16座芯片厂+3所芯片学院！比尔盖茨当初的预言，正在逐步实现

互联网技术更迭和智能终端普及，让半导体市场规模变得越来越大。而 半导体技术发展主导权却被少数几个国家掌握， 若是不作出改变， 未来半导体产业或将被部分国家实现垄断。

为避免这一情况发生，我国一直在提升对半导体企业的帮扶力度。

目前，虽然中国半导体产业整体水准落后国际，但在几个细分领域已经成功突围。当然，总体来看，我国半导体产业发展现状并不容乐观。 中国拥有全球最大的半导体市场，但绝大多数芯片都需要进口 。国内集成电路企业，无论是产能还是技术深度，都不如海外公司。

在笔者看来，造成这种情况的 核心原因在于国内缺少半导体人才。

根据《中国集成电路产业白皮书》显示，到2022年，芯片专业人才缺口预计超过20万。 而且，未来我国半导体人才缺口将随着市场增长而扩大。预计到2025年，缺口会达到30万。 人才荒，才是阻碍我国半导体产业发展的最大难题。

不过，国内相关部门和机构已经开始解决这一问题。 2020年10月，南京建成了全国第一座集成电路大学；2021年4月，清华大学成立了全国第一座集成电路学院。 而在今年6月，深圳大学和中芯国际联合打造的集成电路学院正式揭牌。此外，还有复旦、浙大等八所高校都开设了相关专业。可以看出，国内正在积极培养高素质半导体人才。

另外，不少企业都在今年进行扩产，海外企业也通过合作的方式入驻中国。根据国际半导体产业协会给出的数据， 今明两年，全球共会建立29座芯片厂，其中16座都是在中国 。这些芯片工厂将为诸多半导体人才提供工作场所，避免人才外流的事情发生。

虽说半导体产业的追赶并非一朝一夕，但按此趋势发展下去，可以预见我国半导体产业必然可以追上国际水准。事实上，不少 科技 领域大佬，也曾表达了相似的观点。

2020年9月，微软联合创始人比尔盖茨在接受采访时就直言， 不卖芯片给中国，意味着美国将失去一批高薪工作，这种行为只会促使中国加快芯片自给自足速度 。

如今来看，比尔盖茨的预言正在逐步实现。 芯片工厂落户中国，的确让美国半导体人才失去了工作，而中国半导体技术迅速突破，正是芯片加速自给自足的表现。

之前相关部门曾制定目标，到2025年，我国将实现70%芯片自给自足。若是目标达成，那么再过十年，中国很有希望彻底实现芯片自由。

中国半导体产业落后于国际，并不是近几年才发生， 早在上世纪八九十年代，国内半导体企业放弃自主研发，转型为买办企业时，这一结果就已经注定。

但也要知道，我国半导体产业追赶国际领先企业，同样是很早就开始。龙芯科研小组在2000年就成立，尹志尧2002年就回国制造用于生产芯片的刻蚀机， 在技术全面封锁的背景下，很多企业都和中微半导体一样，通过自研由落后变为领先。

由此可见，在国内企业决定走自研道路，追赶海外企业时，打破垄断的结果就已经注定。

目前，我国拥有巨大的市场优势，大批半导体人才即将走出校门。在笔者看来，中国半导体产业未来可期。

文/JING 审核/子扬 校正/知秋

半导体材料(semiconductor material)是一类具有半导体性能(导电能力介于导体与绝缘体之间，电阻率约在1mΩ·cm～1GΩ·cm范围内)、可用来制作半导体器件和集成电路的电子材料。

一、半导体材料主要种类

半导体材料可按化学组成来分，再将结构与性能比较特殊的非晶态与液态半导体单独列为一类。按照这样分类方法可将半导体材料分为元素半导体、无机化合物半导体、有机化合物半导体和非晶态与液态半导体。

1、元素半导体：在元素周期表的ⅢA族至ⅦA族分布着11种具有半导性半导体材料的元素，下表的黑框中即这11种元素半导体,其中C表示金刚石。C、P、Se具有绝缘体与半导体两种形态B、Si、Ge、Te具有半导性Sn、As、Sb具有半导体与金属两种形态。P的熔点与沸点太低,Ⅰ的蒸汽压太高、容易分解，所以它们的实用价值不大。As、Sb、Sn的稳定态是金属，半导体是不稳定的形态。B、C、Te也因制备工艺上的困难和性能方面的局限性而尚未被利用。因此这11种元素半导体中只有Ge、Si、Se 3种元素已得到利用。Ge、Si仍是所有半导体材料中应用最广的两种材料。

