在当今世界 科技 全球化的发展中，经济的发展越来越智能化、数字化。各行各业的部门运营都离不开电子设备，而芯片作为电子设备的运转核心，是相当重要的组成部分。
可以说芯片对于机器的重要性，相当于大脑对于人类的重要性一样，确定人类失去生命体征的信息不是心跳停止，而是脑死亡，机器也是一样，没有芯片，机器也就失去“活性”。
但由于电子产业在近两年来的快速发展，芯片的供应已经跟不上市场需求的剧增，全球迎来了“缺芯”局面。对此很多芯片工厂纷纷加大产程。
大家知道芯片的制造对于高端光刻机的依赖是很大的。尤其是7nm制程以下的芯片，如果没有EUV光刻机是几乎无法实现量产，而EUV的制造工艺则为ASML公司所垄断。
但由于“芯片规则”的修改，ASML的光刻机有一部分用到了美方的技术，由于技术限制ASML无法对我们自由出货。在2019年我国就向ASML公司耗资十亿人民币订购了一台EUV光刻机，但由于各种原因，这台光刻机到现在都未能在我国落地。
在目前全球缺芯的大背景下，我们的芯片供应自然也是紧缺的，在这档口芯片供应又被“卡了脖子”，我们的处境更是艰难。
虽然ASML表示除了EUV光刻机外其他的光刻设备都能对我们自由出货，但这远远不够。
越是精密的设备对于芯片的精密度要求就越高。如手机需要的芯片至少是7nm制程以下，不仅要求体积小，还要求高性能，运行稳定，有优秀的信息连接和反馈效率。
从我们的手机市场来看，我们对于7nm制程以下芯片的需求量是巨大的，半导体设备国产化已经迫在眉睫。
这有多重要从华为的遭遇就能看得出来，自从5G芯片被断供之后，作为主营业务的手机销售一落千丈，不仅已经推出的手机开始缺货，新的5G手机也迟迟无法发布。
但说实话，EUV光刻机的制造不是凭借努力钻研或者大量投资就能实现的。我们从来不怕困难不怕吃苦，我们国家的经济实力也有目共睹，如果能用钱解决的事那都不叫事。
难点在于EUV光刻机关键的零部件就多达十多万，其中还包含一些电子特气。给ASML提供光刻设备零部件的企业就多达5000多家，遍布世界40多个国家。
如此强大的供应链整合能力目前除了ASML还没有谁能做到。这也是为什么ASML的高层会说，即使把光刻机的设计图纸放出来也没人能造出来。虽然听起来太过自信，但也不是全无道理。
芯片的制造过程包含了刻蚀、光刻、离子注入和清洗等多种工艺，这些过程都需要相应的设备来完成，并不只是需要光刻机。
我国在这些方面都一直在努力。目前我们28nm制程芯片的生产工艺已经很成熟了，完全可以满足国内需求，主要就是7nm以下的高端芯片问题还未解决。
根据媒体4月7日消息，郑州轨道交通信息技术研究院成功研发出了全自动12寸晶圆激光开槽设备。除了具备常规的激光开槽功能之外，还能够支持120微米以下超薄wafe的全切工艺，以及支持5nm DBG工艺。
这套设备采用的是模块化设计，能够支持纳秒、皮秒、飞秒等不同脉宽的激光器。完全自主研发的光学系统，光斑宽度及长度都能够自由调节，超高精度运动控制平台技术与其完美结合，极大减少了设备对材质、晶向、厚度以及电阻率的限制难题。
全兼容的工艺使产品的破损率得到了有效的控制，良品率得到了很大的提升。
轨交院的研发团队对这项技术难题的攻克，表示了我们在5nm芯片工艺上取得了重大突破，晶圆加工工艺达到了新高度。证明了我国在晶圆激光切割领域的强大研发实力。
完全的自主研发系统更是实现了高度自主化，无惧技术限制。
未来的芯片精度只会越来越高，现在国内很多芯片厂商为了摆脱技术限制开始研发新的芯片封装工艺。这项切割技术的研发也将助力国内的“小芯片”封装工艺，帮助这些芯片厂家提升工艺水平。
