晶片是電子產品的「心臟」，是信息社會的核心基石，是國家的「工業糧食」。最近，晶片「卡脖子」成了熱門話題，連中科院都搶先表態，要把卡脖子清單變成科學院的任務清單，並引來相關爭議和討論，中國第一所「晶片大學」，南京集成電路大學也在呼聲中成立……
但歸根到底，我們在晶片領域怎麼就被卡了脖子？晶片涉及從設計到應用一條相當長的鏈條，在各個環節上，究竟在哪個環節「卡脖子」？
在理清楚哪裡卡脖子前，要先捋順三個名詞之間的關係：
半導體是一種材料，集成電路（ IC）是半導體做成的電路集合，指的是採用特定的製造工藝，把一個電路中所需的電晶體、電阻、電容和電感等元件及元件間的連線，集成製作在一小塊矽基半導體晶片上並封裝在一個腔殼內，成為具有所需功能的微型器件。晶片是多種集成電路的集合，是集成電路的物理載體。所以三者之間的關係是：晶片>集成電路>半導體。
晶片製造工藝是集成電路時代的工藝集大成者， 與一般製造業不同，晶片製造工藝的實現、趕超難度遠大於設計環節，是整個產業鏈的核心環節。晶片製作完整過程包括：晶片設計、晶片製作、封裝製作、成本測試等幾個環節。
首次我們從晶圓開始，晶片的原料晶圓，其地位好比地基，也就是基板，襯底，通過在襯底上實施一系列的工藝流程，就可以得到相應的半導體產品。晶圓主要由單晶構成，打造「地基"圓晶，以矽材料為例需要經過提純-生長-切片-拋光等幾大步驟。
獲得晶圓後，將感光材料均勻塗抹在晶圓上，利用光刻機將複雜的電路結構轉印到感光材料上，被曝光的部分會溶解並被水衝掉，從而在晶圓表面暴露出複雜的電路結構，再使用刻蝕機將暴露出來的矽片的部分刻蝕掉。
接著，經過離子注入等數百道複雜的工藝，這些複雜的結構便擁有了特定的半導體特性，並能在幾平方釐米的範圍內製造出數億個有特定功能的電晶體。再覆蓋上銅作為導線，就能將數以億計的電晶體連接起來。
一塊晶圓經過數個月的加工，在指甲蓋大小的空間中集成了數公裡長的導線和數以億計的電晶體器件，經過測試，品質合格的晶片會被切割下來，剩下的部分會報廢掉。千挑萬選後，一塊真正的晶片就這麼誕生了。
晶片製造究竟卡在哪？
01
材料埠
從上世紀五十年代以來，以矽（Si）材料為代表的第一代半導體材料取代了笨重的電子管引發了集成電路（IC）為核心的微電子領域迅速發展。以單晶矽為主的半導體集成電路，已經變得無處不在，成為整個信息技術的強大支柱。矽的主要評判指標是純度，晶片用的電子級高純矽要求99.999999999%(別數了，11個9) ，半導體矽片的製造難度遠遠大於光伏矽片。
但在5G通訊時代到來後，電子技術快速發展，集成電路向著大規模、高集成、大功率方向不斷深入，這也是IGBT晶片的發展趨勢，但這勢必會造成電子元器件過熱。然而，由於矽材料的帶隙較窄、電子遷移率和擊穿電場較低，Si 在光電子領域和高頻高功率器件方面的應用受到諸多限制，在高頻下工作性能較差，不適用於高壓應用場景，光學性能也得不到突破。矽基半導體晶片快速提級提質已幾乎走到盡頭。
目前，尋找和轉向新材料替代的呼聲越發高漲。
以碳化矽（SiC）、氮化鎵（GaN）、氮化鋁（AlN）、金剛石（C）、氧化鎵（Ga2O3）等為代表的第三代半導體材料正憑藉著更優異的高頻功率特性、高溫性能穩定和低能量損耗等優勢，在新一代深紫外光電器件、高壓大功率電子器件等領域具有顯著的優勢和巨大的發展潛力，引起了學術界的廣泛關注，將逐漸發展成為支撐信息、能源、交通、先進位造、國防等領域發展的重點新材料。但第三代半導體的應用卻面臨技術差距明顯、市場應用有限、成本高、產業人才短缺四大難題，如何加快研製「中國晶片」的腳步，如何把握機遇，迎接挑戰？
