作為高科技產業的核心，芯片產業已成為世界各國綜合國力競爭的重要砝碼。芯片目前主要被美國壟斷市場，占據全球50％的份額。

國內芯片業雖持續蓬勃發展，但在高端芯片制造領域仍處于劣勢位置。國內芯片產業高度依賴外部市場，在技術受限的情況下，被美國“卡脖子”的困境更為凸顯。

國內芯片常遭“卡脖子”的技術主要涉及三方面，一是制程工藝；二是裝備／材料；三是設計IP核／EDA工具。我國科研人員一直在不斷努力解決芯片從設計到制造的卡脖子問題，近期，科研團隊在半導體領域實現了技術突破。

國內EDA軟件實現新突破

眾所周知，EDA處于半導體產業倒金字塔型格局中的塔尖，以100億美元每年的行業規模支撐著將近6000億美元規模的集成電路產業，可以說對半導體產業鏈的限制有著“牽一發動全身”的效應。

然而就是這顆半導體產業皇冠上的明珠，70％以上的市場份額都被國外企業壟斷，Synopsys、Cadence、Siemens EDA三足鼎立，且這三家公司都與美國資本有著千絲萬縷的聯系。

近日，華中科技大學機械學院劉世元教授團隊成功研發出我國首款完全自主可控的OPC軟件，并已在相關企業實現成果轉化和產業化。

光刻是芯片制造中最為關鍵的一種工藝，就是通過光刻成像系統，將設計好的圖形轉移到硅片上。隨著芯片尺寸不斷縮小，硅片上的曝光圖形會產生畸變。在90nm甚至180nm以下芯片的光刻制造前，都必須采用一類名為OPC（光學臨近校正）的算法軟件進行優化。

據劉世元介紹，“沒有OPC，即使用了光刻機，也造不出芯片。”OPC軟件即“光學鄰近校正軟件”，是芯片設計工具EDA的一種。沒有OPC，所有IC制造廠商將失去將芯片設計轉化為芯片產品的能力。

目前，全球OPC工具軟件市場完全由Synopsys、Mentor、ASML－Brion等三家美國公司占領。如今，隨著華中大科研團隊成功研發全國首款OPC軟件，填補了國內空白，未來也將助力我國芯片制造業發展。

晶體管密度翻倍

眾所周知，晶圓上的晶體管越多，芯片性能越強。每一代工藝的進步，其實最終都是為了在有限的芯片面積中，塞進更多的晶體管。

芯片工藝進入3nm后，要再微縮晶體管之間的距離就越來越難了，距離越近就會出現短溝道效率，導致性能不穩定，漏電，功耗大，發熱大等問題。

針對這一關鍵難題，復旦大學微電子學院的周鵬教授，包文中研究員及信息科學與工程學院的萬景研究員，創新地提出了硅基二維異質集成疊層晶體管技術。這種新技術，可以在芯片工藝不變的情況下，讓器件集成密度翻倍。

筆者了解到，復旦大學研究團隊將新型二維原子晶體引入傳統的硅基芯片制造流程，實現了晶圓級異質CFET技術。相比于硅材料，二維原子晶體的原子層精度使其在小尺寸器件中具有優越的短溝道控制能力。

該技術利用成熟的后端工藝將新型二維材料集成在硅基芯片上，并利用兩者高度匹配的物理特性，成功實現4英寸大規模三維異質集成互補場效應晶體管。在相同的工藝節點下實現了器件集成密度翻倍，并獲得了卓越的電學性能。

據悉，研究人員利用硅基集成電路的標準后端工藝，將二硫化鉬（MoS?）三維堆疊在傳統的硅基芯片上，形成p型硅－n型二硫化鉬的異質CFET結構。二硫化鉬的低溫工藝與當前硅基集成電路的后端工藝流程高度兼容，大幅降低了工藝難度且避免了器件的退化。同時，兩種材料的載流子遷移率接近，器件性能完美匹配，使異質CFET的性能優于傳統硅基及其他材料。

目前，基于工業化產線的更大尺寸晶圓級異質CFET技術正在研發中。如果該技術應用起來，那么中國芯又多了一條突圍的路徑了。

寫在最后

國產芯片實現重大突破是所有人翹首以盼的，其中的艱難也是可以預見的。“卡脖子”技術大都具有投入高、耗時長、難度大的特點，僅靠單方面的力量很難短時間見效，必須調動全社會的力量來共同參與。

相信隨著國內擴大產能，加大投入，人才日益完備，實現芯片產業關鍵環節的自主可控，形成新的替代技術軌道，將指日可待。

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