（半导体材料）

2、无机化合物半导体：分二元系、三元系、四元系等。 二元系包括：①Ⅳ-Ⅳ族:SiC和Ge-Si合金都具有闪锌矿的结构。②Ⅲ-Ⅴ族:由周期表中Ⅲ族元素Al、Ga、In和V族元素P、As、Sb组成，典型的代表为GaAs。它们都具有闪锌矿结构,它们在应用方面仅次于Ge、Si,有很大的发展前途。③Ⅱ-Ⅵ族:Ⅱ族元素Zn、Cd、Hg和Ⅵ族元素S、Se、Te形成的化合物，是一些重要的光电材料。ZnS、CdTe、HgTe具有闪锌矿结构。④Ⅰ-Ⅶ族：Ⅰ族元素Cu、Ag、Au和 Ⅶ族元素Cl、Br、I形成的化合物，其中CuBr、CuI具有闪锌矿结构。⑤Ⅴ-Ⅵ族：Ⅴ族元素As、Sb、Bi和Ⅵ族元素 S、Se、Te形成的化合物具有的形式,如Bi2Te3、Bi2Se3、Bi2S3、As2Te3等是重要的温差电材料。⑥第四周期中的B族和过渡族元素Cu、 Zn、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni的氧化物,为主要的热敏电阻材料。⑦某些稀土族元素 Sc、Y、Sm、Eu、Yb、Tm与Ⅴ族元素N、As或Ⅵ族元素S、Se、Te形成的化合物。 除这些二元系化合物外还有它们与元素或它们之间的固溶体半导体，例如Si-AlP、Ge-GaAs、InAs-InSb、AlSb-GaSb、InAs-InP、GaAs-GaP等。研究这些固溶体可以在改善单一材料的某些性能或开辟新的应用范围方面起很大作用。

（半导体材料元素结构图）

半导体材料

三元系包括：族:这是由一个Ⅱ族和一个Ⅳ族原子去替代Ⅲ-Ⅴ族中两个Ⅲ族原子所构成的。例如ZnSiP2、ZnGeP2、ZnGeAs2、CdGeAs2、CdSnSe2等。族：这是由一个Ⅰ族和一个Ⅲ族原子去替代Ⅱ-Ⅵ族中两个Ⅱ族原子所构成的, 如 CuGaSe2、AgInTe2、 AgTlTe2、CuInSe2、CuAlS2等。：这是由一个Ⅰ族和一个Ⅴ族原子去替代族中两个Ⅲ族原子所组成,如Cu3AsSe4、Ag3AsTe4、Cu3SbS4、Ag3SbSe4等。此外，还有它的结构基本为闪锌矿的四元系(例如Cu2FeSnS4)和更复杂的无机化合物。

3、有机化合物半导体：已知的有机半导体有几十种，熟知的有萘、蒽、聚丙烯腈、酞菁和一些芳香族化合物等，它们作为半导体尚未得到应用。

4、非晶态与液态半导体：这类半导体与晶态半导体的最大区别是不具有严格周期性排列的晶体结构。

二、半导体材料实际运用

制备不同的半导体器件对半导体材料有不同的形态要求，包括单晶的切片、磨片、抛光片、薄膜等。半导体材料的不同形态要求对应不同的加工工艺。常用的半导体材料制备工艺有提纯、单晶的制备和薄膜外延生长。

半导体材料所有的半导体材料都需要对原料进行提纯，要求的纯度在6个“9”以上，最高达11个“9”以上。提纯的方法分两大类，一类是不改变材料的化学组成进行提纯，称为物理提纯另一类是把元素先变成化合物进行提纯，再将提纯后的化合物还原成元素，称为化学提纯。物理提纯的方法有真空蒸发、区域精制、拉晶提纯等，使用最多的是区域精制。化学提纯的主要方法有电解、络合、萃取、精馏等，使用最多的是精馏。由于每一种方法都有一定的局限性，因此常使用几种提纯方法相结合的工艺流程以获得合格的材料。