这对于我国先进制程的芯片发展具有里程碑式的意义。
对于我们的国产化芯片设备制造技术大家有什么想法呢？欢迎在评论区互相交流。
半导体制造设备和材料是半导体行业最上游的环节。目前来看，集成电路设备制造是中国芯片产业链中最薄弱的环节。经过20多年的追赶，中国与世界在芯片制造领域仍有较大差距。虽然中国在该领域整体落后，但刻蚀机方面已在国际取得一席之地。
全球半导体设备市场的后起之秀
随着近些年 社会 对集成电路的重视和大批海外高端人才的回归，我国的集成电路在这几年出现了飞速的发展。在IC设计（华为海思）、IC制造（中芯国际）、IC封测（长电 科技 ）、蚀刻设备（中微半导体）上出现了一批批优秀的企业。
1、半导体设备
我们的主角中微半导体所在的领域就是半导体设备细分行业，这个行业主要有两种半导体设备，一是光刻机，一个是刻蚀机。中微是以刻蚀机为主要设备的供应商，去年12月公司自主研制的5nm等离子体刻蚀机正式通过台积电验证，将用于全球首条5nm制程生产线。
芯片，这个从前被戏称为：除了水和空气，其他都是进口的行业。最近中美贸易战的焦点就是在芯片领域，美国政府对华为的封锁就是下令美国供应商没有经过国会批准不准买给华为芯片。这也是我们非常气愤的地方，为什么中微半导体有了最先进的设备还是会受人制肘呢？
主要是我国的短板在于光刻机，与国外先进技术有非常大的差距。为什么刻蚀机技术那么好，不能弥补这个短板吗？这就是光刻机和蚀刻机的不同，有一部分人把蚀刻机与光刻机搞混。其实两者的区别非常的大，光刻机是芯片制造的灵魂，而蚀刻机是芯片制造的肉体。
光刻机把电路图投影到覆盖有光刻胶的硅片上面，刻蚀机再把刚才画了电路图的硅片上的多余电路图腐蚀掉。光刻机把图案印上去，然后刻蚀机根据印上去的图案刻蚀掉有图案（或者没有图案）的部分，留下剩余的部分就是集成电路。所以说这是两个过程要用到的设备，而且这两个过程是连续的。
我国光刻机的最高水平是上海微电子的90nm制程，世界顶尖的光刻机是ASML的7nm EUV光刻机，ASM已经开始研制5nm制程的光刻机。相对来说，我国在光刻机制造领域与国际先进水平有很大的差距，高端光刻机全部依赖进口。只能说我国的刻蚀机技术领先，中微半导体的介质刻蚀机、硅通孔刻蚀机位于全球前三。但是在整个产业链的产能和技术上，与一些大型的企业差距非常的大，所以在中美贸易战中显得很吃亏。
那我们说完了中微半导体这个单独的行业领域，现在放眼整个行业，来看看半导体设备到底在这个行业中扮演者什么角色？
2、半导体产业
半导体的发展是越来越集成化，越来越小。从早期的电子管到现在的7nm器件，一个小小的芯片上需要有几百个步骤和工艺，显示出高端技术的优越性。也正是这样的行业特点，导致整个行业非常依赖技术的创新。而半导体设备是制作芯片的基石，没有这一块芯片不可能出现。
可以看到虽然产值低，但是缺这个还真的没办法发展下游。这也是贸易战在芯片领域为什么大打出手的原因，没有先进的技术，很难发展非常广大的信息系统。可以说这一行创造的价值并不高，但是不能缺少，是高端技术的积累。
大国重器：7nm芯片刻蚀机龙头
在技术含量极高的高端半导体产业中，能与美欧日韩等国际巨头同台较量的中国企业凤毛麟角，而中微半导体是其中一家。中微半导体是一家以中国为基地、面向全球的高端半导体微观加工设备公司，主要从事半导体设备的研发、生产和销售。而要了解中微这家公司，先不得不介绍一下公司创始人尹志尧。
尹志尧是一个颇具传奇色彩的硅谷技术大拿。
