芯片制造有多难？光刻机能否绕开？

光刻机分为EUV和DUV，从制程范围来看，DUV基本只能做到25纳米，英特尔凭借双工作台模式做到了10纳米，但这已经是DUV的极限了。只有EUV可以满足10纳米以下的晶圆制造，并且还可以向5纳米、3纳米继续延伸。说到EUV光刻机，就不得不提到ASML，ASML是全球最大的芯片机器制造商，总部在荷兰，ASML在全球40纳米以下的高端科技市场占有80%的份额，去年上半年，中芯国际已经向ASML订购了一台EUV光刻机，单价1.2亿美元。

如果想完全自主，只能自己生产光刻机，目前我们还真有能够生产光刻机的公司，就是上海微电子，也是我国唯一一家可以生产光刻机的公司，2002年到现在十几年了，一直默默只做一件事，的确很不容易。但可惜的是，上海微电子经过17年的努力，目前仍然只能做中低端的90纳米工艺的光刻机，而此时台积电利用ASML的EUV光刻机已经进入了5纳米量产阶段。

位于光刻机中心的镜头，由20多块锅底大的镜片串联而成，镜片需要高纯度透光材料加高质量的抛光。ASML的镜片是蔡司技术打底，镜片材料做到均匀需几十年到上百年的技术积累，同样一个镜片不同的工人去打磨，光洁度会相差10倍。在德国抛光镜片的工人，有的祖孙三代在同一家公司的同一个职位。

最近中科院宣布的新成果，8英寸石墨烯晶圆，大为振奋人心。因为这是新型的半导体原材料，是制造碳芯片的必要基础，与硅芯片的制造工艺有着较大的差别，不少人都认为我们可以绕开光刻机了。

这样的呼声足以体现国人们对我国打破芯片垄断的希冀，感同身受，然而碳基芯片真的能绕开光刻机？

其实答案很明显，如果真的无需光刻机，那么为何不能进行量产？或许还有其他的技术限制，但相比光刻机，似乎都不值一提。碳基芯片的真实情况是不仅绕不开光刻机，还有许多难以逾越的藩篱。

石墨烯晶圆（碳基）做导体不难，但是想做半导体就有难度了，因为半导体不仅需要可以导电，更关键的是需要控制电阻。

技术层面，碳芯片依然绕不开光刻机

碳基导电的原理，是由具备sp2杂化轨道的碳基材料，在连接原子中产生σ键（原子轨道沿键轴），以复叠的共轭冗结构，生成离域电子。

碳原子共有四个自由电子，但仅有两层电子数，因此它的活泼性和导热性很强，这让碳基的结构变得不稳定，虽然和硅在同一主族，但却没有硅的还原性。这是碳基芯片暂时无法替代硅基芯片的主要原因之一。

除此之外，就是我们一直提到的光刻机了，碳基芯片的制造与硅基芯片相同的地方在于，都要运用Fen Fet 与SOI技术来阻隔电流，除了用光来刻制集成电路的方法之外，目前并没有跨越性的科技。

这意味着碳基芯片不仅离不开光刻机，而且所要求的光刻工艺甚至比硅芯片还要高。

虽然石墨烯并不能马上解开国内的芯片困境，但不可否认的是，我国在碳基芯片的发展上已经领先世界，这要归功于中科院研发的8英寸石墨烯晶圆，不管是尺寸或是性能，都是目前全球最好的，为碳基芯片的发展打下了坚实的基础。

虽然仍绕不开光刻机，但中科院已经尽力了。碳基是未来的趋势，不是当下的技术能够实现的。根据预测机构的数据，在2024年之前，硅基仍是芯片市场的主流，由于逼近物理极限的缘故，所以制程工艺不会有大的改变。

因此，不管是硅或者碳，我们想要实现芯片自主，光刻设备依然是我们必须要攻克的难题。

可中国的科学家没有就此放弃，他们想着既然光刻机这么难搞，那我们就干脆换一种方式来制作芯片。所以西湖大学的副校长仇旻教授就想着如果把光刻胶换成其他的物质不知道可不可行，于是他就朝着这个思路做了很多的研究，最后他发现“水”这种物质就可以，只要把水凝结成冰，那它的作用可比光刻胶还要厉害。冰刻的做法需要在零下100多度的真空环境里进行，到时候的水就能形成一种冰层，并且由于水是无形的物质，所以它可以更好的覆盖晶体，并且还比光刻胶来得更好涂均匀。

这一发现让我们国家的人都很兴奋，因为如果这个冰刻技术真的做成的话，那么我们就很有可能实现弯道超车了，到时候美国的技术封锁对我们来说也就没有了任何的价值。但这个冰刻技术是非常前沿的技术，所以研究这方面技术的专业人员非常少，就目前所知的也就两个国家在做这样的事情。

我国碳基芯片的发展还是很快的，基本上与美国的技术不相上下。目前的碳基芯片已经突破到了3纳米，而我国正在向0.5纳米进发。碳基芯片的性能要比传统的硅基芯片强不少，基本上90纳米的碳基芯片性能相当于28纳米的硅基芯片，45纳米的碳基芯片相当于7纳米的硅基芯片。只不过，碳基芯片依然要用到光刻机，现阶段国内制程工艺最小的光刻机也停留在90纳米，而使用冰胶的电子束直写光刻机还在微米层。所以说，这次冰刻技术对国内碳基芯片的帮助不是很大。