五、半導(dǎo)體
五、半導(dǎo)體篇 ——我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展前景 電子信息產(chǎn)業(yè)已成為當(dāng)今全球規(guī)模最大、發(fā)展最迅猛的產(chǎn)業(yè)，微電子技術(shù)是其中的核 心技術(shù)之一（另一個是軟件技術(shù)）?，F(xiàn)代電子信息技術(shù)，尤其是計算機(jī)和通訊技術(shù)發(fā)展 的驅(qū)動力，來自于半導(dǎo)體元器件的技術(shù)突破，每一代更高性能的集成電路的問世，都會 驅(qū)動各個信息技術(shù)向前躍進(jìn)，其戰(zhàn)略地位與近代工業(yè)化時代鋼鐵工業(yè)的地位不相上下。 當(dāng)前，世界半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)仍由美國占據(jù)絕對優(yōu)勢地位，日本歐洲緊隨其后，韓國和我國 臺灣地區(qū)也在迅速發(fā)展。臺灣地區(qū)半導(dǎo)體工業(yè)已成為世界最大的集成電路代工中心，逐 步形成自己的產(chǎn)業(yè)體系。 我國的微電子科技和產(chǎn)業(yè)起步在50年代，僅比美國晚幾年。計劃經(jīng)濟(jì)時期，由于體制 的缺陷和其間10年“文革”，拉大了和國際水平的差距。進(jìn)入80年代，我國面對國內(nèi)外微 電子技術(shù)的巨大反差和國外對我技術(shù)封鎖，我們沒有能夠在體制和政策上及時拿出有效 應(yīng)對措施。國有企業(yè)無法適應(yīng)電子技術(shù)的快節(jié)奏進(jìn)步，國家協(xié)調(diào)組織能力下降，科研體 制改革緩慢，以致1980～1990年代我國自主發(fā)展半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的努力未獲顯著效果。 “市場‘開放’后，集成電路商品從合法、不合法渠道源源涌入，集成電路所服務(wù)的終端產(chǎn) 品，以整機(jī)或部件散裝的形式，也大量流入，但人家確實考慮到微電子的戰(zhàn)略核心性質(zhì) ，死死卡住生產(chǎn)集成電路的先進(jìn)設(shè)備，不讓進(jìn)口，在迫使我們落后一截，缺乏競爭力的 同時，又時刻瞄準(zhǔn)我們科研與生產(chǎn)升級的潛力，把我們的每一次進(jìn)步扼殺在萌芽狀態(tài)， 沖垮科技能力，從外部加劇我們生產(chǎn)與科研的脫節(jié)，迫使我們不得不深深依賴他們?！?我們的產(chǎn)業(yè)環(huán)境又多多少少帶有計劃色彩，不能很快與國際接軌，其中特別是對微電子 產(chǎn)業(yè)發(fā)展有重大影響的企業(yè)制度、資本市場、稅收政策、科研體制等，又不適應(yīng)市場經(jīng) 濟(jì)要求，使得我們在國際競爭中缺乏活力”。[1] 20世紀(jì)90年代，我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的增長速度達(dá)到30%以上，但其規(guī)模僅占世界半導(dǎo)體 子產(chǎn)業(yè)的1%，僅能滿足大陸半導(dǎo)體市場的不足10%。即使“十五”期間各地計劃的項目都能 如期實施，到2005年，我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在世界上的份額，頂多占到2%～3%。自己的設(shè)計 和制造水平和國際先進(jìn)水平的差距很大，企業(yè)規(guī)模小、重復(fù)分散、缺乏競爭力，基本上 是跨國公司全球競爭戰(zhàn)略的附庸，自己的產(chǎn)業(yè)體系還沒有成形。 我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)如此落后的現(xiàn)狀，使得我國的經(jīng)濟(jì)、科技、國防現(xiàn)代化的基礎(chǔ)“建筑 在沙灘上”。