1980年赴美国加州大学洛杉矶分校攻读物理化学博士，毕业后进入英特尔中心研究开发部工作，担任工艺程师；1986年加盟泛林半导体，开发了包括Rainbow介质刻蚀机在内的一系列成功的等离子刻蚀机，使得陷入困境的泛林一举击败应用材料，跃升为全球最大的等离子刻蚀设备制造商，占领了全球40%以上的刻蚀设备市场。
以此同时，泛林与日本东京电子合作，东京电子从泛林这里学会了制造介质等离子体刻蚀机，复制其Rainbow设备在日本销售，后来崛起为介质刻蚀的领先公司。
1991年，泛林遭老对手美国应用材料挖角，尹志尧先后历任应用材料等离子体刻蚀设备产品总部首席技术官、总公司副总裁及等离子体刻蚀事业群总经理、亚洲总部首席技术官。
为了避免知识产权风险，尹志尧从头再来，用不同于泛林时期开发的技术，研发出性能更好的金属刻蚀、硅刻蚀和介质刻蚀设备，应用材料再次击败泛林，重返行业龙头地位，到2000年，应用材料占据了40%以上的国际刻蚀设备市场份额。
目前全球半导体刻蚀设备领域三大巨头——应用材料、泛林、东京电子，都与尹志尧的贡献密切相关。
2004年8月，已年届六旬的尹志尧带领15名硅谷资深华裔技术工程师和管理人员回国，创立了中微半导体，并在短短数年之间崛起为全球半导体设备领域的重要玩家。
中微从2004年创立时，首先着手开发甚高频去耦合的CCP刻蚀设备Primo D-RIE，到目前为止己成功开发了双反应台Primo D-RIE，双反应台Primo AD-RIE和单反应台的Primo AD-RIE三代刻蚀机产品，涵盖65nm、45nm、32nm、28nm、22nm、14nm、7nm到5nm关键尺寸的众多刻蚀应用。
从2012年开始中微开始开发ICP刻蚀设备，到目前为止己成功开发出单反应台的Primo nanova刻蚀设备，同时着手开发双反应台ICP刻蚀设备。公司的ICP刻蚀设备主要是涵盖14nm、7nm到5nm关键尺寸的刻蚀应用。
这里面看起来是几个似乎不起眼的数据，但里面蕴含了满满的技术含量。而中微到底是否掌握了5nm刻蚀技术，一时间众说纷纭。如今，中微半导体与泛林、应用材料、东京电子、日立4家美日企业一起，组成了国际第一梯队，为全球最先进芯片生产线供应刻蚀机。
电子发烧友网报道（文/程文智）在目前的中美贸易摩擦下，电子产业首当其冲，特别是芯片产业，据业内人士透露，现在跟美国的公司交易，周期一般都特别长，而且基本都需要提前付款和面临各种各样的审查。如果是跟华为有交易的话，还要求来自美国的技术不能超过25%。这迫使国内很多企业不得不考虑国内的供应链企业提供的产品。
在半导体行业方面，根据2018年的统计数据，美国在全球半导体市场占有的份额为48%、韩国为24%、中国除去外资企业的市场份额的话，仅占3%左右的市场份额，当然这两年这个比例可能有所提升。
即便美国已经占了如此多的市场份额，美国国防部在今年上半年，还调整了其12个重点发展的关键技术顺序，将微电子技术和5G军事技术调整到了前两位。在2019年的时候超高速、飞行器、生物技术排在前几位。
西安电子 科技 大学微电子学院副院长、宽禁带半导体国家工程研究中心马晓华在最近的一个论坛上分析称，半导体芯片的博弈是如此的激烈，主要原因是 一个技术密集型的企业，不管从材料、制造以及装备，甚至包括它的管理和运营都是非常专业的一个体系，基本上涵盖了所有技术，走在最先进的前沿。
根据整个集成电路发展规律，半导体进行已经进入了5纳米的技术节点，从常规的二维的器件向三维器件发展。技术节点的发展，带来了一个很大的挑战，就是整个加工的能力逐渐集中到极少数的企业。
