文｜孟照偉1 楊黎2
摘要：本文主要對美國違反公平競爭原則出台針對中國半導體限制措施進行介紹，並對當前半導體相關產業進行說明，分析當前國內半導體產業發展現狀和人才需求現狀，並對未來國內半導體產業發展進行展望。
關鍵詞：半導體；集成電路；芯片
一、美國違反公平競爭原則出台針對中國半導體限制措施
2022年8月9日，美國總統拜登簽署了《芯片與科學法案》，法案分為A、B、C三部分，分別為《芯片法案》《研發與創新法案》以及《解決針對美國最高法院的威脅的補充撥款》，在總額為2800億美元的法案裡，527億美元在2022-2026年間將用於補貼建設和更新晶圓廠，以促進半導體製造回流美國，並支持半導體研究和國防創新等相關領域。該法案在以稅務優惠補貼等措施幫助晶圓製造研發與建廠的同時，也提出附加限制條款，擬針對獲美國國家補貼的公司，規定獲補助期間不得在中國投資28納米以下製程技術，以確保該法案對美國半導體產業競爭力的保護。在該法案中明確寫著要促進美國芯片製造和科技創新，並且限制與中國相關的公司涉及的產業範圍。
美國這一計劃嚴重針對中國。近期，佩洛西竄台時與台積電領導層溝通美國這一立法，並尋求台積電在芯片領域的支持。美國不僅干預中國購買歐洲光刻機，還力圖組建“芯片聯盟”將中國排斥在先進半導體產業外。權衡之後，拜登政府計劃禁止向中國出售用於芯片設計的特定類型的電子設計自動化（Electronics Design Automation, EDA）軟件。美國商務部即將出台新的禁令，擴大了對中國的限制範圍。在此之前，美方已經禁止相關業者向中國出售10納米及以下製程的EDA軟件。現在，它被擴展至14納米製程以下。這裡，美國力圖預阻中國獲得外部技術實現產業升級的途徑。
美國的此項半導體限制措施嚴重背離半導體行業公平競爭原則，違反國際經貿規則，影響世界半導體產業鏈、供應鏈穩定，並且加重破壞了疫情下世界經濟的複蘇。美國本次半導體限制措施，正是美國霸權主義、強權政治的體現，其把本國的利益凌駕於一切規則之上，憑藉經濟軍事實力對其他國家進行控制、干涉和侵略，造成世界動盪不安，威脅世界和平與穩定。
二、半導體產業介紹
半導體是常溫下導電性能介於導體和絕緣體之間的材料，主要以四價化學元素矽為主，廣泛應用在半導體元器件的製作和集成電路領域中，半導體產業是電子信息產業的一部分，主要包括半導體材料產業、半導體元器件產業、半導體集成電路設計產業、半導體集成電路工藝製造產業和半導體集成電路封裝與測試產業。
半導體材料主要以四價元素矽鍺、三五族化合物砷化鎵為主，此外還包括最近研究比較熱門的第三代半導體材料碳化矽和砷化鎵，半導體材料的發展有利於改善半導體器件和集成電路芯片設計性能的極限，比如隨著集成電路規模不斷增大的功耗問題、半導體元器件在強壓高溫環境下工作的極限電學參數問題。
半導體元器件產業主要包含常見的PN結二極管、 雙極型晶體管、金屬氧化物半導體場效應管和J型場效應管，其中雙極型晶體管由於其工作速度快、可靠性強等特點廣泛應用在各種各樣的模擬電子領域中，比如生活中常見的電源、各種傳感器等電路都離不開雙極型晶體管的參與；金屬氧化物半導體場效應管是集成電路芯片領域用到最多的半導體元器件，它具有管子尺寸小和功耗低等優點，也正是由於它的這些優點，促進了集成電路的快速發展，讓當今的世界進入到了集成電路芯片時代。