在世界微電子技術(shù)迅猛發(fā)展的情況下，我國如不努力追趕，就會在國際競爭 中越來越被動，對我國未來信息產(chǎn)業(yè)的升級和市場份額的分配，乃至對整個經(jīng)濟(jì)發(fā)展， 都可能造成十分不利的影響。形勢逼迫我國必須加快這一產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?！笆濉庇媱澲?， 加快半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展被放在重要地位，這是具有重大意義的。 發(fā)展中國家要追趕國際高科技產(chǎn)業(yè)的步伐，一般都會面臨技術(shù)、資金、管理、市場的 障礙。高科技的產(chǎn)業(yè)化是一個大規(guī)模的系統(tǒng)工程，需要科研和產(chǎn)業(yè)的緊密結(jié)合，以及各 部門的有效協(xié)調(diào)，而這些都不是單個企業(yè)所能跨越得過去的。在市場機(jī)制尚未成熟到有 效調(diào)動資源的情況下，高層次的組織協(xié)調(diào)和扶持是必需的。構(gòu)建具有較高透明度的政策 環(huán)境和市場環(huán)境。有助于鼓勵高科技民營企業(yè)進(jìn)入電路設(shè)計業(yè)領(lǐng)域，鼓勵生產(chǎn)企業(yè)走規(guī) 模化和面向國內(nèi)市場自主開發(fā)的路子，形成產(chǎn)業(yè)群體。 要打破部門界限，整合全國力量，在引進(jìn)消化吸收的基礎(chǔ)上，加快自主創(chuàng)新，掌握自 主知識產(chǎn)權(quán)，走出一條創(chuàng)新之路。要重視子人才培養(yǎng)，穩(wěn)定人才隊伍，吸引國外優(yōu)秀微 電子人才。 在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的目標(biāo)和途徑，以及市場定位、技術(shù)路線等方面，需要有戰(zhàn)略性的 決策和通盤的政策考慮。政府堅定明確的發(fā)展政策，合理的投資融資方式，靈活高效的 企業(yè)經(jīng)營方式和能夠鼓勵企業(yè)和個人的積極性創(chuàng)造性的激勵機(jī)制，是產(chǎn)業(yè)得以成長的必 要條件。 半導(dǎo)體：信息時代的制高點產(chǎn)業(yè) 電子信息技術(shù)是當(dāng)代新一輪科技革命的核心，是當(dāng)今“全球化”和“知識經(jīng)濟(jì)”的最重要 物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)。微電子技術(shù)又是電子信息技術(shù)的核心和基礎(chǔ)。我們今天處在一個真正的 技術(shù)革命時代，而微電子技術(shù)的突飛猛進(jìn)是這個革命的最基礎(chǔ)的組成部分。 微電子技術(shù)是在半導(dǎo)體材料上采用微米級線度加工處理的技術(shù)。其主體產(chǎn)品集成電路 （也就是半導(dǎo)體器件的主體），構(gòu)成電子產(chǎn)品的核心硬件。20年前，托夫勒的《第三次浪 潮》預(yù)測信息技術(shù)革命將深刻改變?nèi)祟惿?，在許多中國人的心目中這還是一個可望不可 及的夢想，但今天夢已經(jīng)成為現(xiàn)實。正是微電子技術(shù)的巨大進(jìn)步和大規(guī)模應(yīng)用，把人類 帶進(jìn)了信息時代。 半導(dǎo)體是信息時代的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè) 正如鋼鐵、機(jī)械、電力是大工業(yè)時代的基礎(chǔ)工業(yè)，半導(dǎo)體工業(yè)可說是是信息經(jīng)濟(jì)時代 的基礎(chǔ)工業(yè)。 首先，半導(dǎo)體是電子信息整機(jī)產(chǎn)品中占據(jù)核心地位的部件。當(dāng)今從世界范圍看，GDP 每增長100- 300元，需要10元左右電子工業(yè)產(chǎn)值和1元集成電路產(chǎn)值的支持。2000年，全球電子信息 產(chǎn)業(yè)貿(mào)易總額約1～1.4萬億美元，2005年將達(dá)到2.6萬億美元，成為全球第一大產(chǎn)業(yè)。