对于美国来说，这几年他最大的一个优势是大量的研发投入，去年整个半导体收入有2260多亿美元，有17%的研发投入。正是因为美国的高投入，使得它能在半导体领域长期处于领导地位。不过这几年来，中国也开始加大了半导体基础方面的投入，这也是我们目前发展迅速的一个主要原因。
集成电路芯片技术发展趋势，除了常规的硅基，沿着制程不断缩小，实际上还有几个方面的发展趋势，从材料、器件和功能方面的高度融合，包括提供MEMS技术以及新型材料石墨烯的技术、光电以及通信一体化的芯片技术，甚至包括生物、传感、有源无源、功率射频如何融入一体的发展。所以未来的发展除了沿着摩尔定律制程的缩小以外，还有就是多功能的发展，以及个性化从新材料重新发展的体系。
在材料方面，除了硅基，第三代宽禁带半导体是这几年的热门技术，我国除了在硅基方面进行追赶外，在第三代半导体方面也做了很多投入，有了不少的创新研究。
其实，宽禁带半导体，经过LED照明和Micro LED的技术发展，它的市场已经比较成熟了，现在宽禁带半导体产业的产能已经有了很大的提升，成本也在逐渐下降。因此，宽禁带半导体在的电子器件，包括射频功率器件、 汽车 雷达、卫星通信，以及5G基站和雷达预警等应用领域开始得到应用。在电力电子方面，尤其是电动 汽车 应用领域，充电桩和手机充电器将是很大的一块市场。新能源 汽车 方面，特斯拉已经将碳化硅器件应用在了Model 3上，后续可能会有更多的 汽车 厂商跟进。
在未来的发展，包括未来6G通信，未来定义的业务它的频段更高，通信的速率更高，这一块未来主体的材料，硅基器件的性能已经不能满足要求，这对氮化镓器件的发展提供了更大的动力。
据马晓华介绍，西安电子 科技 大学在2000年初就开始了基于第三代半导体方面的研究。目前他们主要基于两个平台：一是宽禁带半导体器件与集成电路国家工程研究中心；二是两个国家级的重点实验室。
“我们在早期围绕着第三代半导体材料生长设备以及它解决材料生长过程中的一些关键技术问题，包括我们器件的设计、最终的应用和它的可靠性分析，整个实验室是一个非常完整的第三代半导体，材料和芯片研究的体系。目前我们实际上具备了整个小批量，可以实现大功率，或者毫米波芯片的设计和制造能力。”马晓华表示。
目前，他们主要的研发包括 面向高质量外延片的生产，包括基于碳化硅，大储存的硅寸，以及我们先进的氮化镓器件制造工艺，基于5G基站用的大功率芯片，以及高频和超高频的芯片，包括电源转换的电力电子芯片。 他还透露，“基于应用端我们也有一些功率研究以及MMIC电路的封装体系，我们也是希望和终端用户实现未来在芯片实际应用的全路径的体系。”
从2000年开始，马晓华他们的团队分别从设备、材料、芯片以及电路方面进行攻关，并取得了一定的成绩，2009年他们的设备获奖，2015年设计的器件获奖，2018、2019年在应用放，他们也获得了国家的 科技 发明，或者是 科技 进步奖。
第三代半导体方面的成果
一是氮化 镓 半导体设备。 在最开始，马晓华他们团队需要解决的是第三代半导体材料生产的设备问题，包括高温MOCVD，因为在早期，氮化镓的设备对我国的限制还比较大，但是目前问题已经基本得到了解决。国内这几年，整个MOCVD设备已经占了国内市场的50%以上。其2007年研发出的620型第三代MOCVD设备还获得了2009年国家发明二等奖。
二是氮化镓毫米波功率器件。 因为氮化镓一个很大的优势，它可以在高频条件下，实现大的功率输出。其团队研发的氮化镓毫米波功率器件实现了高频、高效率氮化镓微波功率器件的核心技术开发，其毫米波段器件和芯片技术指标达到了国际领先水平。马晓华透露说，目前他们的器件在6GHz频段能够满足5G毫米波的需求。
