中國網·中國發展門戶網訊 在“逆全球化”下產業鏈“脫鉤”愈演愈烈的背景下，當前我國的科技基礎能力難以支撐實現高水平科技自立自強的國家戰略需求。為此，在黨的二十大報告中提出了加強科技基礎能力建設。中國科學院院長、黨組書記侯建國在《人民日報》撰文指出，科技基礎既包括各類科技創新組織、科研設施平臺、科學數據和文獻期刊等“硬條件”，也包括科技政策與制度法規、創新文化等“軟環境”。中國科學院在2022年制定了“基礎研究十條”，明確中國科學院基礎研究的戰略定位、重點布局和發展目標，從選題機制、組織模式、條件支撐、人才隊伍、評價制度、國際合作等方面提出了一系列有針對性、可操作的政策措施，強調了學風、作風和學術生態建設。

中美科技戰暴露了我國半導體關鍵核心技術被“卡脖子”的難題。2018年美國制裁中興事件以來，全民都在討論半導體“卡脖子”問題，從黨和國家領導人到普通百姓一致認為必須大力發展半導體科技。特別是，習近平總書記在2020年科學家座談會上指出：“我國面臨的很多‘卡脖子’技術問題，根子是基礎理論研究跟不上，源頭和底層的東西沒有搞清楚。”雖然半導體基礎研究在過去幾年受到了很大重視，但是包括學科設置、協同創新、基礎設施、研發投入、評價機制、研究生名額等半導體基礎能力并沒有得到根本性改善，難以支撐半導體科技高水平自立自強。

加強半導體基礎能力建設具有重大戰略意義

半導體是當前中美科技戰的“主戰場”。半導體產品涵蓋了上千款芯片和近10萬種分立器件，全球年產值在6000億美元左右，并且支撐了下游年產值幾萬億美元的各類電子產品和系統，以及年產值幾十萬億美元的軟件、互聯網、物聯網、大數據等數字經濟。據統計，1美元半導體產品拉動了全球100美元的國內生產總值（GDP）。半導體技術被認為是國民經濟社會發展的“卡脖子”關鍵核心技術。

半導體產業鏈長且范圍廣：上游包括EDA（電子設計自動化）軟件/IP（知識產權）模塊、半導體設備和材料；中游是芯片設計、制造、封裝和測試；下游是各類電子產品，涉及大量材料、化學試劑、特種氣體、設備和配件、軟件和IP模塊。中國科學院院士王陽元指出，半導體產業鏈上游的任何一種材料、一種設備甚至一個配件都可能成為制約競爭者的手段。例如，2019年日本限制向韓國出口“氟聚酰亞胺”“光刻膠”和“高純度氟化氫”3種半導體工藝材料，卡住了韓國半導體行業的“脖子”；最終，在美國的協調下該問題才得以解決。即使半導體的發源地美國也不可能獨立解決整個半導體產業鏈。為此，美國急于拉攏日本、韓國和中國臺灣地區組建半導體四方聯盟（Chip4），提升其半導體供應鏈安全，同時遏制我國發展高端芯片產業，企圖將我國排擠出全球半導體供應鏈，以實現美國的半導體霸權。

2022年8月11日美國宣布對我國禁運下一代GAA（全環柵）晶體管的EDA軟件，意圖阻止我國參與包括芯片設計在內的下一代半導體技術全產業鏈的競爭，把我國的半導體產業“鎖死”在當前的FinFET（鰭式場效應晶體管）技術。全球半導體物理和微電子領域的基礎研究成果都被整合在EDA工具的工藝設計套件（PDK）中。目前，我國各芯片企業可以通過購買三大EDA公司的PDK包共享全球半導體基礎研究的成果，這導致我國決策者、政府人員甚至產業界都認為，沒有半導體基礎研究也可以發展半導體產業。如今，美國已經擰熄了“燈塔”，我們進入“黑暗森林”。

半導體物理是一切半導體技術的源頭。第一次量子革命揭示了量子力學的基本原理，誕生了激光器和晶體管等器件，產生了包括集成電路、光電子器件、傳感器、分立器件在內的半導體信息技術，半導體領域的11項成果獲得了9個諾貝爾物理學獎。當前，2納米半導體工藝節點即將實現量產，CMOS（互補金屬氧化物半導體）晶體管已接近物理極限，“摩爾定律”即將失效。進入“后摩爾時代”的半導體技術已經從原先單純追求器件尺寸微縮提升集成密度，擴展到同時追求功能性集成；技術路線按照“延續摩爾”（More Moore）、“擴展摩爾”（More Than Moore）和“超越摩爾”（Beyond Moore）3個不同維度繼續演進，急需發展突破CMOS器件性能瓶頸的新材料、新結構、新理論、新器件和新電路，面臨眾多“沒有已知解決方案”的基本物理問題挑戰。

