五、半導(dǎo)體
五、半導(dǎo)體篇 ——我國(guó)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(gè)是軟件技術(shù)）。現(xiàn)代電子信息技術(shù)，尤其是計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)發(fā)展 的驅(qū)動(dòng)力，來(lái)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(wèn)世，都會(huì) 驅(qū)動(dòng)各個(gè)信息技術(shù)向前躍進(jìn)，其戰(zhàn)略地位與近代工業(yè)化時(shí)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(guó)占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位，日本歐洲緊隨其后，韓國(guó)和我國(guó) 臺(tái)灣地區(qū)也在迅速發(fā)展。臺(tái)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(guó)的微電子科技和產(chǎn)業(yè)起步在50年代，僅比美國(guó)晚幾年。計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)期，由于體制 的缺陷和其間10年“文革”，拉大了和國(guó)際水平的差距。進(jìn)入80年代，我國(guó)面對(duì)國(guó)內(nèi)外微 電子技術(shù)的巨大反差和國(guó)外對(duì)我技術(shù)封鎖，我們沒(méi)有能夠在體制和政策上及時(shí)拿出有效 應(yīng)對(duì)措施。國(guó)有企業(yè)無(wú)法適應(yīng)電子技術(shù)的快節(jié)奏進(jìn)步，國(guó)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(guó)自主發(fā)展半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的努力未獲顯著效果。 “市場(chǎng)‘開(kāi)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(shí)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(jìng)爭(zhēng)力的 同時(shí)，又時(shí)刻瞄準(zhǔn)我們科研與生產(chǎn)升級(jí)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(jì)劃色彩，不能很快與國(guó)際接軌，其中特別是對(duì)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(chǎng)、稅收政策、科研體制等，又不適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng) 濟(jì)要求，使得我們?cè)趪?guó)際競(jìng)爭(zhēng)中缺乏活力”。[1] 20世紀(jì)90年代，我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的增長(zhǎng)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(chǎng)的不足10%。即使“十五”期間各地計(jì)劃的項(xiàng)目都能 如期實(shí)施，到2005年，我國(guó)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(jì) 和制造水平和國(guó)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(jìng)爭(zhēng)力，基本上 是跨國(guó)公司全球競(jìng)爭(zhēng)戰(zhàn)略的附庸，自己的產(chǎn)業(yè)體系還沒(méi)有成形。 我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)如此落后的現(xiàn)狀，使得我國(guó)的經(jīng)濟(jì)、科技、國(guó)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(guó)如不努力追趕，就會(huì)在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng) 中越來(lái)越被動(dòng)，對(duì)我國(guó)未來(lái)信息產(chǎn)業(yè)的升級(jí)和市場(chǎng)份額的分配，乃至對(duì)整個(gè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展， 都可能造成十分不利的影響。形勢(shì)逼迫我國(guó)必須加快這一產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?！笆濉庇?jì)劃中， 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(guó)家要追趕國(guó)際高科技產(chǎn)業(yè)的步伐，一般都會(huì)面臨技術(shù)、資金、管理、市場(chǎng)的 障礙。高科技的產(chǎn)業(yè)化是一個(gè)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(mén)的有效協(xié)調(diào)，而這些都不是單個(gè)企業(yè)所能跨越得過(guò)去的。在市場(chǎng)機(jī)制尚未成熟到有 效調(diào)動(dòng)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(chǎng)環(huán)境。有助于鼓勵(lì)高科技民營(yíng)企業(yè)進(jìn)入電路設(shè)計(jì)業(yè)領(lǐng)域，鼓勵(lì)生產(chǎn)企業(yè)走規(guī) ?；兔嫦驀?guó)內(nèi)市場(chǎng)自主開(kāi)發(fā)的路子，形成產(chǎn)業(yè)群體。 要打破部門(mén)界限，整合全國(guó)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(shí)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(duì)伍，吸引國(guó)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(chǎng)定位、技術(shù)路線等方面，需要有戰(zhàn)略性的 決策和通盤(pán)的政策考慮。政府堅(jiān)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(yíng)方式和能夠鼓勵(lì)企業(yè)和個(gè)人的積極性創(chuàng)造性的激勵(lì)機(jī)制，是產(chǎn)業(yè)得以成長(zhǎng)的必 要條件。 