术难点目前全世界能够自主研发光刻机的国家很少,比拥有核武器的国家还少。而只有荷兰的ASML公司拥有目前最先进的EUV光刻机,精度达到了5nm。
其次是日本的佳能公司,精度达到了7nm。
而EUV光刻机也不是ASML一家公司独有的成果,而是汇集了美国、荷兰、日本和德国四个国家相关工艺的最顶尖科技的结晶。
光刻机的技术难点并不在理论上,而是在工艺技术,以及配套产业上。
光刻机的工作原理很简单,简单来说就是用激光在涂在硅片表面上的光刻胶上刻画出电路图案,在使用特殊工艺将电路图案蚀刻在硅片上。
在理论上,在光刻胶上刻画出来的电路图案越多且越清晰,那么这个硅片制作的芯片性能就越强,所能够处理的信息也就越多。
而光刻机的精度突破所带来的技术迭代升级是巨大的!在上个世纪90年代,光刻机的精度发展到193nm后就陷入了瓶颈,
直到进入21世纪,光刻机技术得到突破达到了13nm,所带来的对普通人来说最直观的就是智能手机的飞速发展所带来的巨大社会变化。
目前最先进的EUV光刻机的精度已经达到了5nm,也就是说光刻机在光刻胶上刻画的团之间的最短距离只有5nm。
光刻机考验的并不是理论突破,而是加工技术水平,以及量产能力。
科技产品是需要配套产业来支持的。越是高级的科技产品,所需要的配套技术产业就越多。
与光刻机相关的芯片制造产业,就跨越了物理、化学、材料学、机械制造、计算机等多个大学科内的诸多分支学科。
制造一片芯片就需要上述众多领域的生产链相互配合,完成数百道复杂工序才能制造出来。考验的不仅仅是技术能力,更是国力水平。
就拿ASML公司的EUV光刻机来说,这么一台光刻机需要由十万多个零件组装完成,重量超过了180吨!
并且这些零件很多都是相关领域最尖端的科技产品,例如美国提供的光源技术、日本尼康和佳能提供的光学系统、德国提供的光学折射镜头技术等等,
除了这些核心技术,还有很多西方国家提供的配套技术和产业支持。
可以说这样一台目前世界最顶尖的光刻机是汇聚了所有西方发达国家的最尖端技术,以及相关领域完整产业链的支持下共同产生的。
这样最顶级的光刻机并不是单一国家的国力能够支撑起来的。日本不行,荷兰不行,就连美国都不行。
我国光刻机的发展状况我们国家是目前世界上第四个可以生产光刻机的国家,可仍旧有很多人说我们国家在芯片方面被人卡了脖子,这是怎么一回事呢?
我们国家目前能够实现量产的芯片,光刻机精度只达到了90nm,这样的精度也只能够满足智能电视、智能家电以及工厂智能设备这样一些低端需求。
虽然我们也有精密度更高的光刻机,但那些却只存在于实验阶段,无法实现量产。
像是智能手机、计算机等方面的高端芯片需求,我们目前是没有自主制造能力的,只能依赖于进口或找外国代工。
而我们第二大经济体的现状使我们的高端芯片需求量也很大,这就导致了我们被西方“卡主脖子”。
而像是EUV光刻机这种最顶级的光刻机,以我们目前的国力是没办法独自制造出来的。因为我们国家的芯片产业相当落后,
相关的半导体产业研究不足,其余的芯片相关制造产业链也是相当落后。就连我们能够生产的90nm光刻机,也是在最近几年才研制成功的。
想要独立研制出EUV这种顶级光刻机,前置要求就是在国内完善相关的芯片制造产业,并且都达到世界顶尖水平。光这一步就需要我们花费很长的时间。
网传的国产5nm光刻机是怎么回事可能有人也看到过相关的新闻,说我国已经完成了5nm光刻机的研发。
其实这些消息要么只是光刻机相关实验室实现了理论突破,连样品机都没能做出来,要么就是混淆了光刻机与蚀刻机的概念。
关于前者,只是理论上的狂欢。因为不论理论再怎么进步突破,我们目前还是没有相关配套的芯片产业供应链。
而后者,我们的中微半导体公司确实实现了5nm的蚀刻机的生产,但蚀刻机与光刻机虽然只有一字之差,却是完全不同的两种工具。
蚀刻机只是在硅片上完成光刻机刻画图案的雕刻,仅仅只是光刻机的后端加工机器,技术含量和光刻机天壤之别不能混为一谈。
结语虽然网上盛传各种我国公司实现光刻机5nm、3nm突破的消息,但我们仍然需要意识到我们的光刻机技术与世界顶级存在巨大差距。
越是高级的科技产品,所需要的配套技术产业就越多。像光刻机这种金字塔顶尖的科技,一步登天只是妄想。
只有一步一个脚印,完成光刻机零件相关的产业建设,搭建好金字塔的基底,才能最终取得技术的突破,实现逆袭。
给你光刻机就能做出来自己设计研发的芯片吗