（半导体材料）

绝大多数半导体器件是在单晶片或以单晶片为衬底的外延片上作出的。成批量的半导体单晶都是用熔体生长法制成的。直拉法应用最广，80%的硅单晶、大部分锗单晶和锑化铟单晶是用此法生产的，其中硅单晶的最大直径已达300毫米。在熔体中通入磁场的直拉法称为磁控拉晶法，用此法已生产出高均匀性硅单晶。在坩埚熔体表面加入液体覆盖剂称液封直拉法，用此法拉制砷化镓、磷化镓、磷化铟等分解压较大的单晶。悬浮区熔法的熔体不与容器接触，用此法生长高纯硅单晶。水平区熔法用以生产锗单晶。水平定向结晶法主要用于制备砷化镓单晶，而垂直定向结晶法用于制备碲化镉、砷化镓。用各种方法生产的体单晶再经过晶体定向、滚磨、作参考面、切片、磨片、倒角、抛光、腐蚀、清洗、检测、封装等全部或部分工序以提供相应的晶片。

在单晶衬底上生长单晶薄膜称为外延。外延的方法有气相、液相、固相、分子束外延等。工业生产使用的主要是化学气相外延，其次是液相外延。金属有机化合物气相外延和分子束外延则用于制备量子阱及超晶格等微结构。非晶、微晶、多晶薄膜多在玻璃、陶瓷、金属等衬底上用不同类型的化学气相沉积、磁控溅射等方法制成。

三、半导体材料发展现状

相对于半导体设备市场，半导体材料市场长期处于配角的位置，但随着芯片出货量增长，材料市场将保持持续增长，并开始摆脱浮华的设备市场所带来的阴影。按销售收入计算，

半导体材料日本保持最大半导体材料市场的地位。然而台湾、ROW、韩国也开始崛起成为重要的市场，材料市场的崛起体现了器件制造业在这些地区的发展。晶圆制造材料市场和封装材料市场双双获得增长，未来增长将趋于缓和，但增长势头仍将保持。

（半导体材料）

美国半导体产业协会(SIA)预测，2008年半导体市场收入将接近2670亿美元，连续第五年实现增长。无独有偶，半导体材料市场也在相同时间内连续改写销售收入和出货量的记录。晶圆制造材料和封装材料均获得了增长，预计今年这两部分市场收入分别为268亿美元和199亿美元。

日本继续保持在半导体材料市场中的领先地位，消耗量占总市场的22%。2004年台湾地区超过了北美地区成为第二大半导体材料市场。北美地区落后于ROW(RestofWorld)和韩国排名第五。ROW包括新加坡、马来西亚、泰国等东南亚国家和地区。许多新的晶圆厂在这些地区投资建设，而且每个地区都具有比北美更坚实的封装基础。

芯片制造材料占半导体材料市场的60%，其中大部分来自硅晶圆。硅晶圆和光掩膜总和占晶圆制造材料的62%。2007年所有晶圆制造材料，除了湿化学试剂、光掩模和溅射靶，都获得了强劲增长，使晶圆制造材料市场总体增长16%。2008年晶圆制造材料市场增长相对平缓，增幅为7%。预计2009年和2010年，增幅分别为9%和6%。

半导体材料市场发生的最重大的变化之一是封装材料市场的崛起。1998年封装材料市场占半导体材料市场的33%，而2008年该份额预计可增至43%。这种变化是由于球栅阵列、芯片级封装和倒装芯片封装中越来越多地使用碾压基底和先进聚合材料。随着产品便携性和功能性对封装提出了更高的要求，预计这些材料将在未来几年内获得更为强劲的增长。此外，金价大幅上涨使引线键合部分在2007年获得36%的增长。

与晶圆制造材料相似，半导体封装材料在未来三年增速也将放缓，2009年和2010年增幅均为5%，分别达到209亿美元和220亿美元。除去金价因素，且碾压衬底不计入统计，实际增长率为2%至3%。

四、半导体材料战略地位

20世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命20世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米科学技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、 *** 纵和制造功能强大的新型器件与电路，深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式

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自日本对三种高 科技 材料实施出口管制近三年以来，韩国尚未建立完全独立于日本生产商的国内供应链。