所 以美國半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會稱“美國半導(dǎo)體工業(yè)是美國經(jīng)濟(jì)的倍增器”，韓國稱其為“工業(yè)糧食 ”。 據(jù)有關(guān)資料測算，如以單位質(zhì)量鋼筋對GDP的貢獻(xiàn)為1計算，小汽車為5，彩電為30，計算 機(jī)為1000，集成電路為2000。 半導(dǎo)體的巨大價值還表現(xiàn)在“用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)”上。例如，僅對我們?nèi)珖餍?業(yè)的風(fēng)機(jī)、水泵（總耗電量占全國發(fā)電量的36%）采用變頻技術(shù)進(jìn)行改造，每年的節(jié)電量 等于3個葛洲壩電站的發(fā)電量，對全國白熾燈的1/18進(jìn)行節(jié)能改造，所節(jié)省的電能，相當(dāng) 于3座大亞灣核電站的發(fā)電量。所以有人提出，以半導(dǎo)體產(chǎn)值占GDP的0.5%作為進(jìn)入信息 化社會的一個指標(biāo)。 近20 年來，全球電子信息產(chǎn)業(yè)迅猛擴(kuò)張。半導(dǎo)體世界市場容量每5年翻一番。1999年世界半導(dǎo) 體的銷售額1570億美元，2000年已達(dá)到1950億美元。[2] 如此推算，預(yù)計2012年，世界半導(dǎo)體產(chǎn)值1萬億美元，支持6- 8萬億美元的電子設(shè)備產(chǎn)值，30萬億信息服務(wù)業(yè)產(chǎn)值（大約等于1997年全世界GDP總值） 。 半導(dǎo)體對國家安全的戰(zhàn)略意義 半導(dǎo)體制造技術(shù)在美國起步時，首先是用于軍事目的。20世紀(jì)60年代中期，美國投入大 量人力物力，搞了民兵導(dǎo)彈、阿波羅導(dǎo)航計算機(jī)以及W2F飛機(jī)數(shù)據(jù)處理器三大工程，將集 成電路的可靠性提高了100倍，也促進(jìn)了器件基礎(chǔ)（設(shè)計、工藝、測試評價、組織管理） 的完善，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)由此跨入大規(guī)模生產(chǎn)的門檻。從海灣戰(zhàn)爭到科索沃戰(zhàn)爭，所謂“現(xiàn)代 高科技戰(zhàn)爭”的概念，首先就是信息戰(zhàn)、電子戰(zhàn)。國家間軍事實力的對比，在很大程度上 是系統(tǒng)能力和芯片實力的較量。當(dāng)今先進(jìn)國家中，軍艦、戰(zhàn)車、飛機(jī)、導(dǎo)彈和航天器中 集成電路的成本，已分別占總成本的22%，24%，33%，45%，66%。 所以，對于象我們這樣的的大國、掌握微電子核心技術(shù)就不僅僅是一個經(jīng)濟(jì)問題，不 是可有可無，而是維護(hù)國家安全所必需。通用電路即使可以靠國際購買，也難以保證安 全，專用電路更只能依靠自己的力量，否則將被別人卡住脖子，沒有任何安全感。關(guān)鍵 芯片和軟件技術(shù)上的過分落后，戰(zhàn)時就會變成聾子瞎子。奔騰Ⅲ微處理器被安裝了“后門 ”，無密可保，連INTEL自己都承認(rèn)了，這是眾所周知的一個例子。 所以，掌握微電子先進(jìn)技術(shù)，關(guān)系到綜合國力的提高，關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)的整體效益和 國家安全。沒有自己的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)體系，也不能說掌握了自己的電子信息產(chǎn)業(yè)的命脈。 正因為如此，世界各國（包括許多發(fā)展中國家和地區(qū)）對其高度重視，紛紛制定面向21 世紀(jì)的集成電路中長期發(fā)展計劃，以期爭奪未來世界競爭的主動權(quán)。 