半導體晶片領域可另辟蹊徑多向發力

晶片是整個資訊産業的核心部件和基石，也是國家資訊安全的最後屏障。目前我國晶片自給率仍然較低，核心晶片缺乏，高端技術長期被境外廠商控制，與發達國家的差距短時間難以逾越。據中國半導體協會統計，2019年我國晶片進口額超3000億美元，但晶片自給率僅為30%左右。2020年已逾3500億美元，達到原油進口量的2倍。不僅市場代價巨大，還面臨嚴重“卡脖子”的風險，危及産業安全和國家安全。

目前晶片製作工藝大多采用基於硅基材料的積體電路技術，該項技術長期被國外廠商壟斷。但硅基晶片的PN結從根本上限制了其發展潛能，目前的3nm製程已經逼近硅基晶片的物理極限，量子隧穿效應決定了其製程規模無法突破1nm。

隨著5G時代的到來和人工智慧産業的蓬勃發展，人工智慧晶片逐步成為全球關注的新興賽道。人工智慧對晶片算力提出了更高要求，傳統晶片製作工藝亟須從物理層面進行轉型升級。新興半導體材料的異軍突起，將成為左右半導體晶片産業未來話語權的重要因素。全球人工智慧晶片市場均尚屬於萌芽階段，雖然我國起步較晚，但暫未與發達國家拉開較大差距。

為推動半導體晶片産業實現換道超車，發揮關鍵核心技術攻關新型舉國體制優勢，建議大力研發四種新型晶片：

一是碳基半導體材料。使用碳基半導體製造晶片存在較大優勢，碳電晶體的理論極限運作速度是硅電晶體的5-10倍，而功耗卻只有後者的1/10。2020年5月，北京元芯碳基積體電路研究院突破了碳基半導體材料製備瓶頸。我國碳基材料率先研製成功，為碳電晶體的製作打下了堅實的基礎，標誌著我國碳基晶片製造領域處於科技的最前沿。

二是硅碳半導體材料。該材料綜合硅基、碳基半導體的優秀品質，因為其獨特的化學特性，硅碳半導體材料有著無可比擬的應用前景，主要應用於大功率、高溫、高頻和抗輻射的半導體器件上，比硅器件強很多，在5G、智慧交通、新能源汽車和工業控制等市場大有可為。

三是第三代半導體材料。這是以SiC碳化矽和GaN氮化鎵等為襯底材料，具有高擊穿電場、高飽和電子速度、高熱導率、高電子密度、高遷移率等特點，更適合於製作高溫、高頻、抗輻射及大功率電子器件，在光電子和微電子領域具有重要的應用價值。目前，市場火熱的5G基站、新能源汽車和快充等都是第三代半導體的重要應用領域。

四是發展光子晶片。光子晶片的計算介質是光子而非電子，有功耗低、運算頻率高、抗電磁干擾能力強的優點，光子晶片的計算速度將是傳統晶片速度的1000倍以上，抗電磁干擾的能力更為強大延遲更低。其不需要改變二進位電腦最底層的軟體原理，適合線性計算，與未來人工智慧和大數據發展方向相契合。目前主流光子晶片研究廠商僅將光子晶片作為電子晶片的補充，整合為光電子晶片，在單獨製作和運用光子晶片方面暫未取得關鍵性技術突破。

（作者係廣東省生態環境廳廳長）