目前，我國的半導體制造落后國際先進水平兩代以上。在中美科技戰和產業鏈“脫鉤”的背景下，我國即使設計或制造出先進芯片也難以打入國際供應鏈。通過大量投資進行國產化替代，只能實現內循環或拉近與美國的差距，仍然無法改變“我中有你、你中無我”的“卡脖子”困境。習近平總書記已經多次指出加強基礎研究解決“卡脖子”難題的戰略方針。當前，絕大部分高端芯片都使用了相同的FinFET晶體管制造技術；FinFET晶體管至今共有上萬件專利，包括發明FinFET晶體管在內的部分核心專利來自半導體物理基礎研究成果，而且這些成果不依賴EUV（極紫外輻射）光刻機等最先進的半導體制造設備。通過大力加強半導體基礎研究，圍繞下一代晶體管的材料、器件、工藝等在歐洲和美國布局大量專利，就可以在芯片制造這個全球半導體產業鏈的“咽喉”部位設置“關卡”，形成反制手段，有望解決半導體關鍵核心技術“卡脖子”難題。

美國正在加強半導體基礎研究能力

加大半導體人才的培養和引進

在“美國的未來取決于半導體”的口號下，美國在2022年通過了投資2800億美元的《芯片與科學法案》，其中僅有390億美元用于補貼芯片制造，其余則主要用于研究與創新，包括：110億美元用于建立美國國家半導體技術中心，美國國家科學基金會（810億美元）、商務部（110億美元）、國家標準和技術研究院（100億）、能源部（679億美元）等機構未來5年共新增1699億美元經費。《芯片與科學法案》計劃向美國小學、初中、高中、本科和研究生普及微電子學及相關領域的知識，立項給予美國下一代以工作為基礎的學習項目。

十年樹木，百年樹人，半導體從娃娃抓起。20世紀60—90年代是半導體大發展的時期，世界各知名大學都擁有規模龐大的半導體領域教授隊伍；進入21世紀這批教授逐漸退休，而新聘教授主要從事新興方向，半導體基礎研究逐漸衰落，相關研究轉移到半導體企業研究機構。2800億美元的《芯片與科學法案》將極大改變這一現狀，美國高校勢必將重新招聘大量半導體領域的教授，吸引更大量的研究生和博士后前往美國從事半導體基礎研究，將為“后摩爾時代”半導體技術的源頭創新注入強大活力。

國家實驗室轉向“后摩爾時代”半導體創新

報告顯示美國能源部從《芯片與科學法案》獲得的679億美元將主要用于“后摩爾時代”半導體技術攻關。早在2016年，美國能源部8個國家實驗室就在桑迪亞國家實驗室舉行了“后摩爾時代”半導體技術的研討會，評估美國國家實驗室大科學設施對微電子研究的支撐能力，提出從材料、器件一直到系統架構和軟件的“后摩爾時代”新計算范式的顛覆性創新。勞倫斯伯克利國家實驗室更是在2018年進行重組，“超越摩爾”是4個研究方向中的一個，提出了從半導體材料物理、結點物理、器件物理、電路到系統的深度協同設計創新框架。

美國通過《芯片與科學法案》投資110億美元成立國家半導體技術中心，跨部門、跨行業整合美國半導體行業力量，推動半導體創新鏈中材料、結構、器件、電路、架構、算法、軟件、應用、木馬安全、測試和封裝等所有環節的集體全棧創新，幫助美國大學和國家實驗室更多的突破性半導體技術跨越“死亡谷”，實現美國創新轉化為美國增長。

我國半導體基礎研究能力建設所面臨的困境

1978年召開的全國科學大會號召向科學技術現代化進軍，我國科技工作經過“文化大革命”十年內亂后終于迎來了“科學的春天”。然而，當時我國與西方發達國家在技術設備上已經形成代差，我國企業無法為基礎研究“出題”；基礎研究在追趕世界科技前沿的過程中只能脫離國內產業發展的實際需求。加入世界貿易組織（WTO）后，“科學無國界”和“全球化”理念深入人心；從“211工程”“985工程”到如今的“雙一流”建設不斷強化論文為綱、以刊評文的評價機制，忽視了學科方向和研究領域的差異，科研資源向易發表高端論文的新興熱點方向加速集聚，越是靠近產業應用的基礎研究越沒人做。