全球化的產(chǎn)業(yè)和垂直國際分工 當(dāng)代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)典型的全球性垂直分工性質(zhì)。 美國是當(dāng)今世界微電子技術(shù)進(jìn)步的先驅(qū)，以其經(jīng)濟(jì)、科技實力和高強(qiáng)度創(chuàng)新機(jī)制，穩(wěn) 居全球領(lǐng)導(dǎo)地位，處于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈條的頂端。1987- 96年，美國半導(dǎo)體工業(yè)年增長率15.7%，3倍于國民經(jīng)濟(jì)的增長速度；該國GDP增長部分的 65%以上與微電子技術(shù)有關(guān)。在微電子技術(shù)日新月異的進(jìn)展中，美、日、歐洲等發(fā)達(dá)國家 壟斷技術(shù)的局面，韓國、新加坡和我國臺灣半導(dǎo)體制造業(yè)在世界上也占有舉足輕重的份 額。 1990年代以來，我國臺灣省半導(dǎo)體工業(yè)的年增長率達(dá)到30％，6倍于GDP增長率（5.6 %）。其總產(chǎn)值已占其GDP的5％，成為名副其實的支柱產(chǎn)業(yè)。其信息產(chǎn)業(yè)規(guī)模在1996年即 已達(dá)世界第三位。 相比之下，我國大陸近年來半導(dǎo)體集成電路工業(yè)占世界份額不到1%，只能滿足國內(nèi)15%左 右的需求；處于國際產(chǎn)業(yè)鏈條的低端，這是我國微電子技術(shù)長期落后的集中反映。這種 狀態(tài)是不能令國人滿意的。 國際經(jīng)濟(jì)競爭的戰(zhàn)略制高點 由于其重要戰(zhàn)略地位，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)從來就是發(fā)達(dá)國家競相爭奪的戰(zhàn)略制高點。 延續(xù)10年之久的美日半導(dǎo)體貿(mào)易戰(zhàn)就是著名的案例。日本的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)比美國晚了將 近10年。1970年代，日本政府認(rèn)定半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的重要戰(zhàn)略價值，制定了產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策， 組織官產(chǎn)學(xué)研協(xié)同搞技術(shù)攻關(guān)，及時搶占了新一代關(guān)鍵設(shè)備這個制高點，瞄準(zhǔn)工業(yè)控制 和消費類電子這兩個市場空檔，在國際市場奠定了可與美國比肩的半導(dǎo)體強(qiáng)國地位。 到1980年代末，日本的半導(dǎo)體國際市場份額一度超過了美國，以致1990年的海灣戰(zhàn)爭 ，美國導(dǎo)彈中的很多核心芯片，都不得不依賴日本貨，這使美國人感到，日本半導(dǎo)體芯 片已威脅到美國的產(chǎn)業(yè)利益和國家安全。在這種情況下，一貫標(biāo)榜奉行“自由貿(mào)易”、“自 由競爭”原則的美國，毫不猶豫地拿起貿(mào)易壁壘和產(chǎn)業(yè)政策這兩個武器，抵制日貨，制定 產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，用市場保護(hù)、稅收信貸優(yōu)惠、政府資助組織企業(yè)研發(fā)等典型的“通產(chǎn)省” 式手段，大力扶持本國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。經(jīng)過大約10年的貿(mào)易戰(zhàn)，終以美國奪回主動權(quán)告終 （當(dāng)然，美國的“通產(chǎn)省”政策只是美國半導(dǎo)體重新稱雄的原因之一，硅谷機(jī)制是日本所 缺乏的）。這充分說明即使是在自由度很大的市場經(jīng)濟(jì)下，國家的必要干預(yù)，對產(chǎn)業(yè)發(fā) 展也起著不可忽視的作用。 