半导体芯片领域可另辟蹊径多向发力

　　芯片是整个信息产业的核心部件和基石，也是国家信息安全的最后屏障。目前我国芯片自给率仍然较低，核心芯片缺乏，高端技术长期被境外厂商控制，与发达国家的差距短时间难以逾越。据中国半导体协会统计，2019 年我国芯片进口额超 3000 亿美元，但芯片自给率仅为 30%左右。 2020 年已逾 3500 亿美元，达到原油进口量的 2 倍。不仅市场代价巨大，还面临严重“卡脖子” 的风险，危及产业安全和国家安全。

　　《半导体》坚持为社会主义服务的方向，坚持以马克思列宁主义、毛泽东思想和邓小平理论为指导，贯彻“百花齐放、百家争鸣”和“古为今用、洋为中用”的方针，坚持实事求是、理论与实际相结合的严谨学风，传播先进的科学文化知识，弘扬民族优秀科学文化，促进国际科学文化交流，探索防灾科技教育、教学及管理诸方面的规律，活跃教学与科研的学术风气，为教学与科研服务。

　　目前芯片制作工艺大多采用基于硅基材料的集成电路技术，该项技术长期被国外厂商垄断。但硅基芯片的 PN 结从根本上限制了其发展潜能，目前的 3nm 制程已经逼近硅基芯片的物理极限，量子隧穿效应决定了其制程规模无法突破 1nm。

　　随着 5G 时代的到来和人工智能产业的蓬勃发展，人工智能芯片逐步成为全球关注的新兴赛道。人工智能对芯片算力提出了更高要求，传统芯片制作工艺亟须从物理层面进行转型升级。新兴半导体材料的异军突起，将成为左右半导体芯片产业未来话语权的重要因素。全球人工智能芯片市场均尚属于萌芽阶段，虽然我国起步较晚，但暂未与发达国家拉开较大差距。

　　为推动半导体芯片产业实现换道超车，发挥关键核心技术攻关新型举国体制优势，建议大力研发四种新型芯片：

　　一是碳基半导体材料。使用碳基半导体制造芯片存在较大优势，碳晶体管的理论极限运行速度是硅晶体管的 5-10 倍，而功耗却只有后者的 1/10。2020 年 5 月，北京元芯碳基集成电路研究院突破了碳基半导体材料制备瓶颈。我国碳基材料率先研制成功，为碳晶体管的制作打下了坚实的基础，标志着我国碳基芯片制造领域处于科技的最前沿。

　　二是硅碳半导体材料。该材料综合硅基、碳基半导体的优秀品质，因为其独特的化学特性，硅碳半导体材料有着无可比拟的应用前景，主要应用于大功率、高温、高频和抗辐射的半导体器件上，比硅器件强很多，在 5G、智能交通、新能源汽车和工业控制等市场大有可为。

　　三是第三代半导体材料。这是以 SiC 碳化硅和 GaN 氮化镓等为衬底材料，具有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率等特点，更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率电子器件，在光电子和微电子领域具有重要的应用价值。目前，市场火热的 5G 基站、新能源汽车和快充等都是第三代半导体的重要应用领域。

　　四是发展光子芯片。光子芯片的计算介质是光子而非电子，有功耗低、运算频率高、抗电磁干扰能力强的优点，光子芯片的计算速度将是传统芯片速度的 1000 倍以上，抗电磁干扰的能力更为强大延迟更低。其不需要改变二进制计算机最底层的软件原理，适合线性计算，与未来人工智能和大数据发展方向相契合。目前主流光子芯片研究厂商仅将光子芯片作为电子芯片的补充，集成为光电子芯片，在单独制作和运用光子芯片方面暂未取得关键性技术突破。