半導體物理人才嚴重短缺

我國第一次向半導體進軍始于1956年，我國固體物理學和半導體物理學奠基人黃昆建議和組織實施了“五校聯合半導體物理專門化”，北京大學、復旦大學、東北人民大學（現“吉林大學”）、廈門大學和南京大學5所大學的物理系大四學生和相關老師集中在北京大學進修培訓；兩年間共培養了300多名我國第一代半導體專門人才。然而，由于教育部在1997年取消半導體物理與器件專業后至今沒有恢復，67年后的今天，我國半導體基礎研究人才凋零，從事半導體理論研究的人員屈指可數。沒有龐大的半導體物理研究隊伍，就難以實現半導體技術源頭和底層的自主創新，在美國的封鎖下我國半導體產業的發展將成空中樓閣。

半導體基礎研究投入嚴重不足

美國長期以來在半導體領域投入巨額研發資金，超過全球其他國家總和的2倍。早在1978年，美國聯邦政府投入半導體的研發經費就達到10億美元，企業投入為4億美元。2018年，美國聯邦政府投入增加到每年60億美元，而半導體企業投入則高達400億美元，這接近我國中央財政3738億元人民幣的科技研發總支出。以我國的國家自然科學基金委員會2019年的資助為例，資助半導體基礎研究的半導體科學與信息器件（3.84億元人民幣）、光學和光電子學（5.51億元人民幣）2個處的經費僅占330億元人民幣總經費的2.8%；包括科學技術部的01、02、03重大專項和半導體領域的重點專項，我國的半導體研發投入長期不足美國的5%。

美國除擁有數量眾多的世界一流大學外，還有數量不少的國家實驗室作為其基礎研究的“壓艙石”；此外，美國各大半導體巨頭擁有龐大的基礎研究部門，如貝爾實驗室和IBM實驗室等。而我國半導體基礎研究領域的研究基地數量稀少，半導體超晶格國家重點實驗室是唯一以半導體基礎物理為研究領域的國家重點實驗室；在已經成立的國家實驗室中，從事半導體基礎研究的人員也非常少；至今沒有建設服務半導體基礎研究的大科學裝置；我國半導體企業還停留在國產化替代階段，沒有能力兼顧基礎研究。

評價機制不利于半導體基礎研究

十八大以來，黨和國家領導人非常重視基礎研究，國家出臺了加強基礎研究和破“四唯”的一系列文件。在半導體領域，2014年國家啟動示范性微電子學院建設，至今共28所高校設立了微電子學院；2020年設立集成電路科學與工程一級學科。但是，由于產業與科研的脫節，以論文為綱的慣性在短期內難以扭轉。2022年公布的第二輪“雙一流”建設名單中，全國有30所以上高校的材料專業入選“雙一流”建設，化學22所，物理學8所，集成電路科學1所；與此同時，半導體卻連學科也沒有。硅和砷化鎵等傳統半導體的基礎研究不但投入大、門檻高、周期長而且難以發表高端論文；在忽視學科方向和研究領域差異的評價機制作用下，傳統半導體難以入選各類人才項目且投入產出比低，無法成為各高校的重點發展對象，這導致各示范性微電子學院集中在新興熱點材料方向開展“換道超車”研究。

缺乏協同創新機制

日本在1976年通過“超大規模集成電路聯盟”（VLSI）組織集成電路攻關，幫助日本在1986年半導體市場份額超過美國。美國在1987年成立的“半導體制造技術科研聯合體”（SEMATECH），幫助美國重新奪回半導體產業領導地位。如今，比利時微電子研究中心（IMEC）成為世界級的半導體創新機構，與美國的Intel公司和IBM公司并稱為全球微電子領域“3I”。美國大學的大量教授正在承擔Intel、三星和臺積電等公司委托的基礎研究課題，甚至包括半導體理論的研究課題。而我國至今沒有成立類似的機構來組織半導體基礎研究的協同創新；國內的半導體企業落后國際先進水平兩代以上，主要在別人提供的PDK基礎上進行工藝優化以提高良品率，無暇圍繞下一代晶體管開展前沿基礎研究，難以為大學和科研院所等國家戰略科技力量的半導體基礎研究“出題”；而大學和科研院所的研究人員只能從文獻和會議中了解半導體前沿技術的科學問題，難以找到真問題和真解決問題。

加強半導體基礎研究能力建設的建議

建立健全跨部門協調機制。建議將國家集成電路領導小組改名為國家半導體領導小組，涵蓋半導體基礎研究。跨部門協調人、財、物、政策等科技資源，強化攻關決策和統籌協調，負責制定國家半導體發展戰略；同時，賦予其相應的資源動員權利，統籌協調各方研究力量，從科技投入、機構建設、學科設置、人才培養、激勵機制、產學研協同、產業發展、地方配套等全方位協同推進，確保在半導體技術和創新領域形成強大合力。半導體領導小組下設辦公室，負責聘用產業界和學術界的科學家脫產擔任項目經理人、遴選關鍵核心技術和領軍人才、攻關計劃監督與落實、攻關目標考核、制定支持政策等事項。建議以半導體產值的10%為標準匹配半導體基礎研究經費。建議中國科學院或中國工程院設立半導體學部，工業和信息化部、科學技術部、國家自然科學基金委員會專設半導體部門，以“千金買骨”的手段吸引最優秀人才，壯大半導體基礎研究隊伍。