半導(dǎo)體：信息時(shí)代的制高點(diǎn)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(shí)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(gè)真正的 技術(shù)革命時(shí)代，而微電子技術(shù)的突飛猛進(jìn)是這個(gè)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(jí)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(cè)信息技術(shù)革命將深刻改變?nèi)祟?lèi)生活，在許多中國(guó)人的心目中這還是一個(gè)可望不可 及的夢(mèng)想，但今天夢(mèng)已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。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(lèi) 帶進(jìn)了信息時(shí)代。 半導(dǎo)體是信息時(shí)代的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè) 正如鋼鐵、機(jī)械、電力是大工業(yè)時(shí)代的基礎(chǔ)工業(yè)，半導(dǎo)體工業(yè)可說(shuō)是是信息經(jīng)濟(jì)時(shí)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(zhǎng)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(wàn)億美元，2005年將達(dá)到2.6萬(wàn)億美元，成為全球第一大產(chǎn)業(yè)。所 以美國(guó)半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)稱“美國(guó)半導(dǎo)體工業(yè)是美國(guó)經(jīng)濟(jì)的倍增器”，韓國(guó)稱其為“工業(yè)糧食 ”。 據(jù)有關(guān)資料測(cè)算，如以單位質(zhì)量鋼筋對(duì)GDP的貢獻(xiàn)為1計(jì)算，小汽車(chē)為5，彩電為30，計(jì)算 機(jī)為1000，集成電路為2000。 半導(dǎo)體的巨大價(jià)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(duì)我們?nèi)珖?guó)各行 業(yè)的風(fēng)機(jī)、水泵（總耗電量占全國(guó)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(gè)葛洲壩電站的發(fā)電量，對(duì)全國(guó)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(huì)的一個(gè)指標(biāo)。 近20 年來(lái)，全球電子信息產(chǎn)業(yè)迅猛擴(kuò)張。半導(dǎo)體世界市場(chǎng)容量每5年翻一番。1999年世界半導(dǎo) 體的銷(xiāo)售額1570億美元，2000年已達(dá)到1950億美元。[2] 如此推算，預(yù)計(jì)2012年，世界半導(dǎo)體產(chǎn)值1萬(wàn)億美元，支持6- 8萬(wàn)億美元的電子設(shè)備產(chǎn)值，30萬(wàn)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(duì)國(guó)家安全的戰(zhàn)略意義 半導(dǎo)體制造技術(shù)在美國(guó)起步時(shí)，首先是用于軍事目的。20世紀(jì)60年代中期，美國(guó)投入大 量人力物力，搞了民兵導(dǎo)彈、阿波羅導(dǎo)航計(jì)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(jì)、工藝、測(cè)試評(píng)價(jià)、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(mén)檻。從海灣戰(zhàn)爭(zhēng)到科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)，所謂“現(xiàn)代 高科技戰(zhàn)爭(zhēng)”的概念，首先就是信息戰(zhàn)、電子戰(zhàn)。國(guó)家間軍事實(shí)力的對(duì)比，在很大程度上 是系統(tǒng)能力和芯片實(shí)力的較量。當(dāng)今先進(jìn)國(guó)家中，軍艦、戰(zhàn)車(chē)、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(duì)于象我們這樣的的大國(guó)、掌握微電子核心技術(shù)就不僅僅是一個(gè)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，不 是可有可無(wú)，而是維護(hù)國(guó)家安全所必需。通用電路即使可以靠國(guó)際購(gòu)買(mǎi)，也難以保證安 全，專(zhuān)用電路更只能依靠自己的力量，否則將被別人卡住脖子，沒(méi)有任何安全感。關(guān)鍵 芯片和軟件技術(shù)上的過(guò)分落后，戰(zhàn)時(shí)就會(huì)變成聾子瞎子。奔騰Ⅲ微處理器被安裝了“后門(mén) ”，無(wú)密可保，連INTEL自己都承認(rèn)了，這是眾所周知的一個(gè)例子。 所以，掌握微電子先進(jìn)技術(shù)，關(guān)系到綜合國(guó)力的提高，關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的整體效益和 國(guó)家安全。沒(méi)有自己的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)體系，也不能說(shuō)掌握了自己的電子信息產(chǎn)業(yè)的命脈。 正因?yàn)槿绱耍澜绺鲊?guó)（包括許多發(fā)展中國(guó)家和地區(qū)）對(duì)其高度重視，紛紛制定面向21 世紀(jì)的集成電路中長(zhǎng)期發(fā)展計(jì)劃，以期爭(zhēng)奪未來(lái)世界競(jìng)爭(zhēng)的主動(dòng)權(quán)。 全球化的產(chǎn)業(yè)和垂直國(guó)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(guó)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(shí)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(guó)半導(dǎo)體工業(yè)年增長(zhǎng)率15.7%，3倍于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)速度；該國(guó)GDP增長(zhǎng)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(guó)家 壟斷技術(shù)的局面，韓國(guó)、新加坡和我國(guó)臺(tái)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(lái)，我國(guó)臺(tái)灣省半導(dǎo)體工業(yè)的年增長(zhǎng)率達(dá)到30％，6倍于GDP增長(zhǎng)率（5.6 %）。