可以說，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的飛速發(fā)展，在很大程度上帶有國家間競爭的背景，也是 發(fā)達(dá)國家對其他后進(jìn)國家保持技術(shù)優(yōu)勢的重要籌碼。直到今天，美國可以將部分通用電 路的制造技術(shù)轉(zhuǎn)移海外，但始終努力保持CPU等尖端芯片的技術(shù)優(yōu)勢。 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特點 半導(dǎo)體的市場競爭性既源于芯片在信息產(chǎn)業(yè)中的核心與基礎(chǔ)地位，又跟微電子的技術(shù) 創(chuàng)新特點和高競爭性有關(guān)。微電子技術(shù)的不斷創(chuàng)新，導(dǎo)致電子系統(tǒng)升級所帶來的巨大經(jīng) 濟(jì)效益，引發(fā)了同行在人才與資金上的劇烈競爭，并因此推動了產(chǎn)業(yè)的國際化。 一日千里的微電子技術(shù) 目前廣泛應(yīng)用的數(shù)字集成電路，是將大量邏輯電路蝕刻在半導(dǎo)體芯片上，電流通過“ 門電路”時以高、低電位實現(xiàn)邏輯運算。 微電子有兩個著名定律，即“器件按比例縮小定律”和“摩爾定律”。 “器件按比例縮小原理”。MOS器件的橫向縱向尺寸（溝道長、寬度等橫向尺寸和柵層 厚度、結(jié)深等縱向尺寸）按一定比例K（K- 1.4）縮小，單位面積上的功耗可保持不變；這時器件所占的面積（因而成本）可隨之縮 小K2倍，器件性能可提高K3倍。所以器件越小，同樣面積芯片可集成更多、更好的器件 ，還降低了器件相對成本。這是摩爾定律的物理基礎(chǔ)，也正是這種物理特性，刺激了加 速的技術(shù)創(chuàng)新。 摩爾定律指出，芯片集成度每18- 24個月增長一倍，價格不變，或者說器件尺寸每三年縮小K倍，技術(shù)整體更新一代。現(xiàn)在 這個規(guī)律已經(jīng)成為全球半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展指南（roadmap），“這種把技術(shù)指標(biāo)極其到達(dá)是 限準(zhǔn)確地擺在競爭者面前的規(guī)律，就為企業(yè)發(fā)展提出了一個‘永難喘息’，否則就‘永遠(yuǎn)停 息’的競爭法則”。[3] 最近30年來，集成電路制造技術(shù)經(jīng)歷了10代。1970年，存儲器容量只有1K，線寬10微 米?，F(xiàn)容量為1G、線寬0.18微米存儲器將投入批量生產(chǎn)（2001年）。 1991年，日立公司宣布64M DRAM，在10×20平方毫米的芯片面積上，集成1.4億只晶體管，集成密度達(dá)到70萬管/平方 毫米，1.5伏電壓，功耗44毫瓦，尋址時間50納秒。 目前主流加工技術(shù)是8英寸硅片，0.25微米線寬。12英寸硅片0.18微米已經(jīng)批量生產(chǎn) 。據(jù)國際權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測，到2014年，半導(dǎo)體芯片加工技術(shù)將達(dá)到18英寸硅片、0.035微米 特征尺寸（線寬）。當(dāng)集成電路線寬達(dá)到0.1微米及以下，標(biāo)志著半導(dǎo)體制造技術(shù)及器件 、工藝?yán)碚撾S之全面進(jìn)入納米領(lǐng)域。硅基芯片的微細(xì)加工技術(shù)將可能到達(dá)極限。屆時， 微電子的基礎(chǔ)理論、材料技術(shù)和加工技術(shù)都可能發(fā)生革命性的變化。 我國專家預(yù)測，21世紀(jì)微電子技術(shù)的具體發(fā)展趨勢主要以下三個方面： · 集成電路的特征尺寸將繼續(xù)縮小，與硅CMOS相關(guān)的器件物理、電路結(jié)構(gòu)和材料體系將不 斷創(chuàng)新，但由于長期的科研投入，其產(chǎn)業(yè)能力和知識積累決...
五、半導(dǎo)體