褚君浩院士：仪器设备是智能时代的核心支撑

2022年12月中旬，路透社发布的一则消息引发了中国以至全球半导体界的极大关注。报道说，中国正在为本国的半导体行业制定超过1万亿元人民币的支持计划，用于补贴半导体制造厂或晶圆厂购买半导体设备。报道评价，这是中国朝着芯片自给自足迈出的重要一步，中国以此来对抗美国对华技术限制与打压。

相信这万亿补贴计划并不是空穴来风。补贴设备补贴制造也是希望从产业链的源头上解决问题。一代设备一代技术，一代技术一代设备，这是一个正向发展的路径。每一个产业的发展，基础底层就是材料和设备。

那么，当前，中国半导体设备和材料产业的发展现状如何？从今天起，科闻社将安排一组文章，介绍中国半导体设备和材料领域的科研、产业、技术等方面的情况，以帮助读者进一步了解国产半导体设备领域的成果，以及未来发展的关键点，以及所要克服的痛点等。

今天刊发《智能时代背景下的仪器设备技术》一文，为中国科学院褚君浩院士的公开演讲。褚君浩院士强调：仪器设备是智能时代的核心支撑。

智能时代的产业形态是仪器设备

人类发展到今天，从第一次工业革命机械化时代，第二次工业革命电气化时代，第三次工业革命信息化时代，到现在处在信息化时代的后期高端发展时期——智能时代。智能时代的核心是智能化的系统设备，包括三个方面。第一是动态感知，靠传感器；第二是智慧识别，靠大数据靠物理模型；第三个是自动反应，靠控制技术。

智能化时代的技术趋势是智能化，包括智能化分布式新能源系统，能源互联网；智能化复杂体系、人工智能、智慧城市；智能化的制造技术、先进材料、极端制造；智能化的诊断、修复技术、智慧医疗；传统工业的智能化升级。核心是智能化、数字化，它的产业形态，是仪器设备。

仪器设备是智能时代的核心

仪器设备是个核心，我们半导体的芯片和零部件，都需要依赖仪器设备来制造。半导体的芯片、核心元部件都要依赖于仪器设备来制造，所以仪器设备的水平，决定了半导体芯片和核心元部件的水平。同时，由仪器设备生产而来的半导体的芯片和核心部件，又用于仪器设备中，反向决定了仪器设备的水平，决定其在人工智能、物联网方面做出应用。所以，仪器设备是核心。

现在国产很多设备领域有着喜人的进展。不少本土企业产品已经能够用于28nm产线，部分产品，如中微公司的CCP刻蚀机甚至已经进入了台积电最先进的5nm逻辑芯片产线。其它领域也取得了可观的成绩，光刻、蚀刻、量测、等离子注入的设备等设备，在2020年国产化率已经占到7%。另外，中国的硅片生产设备，晶圆制造设备的能力也在提升。比如，晶盛机电的单晶生长炉、双面研磨机；华海清科的12寸CMP大规模被应用，已经出货上百台，在28纳米以上制程已经使用，同时14纳米制程也在认证中。盛美半导体，自主研发兆声波技术，在单片清洗领域接近国际水平。在晶圆制造设备上，北方华创的刻蚀、薄膜沉积设备、清洗设备都获得大量订单。中微公司12英寸高端刻蚀设备已在逻辑和存储芯片端已被5纳米制程和128层逻辑芯片批量采购。

所有的仪器设备的制造原理都包含了光、声、热、电、磁、机械，把这些所有部件组合到生一个系统里，就会使得这个系统具有强大的功能。光学仪器里包括成像仪器、光谱仪器、智能仪器。专用仪器设备，包括工业仪器、医疗仪器、地质仪器、科学仪器、气象仪器、天文仪器。特别要指出的是，现在，国产光谱分析仪已经占很大的市场，在空间遥感、激光通信、光电对抗、化学分析、激光医疗等。这些仪器里面的核心部件就是芯片。这些芯片也需要依赖于集成电路的设备，与设备密切相关。

另外，当下热门的智慧城市的建设，也要通过仪器设备来实现。智慧城市实际就是互联网+物联网+模型和控制。分为感知+互联+分析+反应四个层面，智慧城市的五大应用是城市综合管理、交通物流贸易、能源环境安全、医疗文化教育、城市社区安居。要传感器全面透彻的实时感知，以及宽带泛在的互通互联实现数据传输，并实现智慧融合的判断分析，再加上处理模型实现及时快捷的行动反应等，这些核心也还是芯片。

科技创新促进仪器设备核心技术发展

仪器设备里有很多核心技术，包括材料技术、自动返回、自动控制技术、信息传感技术、智慧分析，只有掌握了这些核心技术，仪器设备的水平才能提高。这些技术中最重要的两个，其中一个是实时感知，也就是传感器。另一个是智慧分析，从模型分析到数据分析。

各类传感器在仪器里面起到了决定性的作用。国产设备和国外的差距很大方面也取决于仪器设备里的传感器水平。传感器分为光传感器、电传感器、磁传感器、热传感器、声传感器等、机械传感器等。日常生活当中传感器无所不在。传感器的核心部件是芯片。

因此，要大力发展传感器和物联网技术，主要包括多种种类信息传感器，包括红外、紫外、X光、Y射线、压力、振动、声响、电磁、化学、生物，单光子等传感器，同时要发展多频道范围的传感器技术，发展单细胞、单分子、单原子、单光子信息传感技术。还要发展高性能传感器，它比人的感官功能更强大，千里眼、顺风耳、火眼金睛。现在传感器的发展趋势是：高精度、高灵敏、高速响应、高稳定性、高可靠性、微型化、柔性化、多功能、集成化数字化、智能化、无线通信化。

所有这些传感器的发展首先跟它本身的芯片技术相关，另外是这些传感器的发展水平高低也决定了要研制的设备的水平高低。有了传感器，得到的数据就会增加，有了数据后，传感器可以再次分析，从而助力下一步的应用。这些芯片还是依赖于我们的设备。这些芯片做好以后，反过来对设备起到推动作用。

总而言之，我们的社会生产、生命健康，以及科学前沿，都需要仪器设备。核心元部件，非常重要。提高设备水平，就是看核心元部件。核心元部件，也是包括了原理、材料、设计，与工艺，是全链条的。仪器设备是核心，有了好的仪器设备，我们才能好的半导体芯片，做了半导体芯片，仪器设备的功能增强，发展新的仪器设备，功能创新，功能增强。

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