其總產(chǎn)值已占其GDP的5％，成為名副其實(shí)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(guó)大陸近年來(lái)半導(dǎo)體集成電路工業(yè)占世界份額不到1%，只能滿足國(guó)內(nèi)15%左 右的需求；處于國(guó)際產(chǎn)業(yè)鏈條的低端，這是我國(guó)微電子技術(shù)長(zhǎng)期落后的集中反映。這種 狀態(tài)是不能令國(guó)人滿意的。 國(guó)際經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)的戰(zhàn)略制高點(diǎn) 由于其重要戰(zhàn)略地位，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)從來(lái)就是發(fā)達(dá)國(guó)家競(jìng)相爭(zhēng)奪的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。 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(guó)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(jià)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(shí)搶占了新一代關(guān)鍵設(shè)備這個(gè)制高點(diǎn)，瞄準(zhǔn)工業(yè)控制 和消費(fèi)類(lèi)電子這兩個(gè)市場(chǎng)空檔，在國(guó)際市場(chǎng)奠定了可與美國(guó)比肩的半導(dǎo)體強(qiáng)國(guó)地位。 到1980年代末，日本的半導(dǎo)體國(guó)際市場(chǎng)份額一度超過(guò)了美國(guó)，以致1990年的海灣戰(zhàn)爭(zhēng) ，美國(guó)導(dǎo)彈中的很多核心芯片，都不得不依賴日本貨，這使美國(guó)人感到，日本半導(dǎo)體芯 片已威脅到美國(guó)的產(chǎn)業(yè)利益和國(guó)家安全。在這種情況下，一貫標(biāo)榜奉行“自由貿(mào)易”、“自 由競(jìng)爭(zhēng)”原則的美國(guó)，毫不猶豫地拿起貿(mào)易壁壘和產(chǎn)業(yè)政策這兩個(gè)武器，抵制日貨，制定 產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，用市場(chǎng)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(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。經(jīng)過(guò)大約10年的貿(mào)易戰(zhàn)，終以美國(guó)奪回主動(dòng)權(quán)告終 （當(dāng)然，美國(guó)的“通產(chǎn)省”政策只是美國(guó)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(shuō)明即使是在自由度很大的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)下，國(guó)家的必要干預(yù)，對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā) 展也起著不可忽視的作用。 可以說(shuō)，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(guó)家間競(jìng)爭(zhēng)的背景，也是 發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)其他后進(jìn)國(guó)家保持技術(shù)優(yōu)勢(shì)的重要籌碼。直到今天，美國(guó)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(shì)。 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn) 半導(dǎo)體的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(diǎn)和高競(jìng)爭(zhēng)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(jí)所帶來(lái)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(jìng)爭(zhēng)，并因此推動(dòng)了產(chǎn)業(yè)的國(guó)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(guò)“ 門(mén)電路”時(shí)以高、低電位實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算。 微電子有兩個(gè)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(zhǎng)、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(shí)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(duì)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(gè)月增長(zhǎng)一倍，價(jià)格不變，或者說(shuō)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(gè)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?cái)[在競(jìng)爭(zhēng)者面前的規(guī)律，就為企業(yè)發(fā)展提出了一個(gè)‘永難喘息’，否則就‘永遠(yuǎn)停 息’的競(jìng)爭(zhēng)法則”。[3] 最近30年來(lái)，集成電路制造技術(shù)經(jīng)歷了10代。1970年，存儲(chǔ)器容量只有1K，線寬10微 米。現(xiàn)容量為1G、線寬0.18微米存儲(chǔ)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(wàn)管/平方 毫米，1.5伏電壓，功耗44毫瓦，尋址時(shí)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(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，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(shí)， 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(guó)專(zhuān)家預(yù)測(cè)，21世紀(jì)微電子技術(shù)的具體發(fā)展趨勢(shì)主要以下三個(gè)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(zhǎng)期的科研投入，其產(chǎn)業(yè)能力和知識(shí)積累決...
五、半導(dǎo)體