芯片是用什么材料用什么工具制造的

芯片是用什么材料用什么工具制造的,第1张

如果说因为2018年的中兴事件,让大家知道发展中国芯是迫在眉睫的事情,那么2019年的华为事件,更是让大家意识到了芯片被卡是一件多么严峻的事情。

而2020年的芯片禁令升级明白,其实中国芯要发展,可不仅仅是解决芯片本身的问题,而是要差不多要解决整个产业链的问题,从材料到设备、再到软件,都要解决,才能不被卡脖子。

而仔细分析整个芯片产业链,其实我们发现最重要的是两座大山,解决好了这两座大山,基本上就解决了所有的问题了。

第一座大山是原材料,就拿生产芯片的硅来讲,需要9个9纯度的硅,目前国内拥有这种技术的不多,主要靠进口,并且是从日本进口,日本企业的份额高达75%+,再拿光刻胶来讲,也主要从日本进口。

其实不只是硅、光刻胶这些材料,在整个半导体材料领域,日本都是占统治地位,按照网上的说法,半导体领域一共19种核心材料,日本有14种份额超50%。

虽然日本没有卡中国的脖子,但去年可是卡过韩国的,难保以后会不会拿这个来作文章,所以还是自己掌握比较好。

第二座大山则是设备、软件等。软件就如EDA等工业软件,美国处于统治地位,matlab、CAD等等这些软件,得看美国的。

同时像光刻机虽然荷兰最强,但也得看美国的,另外全球10大半导体设备厂商中,美国有4家,占了全球50%左右的份额,尤其在沉积、刻蚀、离子注入、CMP、匀胶显影等领域,美国技术领先。

而今年的芯片禁令升级,美国更是要求全球所有合作美国设备的芯片厂商,向华为提供产品时,需要美国的许可证,凭的就是美国在半导体设备上的统治地位。

9秒58,这是人类百米赛跑的世界纪录。

人在路上奔跑,总会有阻力;同样,电子在材料里奔跑,也会有阻力。我们把电子奔跑的阻力称之为电阻。对于绝缘体材料而言,电阻随温度下降而上升,对于导体而言,电阻随温度下降而下降

科学家总是天马行空,他们想,如果把材料的温度降低到接近绝对零度(-273.15 ),电阻会发生什么变化呢?

1911年,Onnes等人在冷却温度低于4 K(-269.15 )的水银中,首次发现超导现象。 他们发现,当温度低于4K时,水银的电阻几乎为零。超导材料具有超级优异的导电性,可以以100%的效率传输电能。

一个多世纪以来,科学家从未停止过对超导材料的追逐!

关于超导的研究,至今不过110年,却获得了五次诺贝尔物理学奖,诞生了10位诺奖得主。科学家对于超导的认识越多,就越沉迷于其中,不能自拔。

1913年,荷兰物理学家Heike Kamerlingh Onnes获得诺贝尔物理学奖,以表彰其对低温物质特性的研究,特别是这些研究使得液氦生产成为可能,也使得首次发现超导成为可能。

1933年,德国物理学家W. Meissner和R. Ochsenfeld发现超导体体内的磁场恒等于零。零磁场和零电阻,成为判定超导材料的两个主要特征。

1957年,美国科学家John Bardeen和Leon N Cooper、John Robert Schrieffer合作提出超导BCS理论,对超导机理进行解释,获得1972年诺贝尔物理学奖。值得一提的是, John Bardeen还因为发明半导体晶体管获得1956年诺贝尔物理学奖,是世界上唯一一个获得两次诺贝尔物理学奖的人。

挪威物理学家Ivar Giæver和英国科学家Brian David Josephson因为对超导隧道效应相关领域的研究,获得1973年诺贝尔物理学奖。

1986年,德国物理学家Johannes Georg Bednorz和Karl Alexander Müller首次发现陶瓷材料中的超导性,获得1987年诺贝尔物理学奖。

1950年,俄罗斯科学家阿列克谢·阿列克谢维奇·阿布里科索夫、维塔利·金兹堡和英国科学家Anthony Leggett提出超导热力学效应。由于他们在超导和超流体领域的贡献,获得2003年诺贝尔物理学奖。

即便是斩获无数殊荣,超导依然存在许多问题悬而未决。其中一个关键问题就是,实现超导的温度太低了!