恢復半導體物理專業。由于歷史原因和科技體制問題，我國從事半導體物理的研究人員已經屈指可數，必須盡快恢復半導體物理專業；同時，學習20世紀50年代舉辦“五校聯合半導體物理專門化”作為起點向半導體進軍的戰略，緊急集合全國各“雙一流”高校的物理專業一半的大三、大四學生，集中培訓半導體基礎理論課程，選拔一批進入半導體物理專業的博士研究生課程繼續深造。通過培養、引進、穩固一大批長期從事半導體物理研究的人才，不追熱點，“把冷板凳坐熱”，敢于挑戰半導體物理最前沿科學問題；在獨創、獨有上下功夫，努力在半導體技術的源頭和底層開辟新方向、提出新理論、發展新方法、發現新現象。

建設半導體基礎研究網絡。出臺強力措施以彌補半導體基礎研究的歷史欠賬。立足半導體發展戰略需求，聚焦半導體領域前沿科學問題和關鍵技術，鼓勵各研究型高校成立半導體學院。建議國家自然科學基金委員會為半導體基礎研究增設國家杰出青年科學基金和創新研究群體等人才類項目的特殊名額，在全國設立10個左右的半導體物理基礎科學研究中心，資助20個創新群體和100個研究組。以人才團隊效應帶動基礎研究向半導體領域回流，從而吸引更多優秀人才投身半導體，壯大半導體基礎研究力量，強化半導體技術的源頭創新能力。

建立區域聯合創新平臺。為了實現全棧創新，跨過研究成果的“死亡谷”，美國即將成立國家半導體技術中心；韓國將設立國家半導體研究院，韓國總統尹錫悅甚至要求韓國教育部為培養半導體人才轉變思路進行改革；中國臺灣地區成立了半導體研究中心，臺灣清華大學成立了半導體研究學院等。我國必須盡快加強半導體領域國家實驗室體系的建設，優化國家科研機構半導體領域布局。結合地區半導體產業發展需求，全國建立10個左右大型區域聯合創新平臺，整合研發創新資源，加強設備共享，減少重復投入，聯合攻關產業發展共性技術。為研究型高校、科研院所、半導體產業提供信息共享和學術交流機制，有序引導社會資本參與半導體技術創新，建立廣泛的合作聯盟，促進創新鏈與產業鏈的共融和半導體產業鏈上下游協同發展。

深化科技體制改革，用好“指揮棒”。大力扭轉實用主義主導科研的弊端，拆除“小農經濟”思想下的圍墻，出臺措施保障顯示度低的“死亡谷”創新環節，建立由原始創新驅動的自下而上創新體系，提升基礎研究支撐國家發展與安全。建議：①以資金為手段一體化配置學科、人才、評估、平臺、政策等科研資源，斬斷扭曲需求的權利之手。②大力弘揚追求獨創的科學家精神，抵制低水平重復的跟班式研究。③構建資助對象各有側重的多元化基礎研究投入機制，充分發揮國家實驗室、科研院所、研究型高校等國家戰略科技力量的特色與優勢。④基礎研究資助體系設立退出機制。新興研究方向連續資助10年后進行評估，取消沒有產生重大應用的資助方向，迫使基礎研究人員轉向新方向，提升原始創新能力。⑤在制度上保障博士畢業后更愿意從事博士后研究，加強其獨立研究和學科交叉能力，把博士后提升為基礎研究的主力軍。⑥使用學科評估和人才評價等手段，引導研究型高校加強學科多樣性。遏制在同一方向重復設置研究團隊，破除扎堆在少量熱門領域的不利局面，形成“千帆競發，百舸爭渡”的景象；進而，把研究型高校建成學科門類齊全、研究方向成體系、學術思想活躍、學術氛圍濃郁的原始創新策源地。⑦完善知識產權保護制度，激發企業創新動力。

加強半導體基礎能力建設，穩定一批半導體基礎研究隊伍，在半導體技術的源頭和底層進行理論創新，在無法繞開的芯片底層提前布局專利設置“關卡”，是解決半導體關鍵核心技術“卡脖子”難題的一種有效策略。

（作者：駱軍委、李樹深，中國科學院半導體研究所。《中國科學院院刊》供稿）

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