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[]谁扼住了华为：美日半导体霸权的三张牌2020-08-10 11:18:310阅( 四 )


破解并不有效 ， 也不敞亮 ， 还和我国知识产权保护的态度相违背 。 因此 ， 依然还是要靠华大九天等公司自研崛起 。 那么 ， 这条出路有多宽呢？其实单纯写出一套软件 ， 难度并不大 。 关键还是要有海量丰富的IP、PDK ， 以及产业上下游的支持配合 。 单点突破未必有效 ， 需要军团全面突围 ， 而这并非一朝一夕之功 。
三、材料：工匠精神最后的堡垒
2019年 ， 日韩闹了矛盾 ， 双方都很刚 ， 但日本断供了韩国几款半导体材料后 ， 没多久韩国三星掌门人李在镕就飞往日本恳请松口了 ， 后来他更是跑到比利时、中国台湾 ， 试图绕道购买或者收点存货过日 。
按理说 ， 韩国也是半导体强国 ， 三星在设计、制造领域更是主要玩家 ， 但面对区区几亿美金的材料 ， 却被闹得狼狈不堪 。
材料真的有这么难吗？讲真 ， 半导体原始材料是非常丰富的 ， 比如硅片用的就是满地球的沙子 。 但要实现半导体的“材料自由” ， 却并不容易 ， 必须打通任督二脉：“纯度”、“配方” 。
纯度是一个无止境之路 。 我国已经实现自产的光伏硅片 ， 一般纯度是6-8个9 ， 即99.999999% ， 但半导体的硅片纯度却是11个9 ， 而且还在不断提高 。 小数点后多3到5位 ， 就意味着杂质含量相差了1000到10万倍 。
这个差距有多大呢？假设 ， 光伏硅片里包含的杂质 ， 相当于一桶沙子洒在了操场上；那么半导体硅片的要求则是在两个足球场大的面积里 ， 只能容下一粒沙子 。
那么 ， 为什么必须将杂质含量降到这么低呢？因为电子的大小只有1/10纳米 ， 哪怕仅有几个原子大小的杂质出现在硅片上 ， 也会彻底堵塞一条电路通道 ， 导致芯片局部失灵 。 如果杂质含量更高的话 ， 甚至会和硅原子混在一起 ， 直接改变硅片的原子排列结构 ， 让硅片的导电效率完全改变 。
[]谁扼住了华为：美日半导体霸权的三张牌2020-08-10 11:18:310阅
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图11/13经过刻蚀后的硅表面和锡颗粒 ， 如同明月在金字塔后升起要达到如此纯度 ， 需要科学和工艺的完美结合 。
一方面 ， 需要大量基础科学仪器来辅助 。 比如在材料生产过程中 ， 设备自身就会有金属原子渗透影响纯度 ， 因此需要不断改良 。 而要确认纯度 ， 也是高难度 。 就像特种气体 ， 就需要专门的仪器来检测10亿分之一（PPB级）的杂质含量水平 。 实现这个难度 ， 就不仅需要半导体企业 ， 还需要奥林巴斯等光学企业出马助力 。
另一方面 ， 从实验室到工厂车间也需要工艺积累 。 材料制造 ， 不仅对生产设备要求高 ， 就连工厂里的地垫、拖把 ， 也都是高级别特供 。 而且 ， 生产车间温度、湿度的不同 ， 也会影响材料纯度 ， 就不得不反复尝试后得出标准 。
而高纯度只是第一步 ， 复合材料（比如光刻胶）的配置更是难以跨越的鸿沟 。 如果说“纯度”是个艺术科学的话 ， 那么“配方”就是玄学科学 。
其实 ， 无论提纯、还是配置 ， 基本的理论原理、工艺技术都不是难事儿 。 但如何选材、配比 ， 从而实现极致的效果 ， 却需要高度依赖经验法则 ， 即业内常说的“know-how” 。
同样的材料 ， 不同的配比就会有不同的效果；就像我们用红黄蓝三色去搭配 ， 不同的配比就能得到不同的颜色 。 而即使用同样的配方、采用同样的工艺 ， 在不同的湿度、温度甚至光照下 ， 也会有不同 ， 甚至相差很远的效果 。
这些影响材料效果的参数 ， 无法通过精密计算获得 ， 只能是实验室、车间里一次次调配、实验、观察、记录、改良 。 有时候 ， 为了得到10%的效果改良 ， 可能需要花费几年 。 然而 ， 这提升的10% ， 虽然抢占的只是几百亿规模的市场 ， 但却影响着万亿半导体行业 。
因此 ， 无论是提纯 ， 还是配方 ， 其实需要的都是超长的耐心待机、极致专注 。 这不禁令人会想到日本的寿司之神 ， 一辈子只做寿司 ， 而一个学徒仅拧毛巾就要练五年 。 虽然在生活中 ， 这种执着看起来有些迂腐可笑 ， 但事实上 ， 材料领域做得最好的 ， 正是日本企业 。
据SEMI推测 ， 2019年日本企业在全球半导体材料市场 ， 所占份额达到66% 。 19种主要材料中 ， 日本有14种市占率超过50% 。 而在占据产值2/3的四大最核心的材料：硅片、光刻胶、电子特气和掩膜胶等领域 ， 日本有三项都占据了70%的份额 。 最新一代EUV光刻胶领域 ， 日本的3家企业申请了行业80%以上的专利 。
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图12/13日本在材料产能上占据优势后 ， 又用服务将客户捆绑得死死的 。
许多半导体材料都有极强的腐蚀性和毒性 ， 曾有一位特种气体的供应商描述 ， 一旦气体泄漏 ， 只需一瓶 ， 就可以把整个厦门市人口消灭 。 因此 ， 芯片制造商只能把材料的运输、保存、检测等环节 ， 都交给材料的“娘家”材料商 。
而另一方面 ， 材料虽小、威力却大 。 半导体制造中几万美金的材料不达标 ， 就能让耗资数十亿美金生产线的产品大半报废 ， 因此制造商们只会选择经过认证的、长期合作的供应商 。 新进玩家 ， 几乎没有上桌的机会 。


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