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中国半导体业的真正崛起离不开这款激光装备的自主研制

信息来源:jjjlll.com  时间:2019-08-03  浏览次数:38

如果没有光,地球上就不会存在丰富多彩的生命形式。光的闪烁和传播,会以30万公里/秒的速度传递着能量和信息。

光的传播

普通的光具有不一样的波长、相位、偏振方向、传播方向如阳光。我们平常看到的阳光都以为是白色的,实际上,牛顿利用三棱镜对阳光进行了色散试验,让我们认识了太阳光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等色光组成的复色光。

1916年,爱因斯坦提出了受激辐射的概念,以此为理论基础人们获得了一种波长、相位、偏振方向、传播方向一样的光-后来人们将其命名为“激光”。

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激光

激光与原子能、半导体、计算机并称为20世纪的新四大发明。

激光所具有的独特性质,注定了激光的应用会飞速发展,激光技术的优劣在一定的层面上体现了一国科技实力的强弱。激光聚焦的光点直径可达纳米级,聚焦温度可以达到上亿度,相反也可以利用激光制冷原理,获得接近绝对零度的温度值。激光已经被广泛应用于各行各业,甚至航空航天、国防军事。

1984年,美国里根总统批准实施了一项名为“反弹道导弹防御系统"的战略防御计划

俗称"星球大战计划"。其主要的攻击与防御武器是天基定向能武器,其中有大家熟知的破坏力极强的核能武器,如原子弹、氢弹。核能的破坏形式诸如冲击波、光辐射、核辐射、放射性污染和电磁脉冲。其他定向能武器还包括 X射线武器、中子炮等。

另外有一种集成准分子激光器的高能激光技术的天基镭射射系统,格外让世人瞩目。准分子激光为何会有如此大的威力?原来准分子激光是一种超紫外线激光,它可以直接输出极短波长的紫外光,在自身性质上也可以输出足够强大功率的脉冲冷激光。

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太空激光武器

冷战结束后,“星球大战计划”被证实是美国针对前苏联的一场彻头彻尾的骗局,前苏联由最初的超级大国分裂为15个国家,再也无法与美国抗衡。渐渐的“星球大战计划”也被世人遗忘。

2018年4月16日,特朗普政府突然发布通告,未来7年禁止中兴购买美国的敏感高科技产品,时称"中兴事件"。至此,中兴在半导体芯片领域被美国“卡了脖子",甚至中兴找不到所需芯片资源的替代途径。也瞬间让全体国人不禁愕然,原来我国在部分半导体芯片领域的科技水平如此稚弱。

“中兴事件”

实际上,芯片的制造工艺确实非常复杂,需涉及50多个行业的相互配合,衔接执行近5000道制造工艺,我国芯片技术起步较晚,与强国具有较大差距在所难免。近些年,中国在半导体芯片上的进口额已经大于2500亿美元,而中国主要的进口对象就是美国。美国在半导体芯片技术中,在全球处于绝对领先地位,并且涉足的全部是高端和核心的领域。而我国的的芯片研制水平暂时处于中低端的非核心领域。

中国半导体业的真正崛起离不开这款激光装备的自主研制

芯片的制造,离不开装备,而其中最为核心,技术门槛最高的,是很多普通国人在“中兴事件"后首次听说的名叫“光刻机"的装备。

ASML的高端光刻机

光刻机,是制造大规模集成电路的核心装备,自身由数万的超精密部件组成,全球每颗芯片的诞生都离不开它的雕琢。而光刻机中,同样使用了“星球大战计划”提及的高能激光-准分子激光器。

体积庞大的大功率准分子激光器

准分子激光器,在21世纪的半导体芯片领域发挥了至关重要的作用。我们知道,根据光的波粒二像性,光也属于电磁波的一种,在量子领域,我们可以解析出光子的能量公式E-HC/λ,可见波长越短,其光子的能量越大,同时波长越短,也可以获得更小的聚焦光斑。

因此极短的波长,使极紫外激光的光子能量破坏力极强,也让人们获得的现有技术条件下前所未有的准极限聚焦光斑(1.9nm)。

因此,准分子激光器成为了半导体行业的终极武器-EUV光刻机的最核心部件。

1.9nm是什么概念?以人的头发丝为例,将人的头发丝剖切14000份,每一份的厚度约为1.9 nm。

光刻机研发和制造的世界霸主是荷兰的ASML公司,其占据了全球80%以上的光刻机订单,其也已经具备成熟的分辨率7nm的EUV光刻机研制技术,单台市场售价远远大于1亿美金。ASML整合了全球最优质的核心技术资源,如激光器、光学物镜系统等大厂的核心技术,ASML的光刻机的术实力独步天下。

中国半导体业的真正崛起离不开这款激光装备的自主研制

ASML公司

而在国内,我们甚至没有能够研发高端准分子激光器的能力,更没有无瑕疵加工超精密光学系统的基础能力,而这些核心技术,全部掌握在欧美国家手中。因《瓦森纳协定》限制,之前高端光刻机我国无法获得,虽然近期ASML以产能不足为最大原因否定了《瓦森纳协定》限制的流传说法,但说辞并不被市场认可。

随着我国政府下定决心并积极的布局半导体产业的自主发展战略,以及“02国家科技重大专项”计划利用一代人的时间完成半导体装备的自主国产化,应该让ASML看到了现实机遇和未来危机。促使其改变了原有策略,ASML的高端光刻机开始允许进入中国:

2018年5月,华虹六厂采购的ASML的分辨14nm的深紫外光刻机进入中国;

2018年5月,长江存储采购的ASML分辨率14nm的极紫外光刻机进入中国;

2019年,中芯国际采购的ASML最高端的分辨率7nm的EUV光刻机预计可能进入中国;

从中国这三大半导体厂商全部采购ASML先进的光刻机设备,我们不难看出,中国并没有光刻机资源可供他们选择,中国要想自身不被牵着鼻子走,一直落于人后,还得依靠自身科技实力的突破,独立自主,打破垄断。

然而,EUV光刻机技术代表了当前应用光学发展的最高水平,它的研发和制造,需要一个国家在光学、电子、软件、超精密机械、材料、制程工艺方面具有超高的研发能力及制造基础,高端光刻机攻坚的重任,落在了上海微电子这家企业身上。

中国半导体业的真正崛起离不开这款激光装备的自主研制

上海微电子公司的光刻机系统

上海微电子致力于半导体装备的研发制造与销售,其近期承担了“02国家科技重大专项”“极大规模集成电路制造装备与成套工艺专项”中的分辨率65 nm光刻机的研制,而其现有的技术能力,只能具备研发90nm的低端光刻机,距离国际最先进的7 nm技术相差甚远。

不过,党和政府已经下定决心,在这场半导体领域的新“星球大战”中,绝不退缩,几千亿美金的研发预算已经备齐,祖国已经开始迎战,我们期待着胜利那一天的早日到来。

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