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下午察：中国拟建巨型芯片工厂？
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香港《南华早报》星期一（9月25日）报道，中国正计划用一种新型粒子加速器光源，建造一座容纳多台光刻机的大型工厂，以实现芯片制造本土化。 报道称，中国计划建造的单个粒子加速器有两个篮球场大小，目前清华大学团队正和河北雄安新区政府讨论，为这一项目敲定建设地点。 报道还引述科学家称，这项技术可以让中国超越美国的制裁，并成为半导体芯片行业的新领导者。 新技术是什么？ 中国的新型光源技术全称“稳态微聚束” （Steady-state microbunching，简称SSMB），简单来说是利用带电粒子在加速过程中释放的能量作为光源，产生极紫外光（EUV）。 大众熟知的EUV光刻，正是以波长为10至14纳米的极紫外光作为光源的光刻技术。目前世界上使用极紫外光的光刻机制造商仅荷兰半导体设备制造巨头阿斯麦（ASML）一家。 这也解释了为什么中国稳态微聚束技术有突破的传闻，过去几天在中国互联网上引发热议。有自媒体甚至称，中国已经掌握了光刻机中最核心的技术，可以“弯道超车、打脸阿斯麦”。 荷兰阿斯麦（ASML）装配工程师2023年6月正在使用TWINSCAN DUV光刻系统。（路透社） 不过，稳态微聚束并非最近才出现的技术。 稳态微聚束的概念最早在2010年由斯坦福大学教授、清华杰出访问教授赵午与其博士生拉特纳（Daniel Ratner）提出。赵午曾是中国知名物理学家杨振宁的学生。 赵午致力于推动稳态微聚束的研究与国际合作，他2017年与清华大学工程物理系教授唐传祥教授牵头，与德国的研究院开展实验。 经过四年的研究，唐传祥的清华大学团队与德国的合作团队2021年2月在《自然》杂志上发表了题为《稳态微聚束原理的实验演示》（Experimental demonstration of the mechanism of steady-state microbunching）的研究论文，报告了稳态微聚束的首个原理验证实验。 基于稳态微聚束原理，能获得高功率、高重频、窄带宽的相干辐射光，波长可覆盖从太赫兹到极紫外波段，其中就包括了极深紫外线光刻机所需要的13.5纳米波长的EUV光。 论文第一作者、清华大学工程物理系博士生邓秀杰接受2021年《科技日报》记者采访时说：“稳态微聚束光源的潜在应用之一就是作为未来EUV光刻机的光源，这也是国际社会关注我们这项研究的重要原因。” 稳态微聚束光源有何优势？ 稳态微聚束原理验证实验示意图。（《自然》杂志） 《南华早报》报道提到，相比于目前阿斯麦的极紫外光技术，稳态微聚束是一种更理想的光源，原因在于后者具有更高的平均功率、更高的芯片产量，以及更低的单位成本。 报道说，阿斯麦利用激光等离子体产生极紫外光源，将强激光脉冲投射到液态锡滴上。激光会粉碎液态锡滴，在撞击过程中产生极紫外脉冲光，并在经过复杂的滤波和聚焦后，产生功率约250瓦的极紫外光源。 在到达芯片之前，极紫外光束要经过11个镜子的反射，每个镜子都会损失30%的能量，因此光束到达晶圆时的功率小于五瓦。在制造3纳米到2纳米的芯片时，这将会成为一个问题。 但稳态微聚束技术避免了这个问题。稳态微聚束光束实现了一千瓦的更高输出功率，加上它带宽较窄，需要更少的反射镜，因此可以产生更高的终端功率。 为何突然受到关注？ 两年前发表的论文近期获得大量关注，与华为在芯片上取得突破有很大的关系。 华为8月底发售最新旗舰手机Mate 60 Pro，专业机构拆机后发现，它搭载了新型麒麟9000s芯片，由中国企业中芯国际制造，采用了中芯最先进的7纳米芯片技术。 华为在芯片上突破美国自2019年以来的多重制裁，很快引起美国的警惕，触发美国商务部9月上旬对华为手机芯片的调查。 尽管美国的调查结果显示，没有任何证据表明华为能大规模制造7纳米芯片，美国商务部还是在上周（9月22日）公布了《美国芯片与科学法案》的最后执行细则，以确保华盛顿为美国半导体产业和制造业提供的补贴，不会让中国和其他被美国视为国安威胁的国家受益。 在中美芯片战陷入胶着、美国对中国的技术封锁愈发细化的背景下，稳态微聚束在中国互联网突然“火”了起来，背后多少寄托着中国网民看到中国在手机芯片上取得突破后，也能趁势在光刻机领域取得进展的希望。 一同“火”起来的还有“十三五”规划时就被列入十个重大科技基础设施的北京高能同步辐射光源（High Energy Photon Source, 简称HEPS）项目。 HEPS项目的图片被误当成清华大学的稳态微聚束项目，在微博上被多次转发。 北京高能同步辐射光源建筑群鸟瞰图，摄于2022年3月。（（中国科学院高能物理研究所官网）） 能否解决中国芯片“卡脖子”？ 据《南华早报》报道，稳态微聚束的论文2021年发布后，过去两年仍在继续推进。2022年，研究团队在清华大学设计了另一个模型。 报道称，团队成员、清华大学工程物理系老师潘志龙去年1月参加学术研讨会上说，清华大学已经设计出了功率高于一千瓦稳态微聚束极紫外光源，一些关键技术已经接近成熟。在河北省科技厅今年2月在雄安召开的专题会议上，潘志龙还展示了清华大学团队为将稳态微聚束技术推向行业实践所做的努力。 尽管如此，唐传祥在清华大学的报告中曾说，极紫外光刻机的自主研发还有很长的路要走。 他认为，基于稳态微聚束的极紫外光源有望解决自主研发光刻机中最核心的“卡脖子”难题，但这需要稳态微聚束极紫外光源的持续科技攻关，也需要上下游产业链的配合，才能获得真正成功。 拥有千万粉丝的中国科技领域自媒体“了不起的中国制造”也分析指出，真正难的是光刻机背后的一整套纳米工业产业链。一台光刻机有10万个零部件，来自全球5000家供应商，而且整台机器的所有零件都要达到纳米级精度。 中国的微聚束极紫外光源粒子加速器尚未建成，即便建成后，也不能仅仅依赖光源，还需要突破更复杂的光照反射镜光学系统，并且集齐光刻机所需的每一个零部件。 财新网9月21日也报道说，稳态微聚束目前仍是一项前沿的光学技术研究，距离真正能用于光刻系统仍有距离。 报道引述中国一位不具名的集成电路专业副教授说，该技术只是验证了原理可行，后续工程化、产业化仍需要解决大量未知的问题。“这个技术只是作为一种不同路线的探索，但现在就寄希望于它能产生什么样的实际效果，为时尚早。” 搜狐科学题为《中国就快生产出EUV光刻机了吗？冷静！ 》的文章也称，新的光源产生原理还处在原理验证阶段，离真正实用少说也还有15到20年的时间，并认为“现在离实现生产极深紫外光刻机还有十万八千里”。 纵观上述，突破光源技术与生产出光刻机无疑仍有一大段差距。面对美国持续的技术封堵，中国半导体业在追赶西方的道路上还有漫漫长路要走，西方也不会停滞不前。科学研究只能实事求是，更何况是生产光刻机，这个被称为人类建造的最复杂的机器之一，除了自主创新，也需要上下游产业链及跨国界合作以探寻最好的解决方案。 |
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