半導體集成電路設計產業主要包括數字集成電路設計、模擬集成電路設計和集成電路版圖設計，集成電路設計領域在我們的日常生活中隨處可見，比如家用電腦、手機、智能電視機、投影儀以及IC卡等等都離不開集成電路設計產業方向。集成電路設計產業也是集成電路產業鏈技術含量最高的產業，它對國民經濟的貢獻遠遠超過其它半導體產業，幾乎所有的傳統產業都可以與半導體集成電路設計技術結合，用數字集成電路芯片進行智能改造，都可以使傳統產業重新煥發青春，比如全國各行業的風機、水泵的總耗電量約佔了全國發電量的30%，僅僅對風機、水泵採用變頻調速等電子技術進行改造，每年即可節電500億度以上，相當於三個葛洲壩電站的發電量（157億度/年），對白熾燈進行高效節能改造，並假設推廣應用30%，所節省的電能相當於三座大亞灣核電站的發電量（139億度/年）。
半導體集成電路工藝製造產業指的是利用各種半導體製造工藝將半導體元器件按照一定的電路規則做到半導體材料上。半導體工藝主要包含外延、熱氧化、擴散、離子注入、化學氣相澱積、物理氣相澱積、光刻和刻蝕等工藝，其中最重要的是光刻工藝，它是利用紫外線對矽材料表面的光刻膠進行精確照射，把所需要製作的電子電路映射到光刻膠上，在利用後續的刻蝕工藝將光刻膠上的電路轉移到半導體襯底上。光刻對設備的要求特別高，必須有足夠精密的光刻機才能完成此工藝，由於半導體集成電路所需要的芯片是金屬氧化物半導體場效應管，它具有按比例縮小原則，所以只要光刻精度足夠先進，在沒有進入到量子領域之前，理論上可以在一塊同等規模的芯片上集成更多的半導體元器件，以便提高集成電路芯片性能。
半導體封裝與測試行業是將工藝製作完成的集成電路包裹上一個外殼，根據封裝工藝要求的不同、分為塑料封裝、陶瓷封裝和金屬封裝等封裝工藝，封裝完成時在對半導體集成電路進行可靠性能測試。
三、半導體行業產業現狀
半導體材料產業主要以矽材料為主，並且百分之九十以上的半導體器件和半導體集成電路芯片都是以矽材料進行製備，所以我們今天看到的各種電子信息產品，智能信息設備都離不開矽材料的支持，隨著我們國家經濟快速發展，矽材料的需求量也越來越高，近年來，我國多晶矽產量持續擴大。多晶矽產量由2017年的24.2萬噸增至2020年的39.2萬噸。 2022年上半年，我國多晶矽產量約36.5萬噸，同比增長53.4%。但是由於設備昂貴，建廠成本較高，所以整個多晶矽製備產業還是以老廠為主，新增工廠數量較少。單晶矽材料以及矽片產業發展迅速，2021年全球半導體矽片出貨面積達到141.6億平方英寸，矽片市場規模達到126.2億美元，創歷史新高。預計全球半導體矽片出貨面積有望在2022年攀升至更高水平，將達152.8億平方英寸。在矽片尺寸中，主要以8英寸和12英寸為主，在2021年，兩種尺寸共佔據了93%的出貨量。相比於國外，中國大陸工廠市場佔用率比較滯後，目前世界前五的廠商分別是日本信越化學、日本勝高、中國台灣環球晶圓、德國世創、韓國鮮京矽特隆。
半導體元器件產業方向隨著全球經濟的回暖增長迅速，以功率半導體元器件為例，目前的市場規模為455億美元，預計到2024年規模將達到553億美元，但是相比歐美、日本等發達國家，我國半導體元器件產業起步較晚，並且技術方面長期被國外壟斷，而且隨著我國經濟和社會的不斷發展，對半導體元器件的需求越來越大，以功率半導體元器件中的IGBT為例，IGBT以其優良的特性，被廣泛應用於高鐵、地鐵和新能源汽車等領域，以上這些領域都是我們國家重點發展的項目方向，所以半導體元器件產業的落後嚴重影響我們國家經濟和社會的發展。
