面對新冠肺炎疫情影響的新形勢，為實現國家新基建、大物流、數字經濟、信息強國等戰略布局，我國的半導體產業必須提供強大的韌性支撐。

我國半導體市場消費能力仍遠高于生產能力

根據世界半導體貿易統計組織（WSTS）的數據，2019年世界半導體市場規模達到了4540億美元。2021年東亞區域的半導體制造市場預計會成長1330億美元。

我國半導體產業起步較晚，但是發展迅速。根據統計，中國半導體工業市場在2018年僅850億美元，而在2019年增長25%左右，達到1100億美元。由于半導體產業具有的環境復雜、開發成本高、研發周期長等特征，并且其發展需要多個產業相互結合促進，尤其需要強大的精密工業制造基礎，這導致了我國半導體產業目前發展不均衡，消費能力仍遠高于生產能力，并且差距還在逐年遞增。

從新技術發展和新產品開發來看，國際頂級大公司仍處于霸主地位。為了搶占未來市場份額與知識產權，這些公司還在不斷提出新的技術與發展規劃。例如多家公司基于傳統MOS技術，采用先進的Fin-FET技術架構，逐步實現了從22nm工藝到5nm工藝的更替，并向著3nm制程挺進。其中，三星于2019年提出了針對3nm技術節點的全柵工藝（GAA-FET）。

回顧過去，我國半導體產業仍沒有走出“迭代卡脖子”的怪圈，其根源在于核心裝備的缺失。半導體產業的發展是一個多產業綜合促進的過程，尤其以國家精密設備制造業為重。工業母機是整個工業體系的基石和搖籃，但我國對工業母機這種“制造設備的設備”重視程度不夠，并且沒有形成統一的公共工業基準，加上國際出口限制，導致我國半導體產業相關制備設備發展滯后，關鍵裝備及核心技術依然落后。另外，由于我國高端技術發展起步較晚，導致相關技術（專利）壁壘已經形成。

回顧過去，我國半導體產業仍缺少核心技術專利。新概念、新思路的提出一直是技術發展的先決條件，也是幫助相關領域發展贏在起跑線的基礎。指導信息領域和半導體產業的新概念和思路，如“馮·諾依曼”架構、“摩爾定律”、類腦計算、量子芯片等概念，均由西方國家率先提出，中國在創建主導領域發展的概念與思路方面仍然有較大差距，沒有形成核心技術專利。核心技術專利在國外，導致我國在高端技術領域發展上難以占得先機。國際半導體大公司平均研發投入長期保持在營業額的20%，但是我國半導體企業迫于生存壓力，難以投入充足的研發資金，這也造成了人才吸引力度不夠，半導體人才缺乏的后果。因此，造成了技術落后、市場窄、利潤低、人才短缺的惡性循環。

新材料和新器件不斷面市

立足當前，基于新理念的新材料和新器件將不斷被提出。當前半導體電路集成度越來越高，器件尺寸越來越小，如芯片的功耗過高和量子尺寸效應等新的科學問題，已經成為世界科技前沿研究的熱點和難點，解決途徑之一是探索新材料及新原理器件。基于新理念的新材料和新器件也被提出，以滿足未來信息器件低能耗、高效率、高可靠性的要求。

作為電子信息領域的基礎，半導體信息技術為信息領域提供了大量的工業設備與核心元件。隨著5G通信、人工智能、物聯網等技術的發展，半導體信息技術正朝著低能耗、高效率、高可靠性的方向邁進。為滿足未來信息器件低能耗、高效率、高可靠性的要求，在國際前沿科學研究來看，新概念新原理新器件在不斷提出。

立足當前，在面向未來信息器件的新材料和新理念方面，中國在國際上具有較大的影響力。例如，過去幾年，中國科學家發表在國際頂級刊物論文逐年增加。但是，我們必須保持清醒的頭腦，高端學術論文還只是研究成果的表現形式，還沒有對前期投入產出倍增效益。如果論文成果沒有轉化為新技術，沒有從實驗室走向生產線，“科研和技術兩張皮”現象沒有克服，就難以改變半導體技術和產業落后的局面。

當前，新型二維材料在電子學、光學和磁學等方面表現出新奇特性，被稱為“未來材料”或“變革性材料”。具有高遷移率、高光電響應、自旋量子效應等性能的新型二維材料開發、新原理器件探索、與現有硅基微電子器件的互補、智能芯片的設計等，處于世界研究前沿，正在成為國際新興研究領域。量子計算器件是實現低功耗、高效率、高可靠性的新興概念之一。類腦計算及器件被認為是下一代人工智能的重要方向，借鑒人類大腦可并行處理信息數據和具備自主學習能力，并且有著超低功耗和高集成，得到業內的廣泛支持。

力爭引領下一代半導體技術發展

展望未來，我國需加大對新的顛覆性技術研究的支持力度，拓展賽道，引領前沿技術發展，避免出現“迭代卡脖子”現象。目前，信息器件及系統的制造采用“自上而下”加工技術，精度達到納米尺度。然而，在納米尺度下，加工制造遇到了原理性的瓶頸和壁壘，探索和發展新的信息器件制造技術勢在必行。近年來，以二維材料、量子點為代表的納米尺度新材料的出現，為發展新的加工制造技術提供了基礎。發展原子精度的加工制造技術，發展“自下而上”的變革性制造技術，實現器件的圖案化、自組裝及系統的集成，對于提升國家核心競爭力也具有戰略意義。

展望未來，我國需加快引領下一代半導體技術的發展。當前，新興二維電子信息材料、新奇拓撲物性、基于超快光學的新應用這三個國際重大前沿方向分別于2010年、2016年、2018年被授予了諾貝爾獎。把這些處于國際前沿方向的技術作為突破口，有望制備具有拓撲電子態的新型二維電子材料，發掘電子能谷極化等新現象，有望構建基于谷電子的新原理器件。一方面，拓撲材料具有新奇性質，其電子運動方向具有選擇性，可顯著降低傳導電子間的散射、減小宏觀電阻、降低熱耗。另一方面，利用二維層間近鄰效應，有望在材料中引入新奇特性例如局域電場和磁場，產生光電流不需要外加電場，響應速度快到飛秒級，可望研究出無需外加電場或者磁場的低功耗高速器件以及新原理性器件，例如低功耗自旋電子器件、高容錯性量子計算器件、超快光電響應器件以及光電互聯器件等。這些新型信息器件不僅僅對于基礎科學具有重大意義，而且有望牽引信息、材料、生物、醫學和能源等多個領域的發展，對于提升國家核心競爭力具有戰略意義。若在諸如此類的多個方面取得國際重大影響力的突破，相信不久的將來，我國將引領下一代半導體技術及產業的發展。
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