三是面向5G的C波段高效率氮化镓器件。 该类器件主要是面向基站使用的。目前基于4英寸或者6英寸大功率的氮化镓基站芯片，主要的应用场景是C波段，它可以实现更高的输出效率和更高的输出功率，“目前我们对100瓦基站用的芯片，效率可以到72%，这个效率相对于硅基MOCVD来讲，整个技术进展还是蛮快的。”马晓华指出。
他还进一步指出，对于脉冲方面，如果通过一些斜波的技术处理，他们也可以实现85%的效率，基本上快接近微波的极限效率。
四是低压氮化镓HEMT射频器件。 未来氮化镓器件除了在基站中使用外，能够在终端上也使用氮化镓技术呢？这就涉及到了低压氮化镓射频器件的发展了。也就是说要从新的材料体系方面去更新，实现氮化镓射频器件在终端上的应用，即在10V以下的工作电压下，是不是还能实现更高效率跟带宽的情况，“这块我们也做了前瞻的研究，在6V的工作条件下，它的效率可以达到65%以上，整个体系基本上已经接近砷化镓在目前手机中的应用效率。”马晓华透露。
五是氮化镓高线性毫米波器件。 这类器件主要解决的是快速的压缩问题。我们现在的通信对于线性主要是通过电路和系统去提升，它牺牲的是效率，马晓华指出，“我们能否从器件的结构，工作原理中提升它的线性，这个也是未来氮化镓在5G通信中非常有用的场景。”
六是氮化 镓 微波功率芯片。 他们团队在整个S波段以下，未来通信的频段都有一系列的研究成果。包括未来面向毫米波，在19-23GHz，或者23-25GHz等频段，即未来5G的毫米波通信芯片方面也做了相关的研究，他透露说，目前他们研发的芯片产品主要是基于氮化镓低噪运放、驱动功放以及功率放大器等。
七是异质结构新材料与多功能集成器件。 未来的器件，除了基于氮化镓的器件，还有很多基于异质结构，或者多功能的芯片，它的模型基于硅基的氮化镓，以及硅基CMOS器件异质集成，因为如果采用硅基的话能够大大降低氮化镓和砷化镓铟等芯片成本，实现与CMOS集成、多功能集成，大大降低功耗。“这块我们也做了一些研究，通过对不同材料的转移和建核的方法，目前也实现了对硅基材料和氮化镓材料两种器件的优势互补，在未来电力电子这块，可能它的应用场景比较高。”马晓华指出。
八是大尺寸硅基氮化镓射频技术。 如果要大量的展开应用，尤其我们的消费电子类产品，对成本的要求很高。因此，低成本、大尺寸、基于硅基的氮化镓射频技术，也是一个需要发展的产业。这些技术的发展，一定会促进氮化镓在整个产业链中的应用，同时也降低了它的应用成本。
九是氮化 镓 可靠性机理研究。 马晓华也坦承，虽然第三代半导体的研究取得了一定的成果，但目前还有很多问题需要解决，比如氮化镓的可靠性和一些机理性问题，还需要企业应用过程中逐步反映到研发机构，他们相互去解决。“目前很多基于氮化镓机理性的问题，包括它的可靠性方面，我们还有一些机理上不是那么清晰和明确，这一块可能还需要一段时间，从应用的层面和研究的层面去协同解决”。
结语
对于第三代半导体器件和集成电路未来产业的发展，目前在通信、 汽车 和智能化未来的应用方面有非常大的潜力。国内目前从事这方面研究的企业和研究机构也很多，我们需要考虑的是如何从全产业链方面布局，实现产业化的聚集，从设备、材料，芯片设计制造和封测应用、服务以及人才方面的布局。
第三代半导体是一个很好的产业，也有着很好的机遇，目前正好面临着通信的高度发展，可以说现在是发展第三代半导体最好的时代。
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