前韩国总统文在寅很早在 5 月 9 日大约 10 分钟的告别演说中就提到了贸易摩擦。

“我不会忘记整个国家如何团结起来克服日本不公平的出口管制带来的危机，”文在寅说。

这些变化意味着日本企业必须单独申请氟化氢、用于极紫外光刻的光刻胶和氟化聚酰亚胺的出口许可证。

METI 表示，它只是在实施通常需要的出口程序。但韩国政府强烈谴责这些措施。韩国将其解释为对 2018 年 10 月最高法院裁决下令现在的新日铁向前韩国战时劳工支付赔偿金的经济报复。

韩国人抵制日本产品以应对出口管制。据说东京和首尔之间的关系已跌至战后最低点。

文在寅访问了韩国芯片制造材料制造商，以争取对国家自给自足的支持。他的政府每年拨出约 2 万亿韩元（按当前汇率计算为 15.5 亿美元）来资助研发，以“化危机为机遇”。

但韩国国际贸易协会的数据与文在寅的言论相矛盾。

氟化氢方面，2019 年 6 月后，从日本进口的价值大幅下降。与 2018 年相比，2020 年下降 86%，2021 年同比反d 34%。2022 年 1 月至 4 月期间，进口量同比增长 30%。

光刻胶进口量在 2020 年实现了两位数的同比增长，而氟化聚酰亚胺的进口量仅略有下降。

“除了氟化氢之外，没有任何特殊影响，”一位日本材料制造商的消息人士说。

2021 年，韩国从日本进口的最大半导体制造设备进口额同比增长 44%，达到 63 亿美元。韩国与日本的贸易逆差全面扩大。

IBK Securities 专门研究材料行业的分析师 Lee Geon-jae 表示：“现有的半导体生产线需要停止以使用替代材料，因此芯片制造商不愿采用额外的本土产品。”

在实现自给自足方面缺乏进展反映在韩国股市。Soulbrain Holdings 建立了生产国产氟化氢的品牌，其股价从 2019 年 6 月开始飙升，一度触及 70000 韩元。最近它已经跌破 20000 韩元，创下六年来的最低点。

与此同时，日本当局的行为显然引起了韩国企业的不信任。

芯片制造巨头三星电子和 SK 海力士痛苦地意识到关闭工厂的风险。这导致向可以替代日本制造材料的供应商提供财政支持和技术转让。

三星从半导体和显示器中获得近 1000 亿美元的年收入——是日本最大的芯片制造商铠侠控股的八倍。三星是日本供应商的主要客户。韩国本土材料供应链将对日本工业造成打击。

现在的焦点转移到韩国新总统尹锡烈政府的下一步行动上。6 月 16 日发布的经济议程中没有提到日本自由供应链或本地化的字眼。

尹锡烈在试图解冻双边关系时可能希望避免激怒日本。但首尔没有理由停止尝试转向国内生产。

“从经济安全的角度来看，本土的材料供应是必要的，”尹锡烈政府内部人士表示。

为韩国打下半导体产业基础的"元老"、前三星电子半导体研究所所长Kim Kwang-gyo愁云满面。Kim Kwang-gyo在接受《韩国经济新闻》采访时表示:"现在是竞争国家如何投资、技术水平如何都一目了然的'开卷'竞争时代,韩国政府似乎把半导体产业看的太轻松了"。Kim Kwang-gyo认为韩国政府层面对半导体产业的投资和支援远远不足。

Kim Kwang-gyo于1979年在三星电子设立第一个半导体研究所,并担任了4年的第一任研究所所长。到2000年代初为止,Kim Kwang-gyo历任三星电子美国普林斯顿研究所所长、韩国半导体显示器技术学会首任会长等职务。

据韩国半导体显示器学会消息，美国政府宣布，从今年开始到2026年为止，将投入105亿美元，培养半导体人才。中国台湾地区制定了每年确保1万名新半导体人才的战略。

Kim Kwang-gyo斩钉截铁地说，“韩国政府首先应该改变对半导体产业的犹豫态度。如果不能解决人力不足或产业规制问题,韩国半导体产业可能会在几年内倒闭。政府和学界等应该积极支援并推动企业发展半导体产业。"

Kim Kwang-gyo还表示，失去半导体第一的位置就等于失去了所有未来增长动力。因为智能手机、 汽车 、机器人等领域的半导体产品数量正在持续增加。预计世界半导体销售额将从去年的702万亿韩元（1人民币约合193韩元）增长到2030年的1268万亿韩元。