「碳基半導體」最近頻繁提出，這個概念對很多人還是比較陌生的。近日，中國科學院院士彭練矛和張志勇教授課題組發表成果，通過發展全新的提純和自組方法製備出了高純半導體陣列的碳納米管材料，並在此基礎上首次實現了性能超越同等柵長矽基CMOS技術的電晶體和電路。這一突破性的成果自發布以來，就引發了大眾對於「中國芯」能否繞過EUV光刻技術瓶頸，打破晶片行業格局、完成彎道超車的討論。但這距離實際應用，道路還是任重道遠！
02
超精密拋光工藝
在晶片製造中，拋光是整個工藝的最後一環，目的是改善晶片加工前一道工藝所留下的微小缺陷以獲得最佳的平行度，是「技術靈魂」。但目前頂級的拋光工藝只有美日等少數國家掌握，其材料構成和製作工藝一直是個謎。換言之，購買和使用他們的產品，並不代表可以仿製甚至複製他們的產品。通往超精密拋光工藝之巔，路阻且長，亟待攻克的核心技術。
01
光刻機精度，晶片製造的卡脖子環節
在制約集成電路技術發展的有四大要素：功耗、工藝、成本和設計複雜度，其中光刻機就是一個重中之重，核心技術中的核心。這也是另一大卡脖子的關鍵！
晶片的集成程度取決於光刻機的精度，光刻機需要達到幾十納米甚至更高的圖像解析度，光刻機的兩套核心系統——光學系統和對準系統的精度越高，可以在矽片上刻的溝槽越細小，晶片的集成度越高、計算能力越強。目前，世界上80%的光刻機市場被荷蘭公司佔據，高端光刻機也被其壟斷。中國在努力追趕，但是目前仍與國外存在技術代差，比美國差兩代、比美國的盟國差一代。光刻膠卡脖子難題刻不容緩！
晶片製造是一個對技術、資金、人才都高度依賴的行業，特別是在工藝上，拋光與光刻機的精度是制約晶片製造關鍵中的關鍵。傳統晶片領域被國際巨頭壟斷的今天，一些新興晶片領域是中國彎道超車的重要突破口，目前中國已經佔據有一席之地。
金剛石，終極半導體
目前在第三代半導體研究中，金剛石被認為是製備下一代高功率、高頻、高溫及低功率損耗電子器件最有希望的材料，被業界譽為「終極半導體」。但是金剛石材料如何能夠實際應用，其實現商業化的最大問題是金剛石的高效體摻雜尚未解決，製造P型電晶體容易、但N型摻雜是第一大攔路虎，第二大攔路虎是雙面點狀摻雜形成PN節，構造出集成電路，任重而道遠！
要想突破金剛石半導體技術瓶頸，金剛石材料製備技術的提升是金剛石電子器件性能提升的推動力。如果能夠解決大尺寸高質量單晶製備及高平整度、高均勻性材料外延技術等瓶頸問題，實現更高功率性能的金剛石電子器件指日可待！
總而言之，未來大國之爭也是晶片之爭，解決卡脖子難題，助力中國「芯」，我們每個科研人責無旁貸！
基於此，2020年11月17-20日，第五屆國際碳材料暨產業展覽會金剛石論壇，DT新材料攜手中國超硬材料網特設金剛石半導體專題，聚焦半導體產業鏈，從單晶製備技術到寬禁帶電子學性能研究、半導體工藝加工，到器件應用。
特邀西安交通大學王宏興教授、哈爾濱工業大學科研院朱嘉琦院長、武漢工程大學汪建華教授、鄭州大學單崇新教授、西安電子科技大學張金鳳教授、中科院寧波材料所江南研究員、北京科技大學魏俊俊副教授以金剛石大單晶、薄膜技術為基點，共同探討5G時代下，金剛石超寬禁帶半導體的無限機遇與可能！
