【正文】 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)）。現(xiàn)代電子信息技術(shù)，尤其是計算機和通訊技術(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，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)集成電路的先進設(shè)備，不讓進口，在迫使我們落后一截，缺乏競爭力的同時，又時刻瞄準我們科研與生產(chǎn)升級的潛力，把我們的每一次進步扼殺在萌芽狀態(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?！覀兊漠a(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)濟要求，使得我們在國際競爭中缺乏活力”。 許居衍院士，2000年。20世紀90年代，我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的增長速度達到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、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濉庇媱澲校涌彀雽?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)進入電路設(shè)計業(yè)領(lǐng)域，鼓勵生產(chǎn)企業(yè)走規(guī)?；兔嫦驀鴥?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)是當代新一輪科技革命的核心，是當今“全球化”和“知識經(jīng)濟”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)的巨大進步和大規(guī)模應(yīng)用，把人類帶進了信息時代。 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)濟時代的基礎(chǔ)工業(yè)。 首先，半導(dǎo)體是電子信息整機產(chǎn)品中占據(jù)核心地位的部件。當今從世界范圍看，GDP 每增長100300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～，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的貢獻為1計算，小汽車為5，彩電為30，計算機為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餍袠I(yè)的風(fēng)機、水泵（總耗電量占全國發(fā)電量的36%）采用變頻技術(shù)進行改造，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進行節(jié)能改造，所節(jié)省的電能，相當于3座大亞灣核電站的發(fā)電量。所以有人提出，%作為進入信息化社會的一個指標。 近20 年來，全球電子信息產(chǎn)業(yè)迅猛擴張。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年已達到1950億美元。 這是我國信息產(chǎn)業(yè)部提供的數(shù)字，據(jù)國際半導(dǎo)體協(xié)會公布是2030億美元。 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68萬億美元的電子設(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)航計算機以及W2F飛機數(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。當今先進國家中，軍艦、戰(zhàn)車、飛機、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)濟問題，不是可有可無，而是維護國家安全所必需。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自己都承認了，這是眾所周知的一個例子。所以，掌握微電子先進技術(shù)，關(guān)系到綜合國力的提高，關(guān)系到國民經(jīng)濟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)。美國是當今世界微電子技術(shù)進步的先驅(qū)，以其經(jīng)濟、科技實力和高強度創(chuàng)新機制，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。198796年，%，3倍于國民經(jīng)濟的增長速度；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)日新月異的進展中，美、日、歐洲等發(fā)達國家壟斷技術(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)的年增長率達到30％，6倍于GDP增長率（%）。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、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)達國家對其他后進國家保持技術(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”?！捌骷幢壤s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（）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1824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?，F(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)指標極其到達是限準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‘永遠停息’的競爭法則”。 許居衍，2000年。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、（2001年）。1991年，日立公司宣布64M DRAM，在1020平方毫米的芯片面積上，集成密度達到70萬管/平方毫米，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。據(jù)國際權(quán)威機構(gòu)預(yù)測，到2014年，半導(dǎo)體芯片加工技術(shù)將達到18英寸硅片、（線寬）。，標志著半導(dǎo)體制造技術(shù)及器件、工藝理論隨之全面進入納米領(lǐng)域。硅基芯片的微細加工技術(shù)將可能到達極限。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)能力和知識積累決定了硅基工藝在21世紀內(nèi)仍起骨干作用。21世紀的微電子技術(shù)仍將以硅為主流； 隨著加工工藝向深亞微米、設(shè)計工具從邏輯級向系統(tǒng)行為級描述發(fā)展，集成電路（IC）將發(fā)展為系統(tǒng)芯片（System on a Chip, 即SoC），在一塊集成電路上可以集成108109甚至更多的晶體管，實現(xiàn)功能強、速度快、功耗低的系統(tǒng)； 微電子技術(shù)與其他學(xué)科相結(jié)合，將產(chǎn)生一系列嶄新的學(xué)科和重大經(jīng)濟增長點。微機電系統(tǒng)（MEMS）和DNA生物芯片便是微電子與其他技術(shù)成功結(jié)合的典型范例。 《關(guān)于加快我國微電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的建議》，2000年。 產(chǎn)業(yè)的技術(shù)構(gòu)成半導(dǎo)體是典型的技術(shù)主導(dǎo)型產(chǎn)業(yè)。制造技術(shù)（工藝）的更新、更高性能的設(shè)備研制開發(fā)，則扮演著技術(shù)先導(dǎo)的角色，是微電子技術(shù)中的制高點。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)包括設(shè)計、前道加工、測試、封裝、銷售等環(huán)節(jié)。包括超凈（廠房），超純（水），超微細，超精度等內(nèi)容。其中前道加工工藝技術(shù)（微細加工）是核心技術(shù)。微細加工的技術(shù)水平成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進步的特有表征。隨著微細程度的不斷提高（特別是當前到了亞微米、深亞微米階段），以及電路結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，導(dǎo)致加工工藝越來越復(fù)雜（多層布線、三維結(jié)構(gòu)等）：制造工序由以前的幾十道發(fā)展到400余道，同一硅片上光刻次數(shù)已增加到1520次之多。加工尺寸已縮小到光波長范圍，開發(fā)應(yīng)用電子束制版，深紫外光投影光刻，等離子刻蝕，激光刻蝕，精密離子注入攙雜，超微結(jié)構(gòu)技術(shù)等。加工工藝的復(fù)雜化對支撐產(chǎn)業(yè)不斷提出新的要求：要求高精度、高效率、高可靠性、高自動化程度的專用設(shè)備和新原料，形成“一代產(chǎn)品，一代設(shè)備，一代工藝，一代材料”節(jié)奏分明的