中國要在2030年搞出EUV光刻機,會不會太晚了?

中國對於芯片的需求非常高,2020年因為疫情的原因,中國進口產品出現了下降,但是1-5月,中國集成電路進口數量達到2011.5億個,同比增加27.3%,進口金額為8794.3億元人民幣,同比增長14.5%。


中國要在2030年搞出EUV光刻機,會不會太晚了?


所以中國迫切想要實現高端芯片國內自研自產自造,打造完整的集成電路產業,中國目前將EUVL列為了集成電路製造領域的發展重點,提出要在2030年搞出頂級的EUV光刻機,很多人說,會不會太晚了呢?

其實並不會太晚,半導體芯片是基於量子力學對固體電子結構的分析才得以實現,是利用半導體晶體管實現一個比特的儲存和操作,其基本的結構如圖所示,源極和漏極都是半導體材料,其導電性通過柵極控制。改變柵極的電壓,可以改變柵極包覆的半導體材料的導電性,進而控制源極和漏極之間的通斷。而整個基底材料和柵極之間由絕緣層隔開,保證二者不會漏電導致晶體管邏輯錯誤。


中國要在2030年搞出EUV光刻機,會不會太晚了?


但是當芯片製程越來越小,源極和柵極間的溝道也在不斷縮短,當縮短到一定程度的時候,就會產生量子隧穿效應,啥是電子隧穿效應呢?按道理來說,電子是從溝道通過,但是隨著通道越來越小,電子就會在電路里肆意的狂奔,亂飛。電路想啥時候通,就啥時候通。那麼晶體管就失去了本身開關的作用,所以邏輯電路也就不存在了。

尤其是5nm之後量子隧穿效應越來越嚴重。作為微觀世界的基本現象,經典電路無法克服這一點,即使改進工藝和材料,也只能暫時避免隧穿電流的影響。這也就是我們說的硅基芯片已經逼近極限。


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正因為此,從5nm以下,製程工藝也就越來越艱難,像以前,14nm之後,第二年就是12nm,但是今年5nm之後,2022下半年3nm才量產,2023年估計才會正式商用。而到了2030年,臺積電都不知道能不能掌握1nm技術,這也意味著,2020年中國造出EUV光刻機,也僅僅只是3代的差距。

ASML公佈的新一代EUV光刻機的量產時間是2024年,不過最新報道稱下一代EUV光刻機是2025年量產,和ASML的EUV光刻機也就最多二代的差距。


中國要在2030年搞出EUV光刻機,會不會太晚了?


其實中國之所以研發光刻機這麼難,不是因為光刻機本身的技術,早在2017年,長春光機所就成功研製了波像差優於0.75 nm RMS 的兩鏡EUV 光刻物鏡系統,構建了EUV 光刻曝光裝置,國內首次獲得EUV 投影光刻32 nm 線寬的光刻膠曝光圖形。建立了較為完善的曝光光學系統關鍵技術研發平臺。中國也是繼ASML之後,第二個掌握光刻機雙工作臺技術的國家。


中國要在2030年搞出EUV光刻機,會不會太晚了?


中國之所以沒有辦法造成光刻機,是因為每一個零件都需要自造,國外嚴格限制了中國獲取光刻機零件,一個光刻機有10多萬個配件,可以裝40個標準集裝箱,作為擁有英特爾、三星電等股東的光刻機廠商,所以ASML可以輕鬆獲取到最頂級的零件,有德國的光學設備和超精密機械、美國的計量設備和光源設備等。

這些都需要中國自己去研製,這樣就拖慢了中國研發光刻機的腳步,中國目前也在研製碳基芯片,因為硅基芯片已經到了盡頭,而碳基芯片被認為是取代硅基芯片的方案之一,碳基芯片擁有硅基芯片的3倍性能。

中國要在2030年搞出EUV光刻機,會不會太晚了?


這樣7nm的碳基芯片,就可以比肩2nm的硅基芯片,而中國目前的光刻機可以製造7nm芯片,既然不可能彎道超車,那麼中國就嘗試換道超車。


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