三星电子1974年以50万美元收购了韩国半导体,开始了半导体事业。"三星在一开始并没有做好半导体业务。" Kim Kwang-gyo回忆说，在初期,三星电子还被评价为技术能力落后于美国和日本10年以上。"当时甚至有职员说如果被调到半导体,就会辞职,半导体业务的发展环境非常恶劣。"

Kim Kwang-gyo还表示，当时三星电子向日本提出技术合作或技术引进，日方称“你们还没有达到合作的水平”。“那种被蔑视的感受，记忆犹新。”Kim Kwang-gyo回忆称，“在这种情况下，已故三星电子前会长李秉喆表示，总有一天会有机会的， 一定要拿行业第一。从那时开始三星电子集中精力进行技术、人力投资。"

Kim Kwang-gyo表示,持续的投资造就了领先的三星电子， 其中也有运气的成分。20世纪80年代，随着低利率、低油价、低韩元价值等"三低利好"的到来，三星电子半导体的地位迅速上升。

"认真准备才能抓住机会,这一点无论是上世纪7、80年代，还是现在都一样"Kim Kwang-gyo表示，要展望10年后、20年后,从现在一步一步地做准备。

《金融时报》6月26日谈到了日本的半导体人才问题，东芝、索尼等日本最大的半导体制造商警告称，政府振兴国内芯片行业之举正受到工程师短缺的威胁。

在预计出现劳动力短缺之际，日本正努力增加半导体投资，以加强经济安全，应对新冠疫情下，供应链中断和芯片短缺的问题。

上个月，一家电子行业机构在向日本经济产业省发出的呼吁中表示，截至2030年的未来五年是日本半导体行业在多年失去全球市场份额后“重新站稳脚跟的最后也是最大机会”。

日本电子信息技术产业协会表示，该行业的成功取决于能否获得足够的人才来创新和运营其芯片工厂。据估计，在未来10年，8家大型生产商将需要招聘约3.5万名工程师，以跟上投资的步伐。

日本半导体产业协会半导体委员会政策提案工作组负责人、东京科学大学教授Hideki Wakabayashi表示：“人们经常说半导体缺乏，但工程师才是最缺的。”

20世纪80年代末，日本半导体公司大手笔扩大生产，超过了美国，占据全球市场份额的一半以上。但在与华盛顿发生激烈的贸易冲突后，日本将主导地位拱手让给了韩国和中国大陆的公司。

这导致了2008年全球金融危机后工程师的大规模裁员。Hideki Wakabayashi说，这就是今天没有足够资深经验工程师的原因。

闪存制造商铠侠（JEITA工作组的一部分）的经理Toyoki Mitsui表示，大学学习半导体的学生现在倾向于加入金融机构或 科技 公司，因为芯片行业早已失去吸引力。

为了刺激创新和培养未来的员工，东芝、索尼和其他公司正在与全国最好的理科大学合作，并为芯片研究和招聘投入更多资金。

上个月，美国总统乔·拜登和日本首相岸田文雄承诺加强半导体制造能力，并在开发先进芯片方面加强合作。

台积电正与索尼联手，在南部九州岛建设一家价值86亿美元的工厂，计划为该工厂招聘约1700名工人。政府表示，将提供高达4760亿元人民币（35亿美元）的补贴。

越来越多的工厂即将投产。铠侠与其合资伙伴西部数据正斥资近1万亿日元在日本中部建造一家工厂，该工厂将于今年秋季投产。此外，其还会再拨款1万亿日元，在日本北部建造一家定于明年完工的工厂。

瑞萨电子将投资900亿日元，重启2014年关闭的一家工厂，以扩大电动 汽车 用功率半导体的生产。Recruit的顾问Kazuma Inoue指出：“直到20世纪10年代中期，日本在投资和招聘方面一直与世界其他国家存在分歧，尽管全球芯片产业规模已经翻了一番。”

然而Kazuma Inoue表示，很难找到工人。根据日本统计局发布的数据，25岁至44岁的电子元件、设备和电路从业人员数量从2010年的38万人下降到2021的24万人。

东芝电子元件部门的某高管Takashi Miyamori表示：“大多数日本理科学生对IT更感兴趣，而不一定是半导体，全球各地都在争夺最优秀的工程师，我们需要找到提高竞争力的方法。”

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