特邀中國科學院院士鄒廣田、廣東工業大學王成勇副校長、陸華僑大學陸靜教授、中國有色桂林礦產地質研究院、中國材料研究學會超硬材料專委會主任委員呂智、北京國瑞升科技股份有限公司葛丙恆董事長、上海化合積電半導體科技有限公司寬禁帶半導體材料顧問、集美大學半導體產業技術研究院周昌傑副教授，將重點討論半導體超精密加工工藝卡脖子技術難題，為解決卡脖子技術清單出謀劃策！同時結合時代，針對《5G新基建下，超硬材料行業如何創新發展》、《超硬傳統企業如何突破限制，轉型升級》等若干問題提出指導性建議。
針對器件與超前沿應用，特邀中電十二所高級工程師李莉莉、元素六技術應用秦景霞共同探討金剛石未來熱點應用方向！
同時針對半導體目前難題與痛點，將同步舉辦半導體Workshop討論專場！碳基半導體方向、碳化矽論壇。將對中國「芯痛」深入探討，剖析新型半導體材料的機遇與挑戰，共同助力「中國芯」崛起！
半導體論壇日程安排
Workshop半導體討論專場
第三代半導體如何助力中國「芯」難題？
一、
活動背景：
繼5G、新基建後，半導體之戰近日在國際市場上的熱度高居不下。投資熱，股市熱，政策熱，還有研究熱！晶片之於信息科技時代，是類似煤與石油之於工業時代的重要存在。
尤其是在晶片突然被制裁，全面「斷供」，發酵已久的中國晶片危機迎來了一次爆發！一時間，形成晶片困局，掣肘中國的局面！這讓人們更深刻的意識到，晶片技術自主可控的重要性。在晶片產業鏈中，除了封測，設計、驗證、製造的環節，中國與國際先進水平都差距較大。其中製造環節最為薄弱，設備、材料都是被「卡脖子」的環節。目前，半導體材料的研發至關重要，中國芯的呼聲愈演愈烈，尤其是在5G資訊時代大爆發！
以碳化矽（SiC）、氮化鎵（GaN）、氮化鋁（AlN）、金剛石（C）、氧化鎵（Ga2O3）等為代表的第三代半導體材料正憑藉著更優異的高頻功率特性、高溫性能穩定和低能量損耗等優勢，在新一代深紫外光電器件、高壓大功率電子器件等領域具有顯著的優勢和巨大的發展潛力，引起了學術界的廣泛關注，將逐漸發展成為支撐信息、能源、交通、先進位造、國防等領域發展的重點新材料。但第三代半導體的應用卻面臨技術差距明顯、市場應用有限、成本高、產業人才短缺四大難題，
如何加快研製「中國晶片」的腳步，如何把握機遇，迎接挑戰？
第五屆國際碳材料大會暨產業展覽會特設半導體workshop討論專場，圍繞寬禁帶半導體、5G通信、單晶、襯底等中國芯痛之難題，邀請行業大咖、專家學者、企業代表探討交流，思維碰撞，助力中國芯崛起，搶佔「芯」一輪材料技術制高點！
二、
組織機構
主辦單位：DT新材料
承辦單位：寧波德泰中研信息科技有限公司
支持單位：中關村天合寬禁帶半導體技術創新聯盟、超凡智慧財產權服務股份有限公司
合作媒體：DT半導體、CSC化合物半導體、旺材晶片、智慧財產權課堂、TP情報社、芯知產、夯邦
三、
重點討論話題
打破摩爾定律，「碳基晶片」能否取代矽基晶片？
掣肘中國晶片的困擾核心問題
全球半導體產業的新變局新形勢
襯底、外延及生長工藝與設備
大尺寸金剛石、SiC單晶材料的製備與摻雜技術
大尺寸晶圓國產化及襯底製備難點討論
功率電子器件及封裝技術
碳基集成電路技術探討
寬禁帶半導體材料在5G時代應用
半導體加工工藝優化
……
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