作者 | 冯丽妃

我国1958年制造出第一块硅单晶,比美国晚了六年,比日本早两年。由此可见,我国集成电路起步并不晚,但此后为何差距会拉大,甚至在芯片制造上遭遇“卡脖子”之痛?又该如何破局?

在近日举行的相关领域学术报告会间隙,半导体物理学家、中科院院士夏建白就此接受了《中国科学报》的采访。

《中国科学报》:当前,集成电路仍是我国信息产业的一块短板,特别是以制造业为主的芯片下游是我国集成电路产业最薄弱的环节。您认为我国集成电路的短板和国产芯片的“卡脖子”问题是什么原因造成的?

夏建白:

过去我们总想着买芯片就解决问题了,对自己制造集成电路并不是很重视,造成了目前的状态。这是给我国信息产业的一个教训。

举一个例子。文化大革命结束时,做超晶格量子阱的分子束外延设备被国外垄断,对中国禁运。在这种情况下,邓小平点名让北京大学物理学家、我的导师黄昆到中科院半导体所当所长。黄昆先生是搞理论物理和基础研究的,他到半导体所后开始抓自主制造分子束外延设备。

当时半导体所加上中科院物理所、沈阳科技仪器厂三个单位联合起来,经过两三年的时间,自主研制出分子束外延设备,而且质量达到国际水平。这在国际上引起震动,许多国外科学家来华参观,并使得国际半导体会议在中国召开,这是迄今为止在中国召开的唯一一届(国际半导体会议)。

说来有些讽刺,我们成功制造出分子束外延设备后,国外就不再对我们禁运了。我们自己也不争气,都去买国际上的分子束外延设备。结果我们生产了两台,就没法继续下去了,沈阳科学仪器厂也就倒闭了。这说明我们要发展高科技仪器设备,一定要自主地生产,不能只依靠别人。

《中国科学报》:对外依赖是造成我国集成电路与国外差距逐渐拉大的主要原因吗?

夏建白:

的确,集成电路在我国起步不晚。建国之初,半导体物理学家王守武、汤定元、洪朝生、林兰英等就相继回国开始相关研究了。

1958年,在王守武先生等科学家的努力下,半导体所制造出首个硅单晶晶体管,还做成了第一台通用数字电子计算机103机。1970年发射的东方红卫星上播送的《东方红》乐曲用的芯片就是我国自己制造的。

正因为如此,国外对我们不禁运了,大家都去买国外的芯片。在此过程中,科技部也曾想能发展自己的集成电路。但当时整个的趋势是“造船不如买船,买船不如租船”。尤其是如果自己做,一开始要投入很多钱,导致我们不再研制那些设备。这样一来就产生了对外依赖性,别人一卡就容易出问题。

《中国科学报》:在您看来,我国集成电路产业的发展,还面临哪些短板?

夏建白:

总的来看,工艺设备是一个短板。这方面我国产业规模不大,不光是光刻机,其他工艺设备做的人也少。因为一开始做,专利是人家的,做起来既花钱,又赚不了钱,所以国内相关企业不多,而且做出来的产品质量也不算太高。

《中国科学报》:您认为中国半导体产业发展前景如何?

夏建白:

半导体的发展前景广阔。从两个方面来说,一是光电技术发展角度,跟集成电路情况不太一样,中国光电子的水平并不低,将来往光电集成发展(芯片上集成光和电)有很大空间。二是半导体技术发展角度,过去的三维材料正发展成二维半导体材料,磁性半导体存储器也是研究热点。这些方向也给中国半导体产业发展带来新机遇。

《中国科学报》:您对我国集成电路产业的高质量发展还有什么建议?

夏建白:

我的建议是,要多培养一些工科的博士或是工匠,加强动手能力。

集成电路以前是二级学科,培养的人才和国际上比缺口很大,去年1月才在国际形势倒逼下升级为一级学科。最近清华大学又成立集成电路学院,这些都是很及时的措施。但这方面的工科人才比较少,要一下子上来也不容易。

《中国科学报》:您是搞理论和基础研究的,为何这么强调工科教育和动手能力?

夏建白:

过去,我们培养人偏重于理科,但工科对于解决实际问题很重要。

美国通用电气公司前副总裁纽曼(Gerhard Meumann)就是学徒出身,二战后接手通用电器,在他领导下做成了现在的航空发动机。让通用与英国劳斯莱斯公司成为两个主要引领全球商用大型客机发动机制造的大公司。

与集成电路一样,航空发动机也是我们的一个“卡脖子”问题。在这些关键技术设备的研发中,都要工匠发挥作用。比如航空发动机叶片,即便拆除后分析其中的化学分析成分也很难制造出来,还需要知道其冶炼、加工过程,才能让它耐高温,有更高寿命。这就需要拥有实际经验的工匠。

2021年,我国高校毕业生将突破900万,总体人数比较多,但工科教育还得加强,应该培养学生的动手能力。

《中国科学报》:您对青年科技工作者有什么寄语?

夏建白:

各人有各人成长的路,我的经验是自己动手,不要当老板。有些青年科技工作者过早地当上了老板,底下一大帮人,整天忙着争取经费、写报告、写总结,脱离了科研活动,这就很危险。我希望年轻的科研工作者,尤其是骨干,也把大部分时间放在科研工作上。

夏建白院士简介

夏建白,半导体物理专家。

1939年出生于上海,原籍江苏苏州。1965年北京大学物理系研究生毕业。2001年当选为中国科学院院士。中国科学院半导体研究所研究员。在低维半导体微结构电子态的量子理论及其应用方面进行了系统的研究。

编辑 | 宗华

排版 | 华园

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