【文/ 觀察者網(wǎng)專欄作者 余鵬鯤】

根據(jù)科技日?qǐng)?bào)的消息，4月10日記者從武漢光電國家研究中心獲悉，該中心甘棕松團(tuán)隊(duì)采用二束激光在自研的光刻膠上突破了光束衍射極限的限制，采用遠(yuǎn)場(chǎng)光學(xué)的辦法，光刻出最小9納米線寬的線段，實(shí)現(xiàn)了從超分辨成像到超衍射極限光刻制造的重大創(chuàng)新。

（甘棕松團(tuán)隊(duì)研制的9nm線寬雙光束超衍射極限光刻試驗(yàn)樣機(jī)）

該樣機(jī)實(shí)現(xiàn)了材料，軟件和零部件等三個(gè)方面的國產(chǎn)化，實(shí)現(xiàn)了微納三維器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造軟件一體化，可無人值守智能制造。同時(shí)通過合作實(shí)現(xiàn)了樣機(jī)系統(tǒng)關(guān)鍵零部件包括飛秒激光器、聚焦物鏡等的國產(chǎn)化，在整機(jī)設(shè)備上驗(yàn)證了國產(chǎn)零部件具有甚至超越國外同類產(chǎn)品的性能。甘棕松說，最關(guān)鍵的是，我們打破了三維微納光制造的國外技術(shù)壟斷，在這個(gè)領(lǐng)域，從材料、軟件到光機(jī)電零部件，我們都將不再受制于人。

9nm、光刻試驗(yàn)樣機(jī)、國產(chǎn)化、超越國外產(chǎn)品性能、打破國外技術(shù)壟斷等字眼很難不讓人聯(lián)想到到一直對(duì)中國大陸封鎖的光刻機(jī)。距離去年4月美國商務(wù)部激活對(duì)中興通訊的拒絕令已經(jīng)過去整整一年了，中國缺少高端通用芯片及基礎(chǔ)軟件產(chǎn)品的問題卻越來越受到廣泛的關(guān)注。

光刻機(jī)作為半導(dǎo)體生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)最重要的核心部件，其關(guān)鍵技術(shù)一直被荷蘭ASML公司壟斷，并被西方限制向中國大陸出口。不能獲得最先進(jìn)的光刻機(jī)是境內(nèi)半導(dǎo)體工藝制程始終比境外落后1-2代甚至3代的主要原因。

歸根結(jié)底，人們要問這臺(tái)商業(yè)化、國產(chǎn)化都很充分的光刻試驗(yàn)樣機(jī)短時(shí)間內(nèi)用于高等級(jí)集成電路生產(chǎn)的可能嗎？有可能替代進(jìn)口的光刻機(jī)嗎？能解決中國計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)在面臨“缺芯少魂”的尷尬嗎？

很遺憾，幾乎所有媒體報(bào)道國產(chǎn)光刻試驗(yàn)樣機(jī)問世時(shí)都會(huì)提到光刻機(jī)和芯片制造。但所有官方消息都會(huì)指出這是超衍射極限光刻試驗(yàn)樣機(jī)，主要解決的是微納三維器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造的問題。

也就是說這臺(tái)樣機(jī)不是一般意義上的光刻機(jī)，短時(shí)間內(nèi)也無法用于高等級(jí)集成電路芯片的生產(chǎn)。

事實(shí)上這并不是一個(gè)特例，每年國內(nèi)外都會(huì)涌現(xiàn)一批生產(chǎn)芯片的新材料、新工藝。這些新材料、新工藝如果不能與現(xiàn)有的材料和工藝緊密的結(jié)合一般最終都不能用于生產(chǎn)通用性強(qiáng)的高等級(jí)半導(dǎo)體芯片。對(duì)中國而言，盡管這些進(jìn)步都將在各自領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用，但對(duì)于解決“缺芯”問題幫助不大。

新材料、新工藝局部具有突出優(yōu)勢(shì)，但局限也很大

從原理角度講，能夠支持納米級(jí)別加工的材料、工藝數(shù)量著實(shí)不少，而且還在不斷地增加。其中又有為數(shù)不少的材料和工藝能夠用于加工電路。在舊有工藝的局限性不斷暴露，集成電路制程更新乏力的大背景下，只要提出或者改進(jìn)一下這些工藝或者材料，就會(huì)被認(rèn)為具有替代現(xiàn)有的工藝可能或者重大技術(shù)突破而被廣泛關(guān)注。

在過去的一年中，比較有名的就有美國國防高級(jí)研究計(jì)劃局投資石墨烯3D芯片以及國產(chǎn)“超分辨光刻裝備項(xiàng)目”等報(bào)道。

這些新材料、新工藝相比目前的硅半導(dǎo)體和光刻而言，在某些方面具有突出的優(yōu)勢(shì)，但是總得來說還是局限更大，只能用于生產(chǎn)特殊芯片而非通用的高等級(jí)集成電路芯片。

去年美國國防高級(jí)研究計(jì)劃局給麻省理工學(xué)院Max Shulaker團(tuán)隊(duì)資助了6100萬美元用于利用石墨烯材料制作碳納米晶體管，并構(gòu)造出3D芯片來。Max教授早在斯坦福大學(xué)就讀博士時(shí)就開發(fā)出了世界上第一臺(tái)基于碳納米晶體管技術(shù)的計(jì)算機(jī)，并將成果公布在著名的《自然》雜志上。

2017年Max教授再次于《自然》雜志發(fā)文提出單芯片上三維集成的計(jì)算和存儲(chǔ)模型，也是在這篇文章中產(chǎn)生了石墨烯制造的碳納米管3D芯片這一概念。

（2017年論文中的碳納米管3D芯片原理圖和顯微鏡剖面圖）

用Max教授的話說：“與傳統(tǒng)晶體管相比，碳納米管體積更小，傳導(dǎo)性也更強(qiáng)，并且能夠支持快速開關(guān)，因此其性能和能耗表現(xiàn)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)硅材料”。但是經(jīng)過數(shù)年的研究，到2017年Max教授不再謀求通過碳納米管直接取代硅晶體管。

2017年的研究中所謂的碳納米管3D芯片中計(jì)算、儲(chǔ)存、緩存都是由硅晶體管構(gòu)成的。只有負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)樣品蒸汽數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理的部分是碳納米晶體管構(gòu)建的。換言之，碳納米管3D芯片更像是集成了碳納米管氣體傳感器的普通芯片，只是集成度稍高而已。

目前碳納米管具有硅晶體管所不具備的更優(yōu)良的力學(xué)、化學(xué)和電學(xué)性能，但是另一方面產(chǎn)量、良率、電路的抗干擾能力、速度都存在很大的劣勢(shì)。與造成的麻煩相比，石墨烯帶來的優(yōu)勢(shì)不止一提。很可能只能繼續(xù)用于為處理芯片集成各種各樣的集成傳感器。