半導體集成電路設計產業，是高技術、高投資、高風險的產業，也是最具科技含量的產業，其發展離不開國家政策長期支持。在國家政策扶持帶動下，我國集成電路行業呈現快速增長的勢頭，國內集成電路產業規模從2017年的5411億元上升至2021年的10458億元，複合增長率達到18%。國內龐大的消費市場是我國集成電路行業持續發展的另一重要驅動力，預計2022年我國集成電路行業市場規模將達到12331億元。雖然我們國家集成電路產業發展迅速，但是畢竟起步較晚，仍落後於國外發達國家，所以集成電路產品仍需要大量進口，到今天，集成電路對於我國已經成為了超過原油的第一大進口產品，而且以美國為首的發達國家，為了抑制我國的發展，尤其是美國利用科技的霸權主義，濫用國家力量，利用自身科技優勢對我國進行打壓，破壞公平競爭原則，以不合理的政策和甚至莫須有的理由打壓中國相關企業的發展，以華為事件為例，美國商務部在毫無實據的情況下，宣布將中國華為公司及其70家關聯企業列入出口管制“實體名單”，禁止華為從美國企業購買技術或配件,禁止美國的所有企業與華為進行業務往來，更不許賣給華為芯片和技術。華為是值得我們驕傲的民族企業，但它在美國的發展卻異常崎嶇坎坷，從多個併購項目受阻，到遭到所謂“危害美國國家安全調查”，華為始終被排除在美國主流運營商的網絡基礎設施門外，此外，美國還通過惡意扣押孟晚舟女士，來達到抑制華為等相關中國企業快速發展的目的。
半導體集成電路的發展離不開半導體工藝的發展，決定半導體工藝的發展主要是光刻技術的發展，從半導體芯片誕生以來，工藝特徵尺寸不斷縮小，近二十年內集成電路工藝的發展一直遵循摩爾定律的發展，每一年半到二年集成電路的集成電路都會隨著工藝特徵尺寸的不斷縮小集成電路規模翻一倍，隨著集成電路電路的集成度進入到了百億時代，光刻特徵尺寸也由微米級進入到納米級，當今世界先進的工藝已經達到了2nm。雖然國外光刻技術發展迅速，但是國內的光刻技術仍然落後很多，主要原因是光刻技術主要受到光刻機的製約，目前世界上光刻機製造最先進的公司是荷蘭ASML公司，但是美國為了抑制中國半導體相關產業的發展，美國除了禁止自己的企業與向中國出口芯片和半導體設備外，還禁止其他國家的企業向中國出口高端設備。 ASML公司的高端光刻機是生產高製程集成電路芯片不可缺少的設備，美國政府不斷向荷蘭施加壓力，要求荷蘭停止向中國銷售光刻機。ASML的高端科技擁有壟斷性的地位，美國禁止該企業的產品出售給中國，就是想要限制中國集成電路芯片產業的發展。
四、國內半導體產業人才情況
綜上，相比於半導體產業的快速發展，國內半導體產業人才嚴重缺失，根據《中國集成電路產業人才白皮書（2019年-2020年）》指出，按照當前產業發展態勢及對應人均產業推算來看，到2022年前後全行業人才需求達到74.45萬人左右，但領軍和高端人才緊缺，另有數據顯示，我國芯片人才缺口已經達到24萬。造成缺口的原因是，半導體行業我國起步較晚，導致高校畢業相關專業人才的缺失，從事半導體產業的專業主要是微電子學專業，但是微電子學專業成為一級學科的時間不長，並且全國高校專業506個，與微電子相關專業僅5個，另外微電子專業知名度低，普及度不高導致報考不夠積極，而且我國共有2879所高校，但是能夠開設微電子專業的高校僅100多所，並且我國示範性微電子學院的高校共26所，9所支持建設，17所支持籌建，專業數量少並且師資力量不足，導致了培養的專業人才數量遠遠達不到行業所需人才的培養需要，此外，有很多企業人才中途轉行，沒有一直從事該專業方向也造成了人才的不足。
五、半導體產業未來展望
隨著近幾年國家大力發展半導體產業，出台相關政策促進國內半導體產業的發展，近些年已經看到了國內很多優秀的公司已經在世界舞台上佔據了很重要的地位，很多優秀企業開始不斷自主研發芯片，我國與國外的差距不斷縮小，相信不久後，中國自主研製芯片將覆蓋各個領域，擺脫美國破壞公平競爭、惡意打壓的霸權手段。
文章僅代表作者個人觀點
1.（成都理工大學工程技術學院）
2.（成都信息工程大學）