1911年,首次实现超导的温度是4K,也就是零下269 ,这需要使用液氦这种昂贵的材料以及配套设备,根本无法实用。随着越来越多的超导体被发现,实现超导所需要的最高临界温度的已经逐步朝着室温迈进。

2001年,日本科学家Jun Akimitsu等人发现硼化镁在39K温度下表现出超导性。

2008年,日本科学家Hideo Hosono首次发现铁基超导,临界温度为26K

2015年,德国科学家M. I. Eremets在Nature报道,他们发现H2S在203K(-70 )具有高温超导,但是需要超高的压力。

2019年,德国马普化学所Drozdov团队报道了当压力压缩到地球大气压超过一百万倍时,氢化镧化合物在250 K(-23 )时就变成超导体,这是之前已知的最接近室温的超导体。

即便取得了这样那样的突破,然而,至今为止,没有一个材料,能够在0 以上实现超导,这也是超导备受推崇,却无法实现大规模、多场景实际应用的最大伤痛之一!

在科学的世界,没有什么是不可能的。

2020年10月15日,美国科学家Ranga P. Dias等人在Nature封面发表重磅论文,实现了15 的室温超导。

这种超导材料由C、H、S三种元素组成的化合物。原本,研究人员将碳、硫和氢气置于实验装置中,打算通过激光触发样品中的化学反应以观察其形成的晶体。结果,当温度降低时,他们惊奇地发现,通过材料的电流的电阻降至零。这也算是一个意外的惊喜了。

然后他们通过增加压力,发现这种超导转变可以在越来越高的温度下实现。最终实现了287.7K的转变温度,而所需要的压力为267GPa,是大气压力的260万倍。

在2015年H2S超导的基础上,添加C元素,大大拓宽了未来寻找新超导体的范围。这项研究表明,通过引入更多元素,有望进一步降低压力。

这项研究再次证明,富氢材料是实现室温超导的绝佳材料。当然,依然还有很多问题亟待解决。

这是人类 历史 上,第一次距离室温超导这么近。虽然所需要的压力还是那么遥不可及,但是,摆在超导面前的三座大山,至少已经跨越了一座。

我们有理由相信,在不久的将来,会有更多新型超导体出现,帮助我们爬过另外两座高山。

最后,真心希望这个结果是可重复的!

   短期困境,前途光明,破晓在即

2018年是电子行业非常困难的一年,行业整体利润下滑,上市公司股价也大部分腰斩。电子行业短期面临“三座大山”,导致业绩承压,投资者对产业前景充满忧虑。但我们认为大陆电子产业整体优势依旧明显,市场规模大、品牌已建立、供应链配套齐全、市场嗅觉灵敏,我们对未来产业前景保持乐观。展望2019年,我们重点看好5G、半导体与IoT的机会。

5G:2019年商用落地,从基站到终端全面升级

2019年将是5G商用元年,从基站到终端将全面升级。基站方面,架构将重构(从无源到有源),天线设计将更复杂,制造工艺变化明显;此外,PCB将全面升级,高频高速板得以应用,量价齐升明显。在终端方面,手机仍将是主要应用,天线(阵列天线)、射频前端、基带芯片将全面更新,迎来新市场新空间;此外还有汽车电子、智能家居等更深层次的带动。

半导体:全球周期下行,国内仍处于发展初期

尽管全球半导体进入下行周期,但是国内尚处于发展初期,以成长性为主,预计未来5-10年将是中国半导体行业快速成长时期。2019年重点关注设计、制造、设备等环节的产业链机会,这几个环节国产替代提速。

IOT:智能汽车与人工智能是更远的未来IOT走进生活,智能汽车快速到来,汽车电子受益明显;此外AI赋能IOT,AI因深度学习的突破而得到商用,安防有望成为最快落地的领域。

投资建议:

我们看好5G、半导体、IOT、光学升级和安防智能化这五大领域的发展前景,推荐5G相关领域的信维通信、三环集团、顺络电子、东山精密、深南电路,半导体领域的北方华创、扬杰科技、圣邦股份,智能手机光学创新和全面屏领域的欧菲科技、长信科技,安防智能化的领头羊海康威视。

风险分析:

5G建设不及预期;半导体技术突破慢于预期;IOT渗透慢于预期。

(文章来源:光大证券)


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