最近幾年的中美貿(mào)易戰(zhàn)越演越烈，美國(guó)以保護(hù)國(guó)家安全為由加強(qiáng)禁令，導(dǎo)致華為被動(dòng)地出現(xiàn)了芯片危機(jī)，甚至有可能被逼入絕境。作為中國(guó)的優(yōu)秀企業(yè)，華為擁有著全國(guó)領(lǐng)先的技術(shù)。但為什么美國(guó)的一紙制裁書(shū)，就能卡到華為的脖子呢？難道華為無(wú)法自己制造芯片嗎？當(dāng)然不是，問(wèn)題的關(guān)鍵，在于小而精這一點(diǎn)上。華為自己制造的芯片大概在7納米和14納米左右，而禁令之前，華為與臺(tái)積電合作生產(chǎn)的芯片，其最小制程已經(jīng)有望達(dá)到5納米左右。這東西是越小越金貴，禁令一出，華為只能找別家合作，但就是做7納米也蠻費(fèi)勁的。那么臺(tái)積電有的東西一定是我們所缺少的，這東西是什么呢？這就要從芯片的制造技術(shù)說(shuō)起了。

談到芯片的制造，就不得不說(shuō)說(shuō)光刻機(jī)這個(gè)東西。它是一種能夠制造出芯片的高端精密儀器。光刻機(jī)，顧名思義，就是用光學(xué)技術(shù)把各種各樣形式的電路刻在晶圓上面，之后再使用精密的儀器順著刻出來(lái)的樣子繼續(xù)加工，最后得到小而精的芯片，它可以完成大量的、復(fù)雜的運(yùn)算，可以處理很多任務(wù)。它可以放在電視、電腦、手機(jī)里，沒(méi)有這種東西，現(xiàn)代社會(huì)的很多電子產(chǎn)品就無(wú)法小型化、功能也無(wú)法復(fù)雜化。由此可見(jiàn)，作為它的制造儀器光刻機(jī)，顯然成了芯片產(chǎn)業(yè)中最昂貴且技術(shù)難度最高的機(jī)器，好幾億美金一臺(tái)的價(jià)格都算便宜的。

光刻機(jī)

可是光刻機(jī)昂貴在哪里呢？既然它是整塊芯片的靈魂刻刀，那么它的關(guān)鍵就在一個(gè)“刻”字上，究竟有多鋒利的刀刃，能刻出這么小而精的芯片？世界上最鋒利的刀刃，不是金屬而是激光。光刻機(jī)使用了光學(xué)技術(shù)，它最核心的東西就是用某種材料來(lái)控制光源，來(lái)達(dá)到我們想要的效果。也就是把光變成刀刃。

我們常見(jiàn)的光源有可見(jiàn)光和紫外光，其中紫外光又叫做UV，它能殺菌消毒，但同時(shí)對(duì)眼睛有很大的殺傷力，是肉眼不可直視的光源。而目前世界上發(fā)現(xiàn)的，比紫外光更具殺傷力的光源便是深紫外光和極紫外光，又稱DUV和EUV。這些光源按照波長(zhǎng)來(lái)比較，EUV是波長(zhǎng)最短的光源。波長(zhǎng)越短的光，其頻率越高，如果利用起來(lái)進(jìn)行聚焦，則可以變成激光束來(lái)進(jìn)行切割，它可以使被照射的材料迅速熔化，并且借助與激光束同樣高速的氣流吹掉熔融物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)切割的目的。如果我們的要求更精密，不是切割而是雕刻呢？這就是光刻的原理。

目前為止，波長(zhǎng)最短的EUV光源，所產(chǎn)生的激光所雕刻的芯片，精度更高。除了光源本身以外，將光源利用起來(lái)進(jìn)行聚焦、折射、甚至改變其波長(zhǎng)和頻率的光學(xué)晶體材料，也成了這類精密儀器的核心部件，甚至對(duì)于所有激光類儀器，都起著至關(guān)重要的作用。

然而，美國(guó)的禁令一出，華為和臺(tái)積電無(wú)法再合作，轉(zhuǎn)而與中芯國(guó)際合作制造芯片。不久后媒體就捕捉到中芯國(guó)際從荷蘭進(jìn)口了一臺(tái)大型光刻機(jī)，通過(guò)出口加工區(qū)場(chǎng)站兩道閘口進(jìn)入廠區(qū)，當(dāng)時(shí)給了業(yè)界很大期望，但后來(lái)才知道也只是DUV光刻機(jī)。而荷蘭最先進(jìn)的EUV光刻機(jī)，一直受到美國(guó)的阻攔，始終不肯賣給中國(guó)。

如果你了解中國(guó)光學(xué)晶體材料的歷史，就不難看出，這些卡中國(guó)脖子的行為，也可能是美國(guó)為了雪恥，而進(jìn)行的報(bào)復(fù)。因?yàn)樵缭?0世紀(jì)80年代，中國(guó)就曾經(jīng)發(fā)明了領(lǐng)先于世界的，非線性光學(xué)晶體材料，并且在當(dāng)時(shí)禁止了這項(xiàng)產(chǎn)品和技術(shù)的外傳。換句話說(shuō)，在激光科學(xué)領(lǐng)域，中國(guó)先卡過(guò)美國(guó)的脖子。

中國(guó)的非線性光學(xué)晶體研究之路，是由幾代科研人員前赴后繼，所開(kāi)創(chuàng)出來(lái)的奮斗之路，是中華民族在落后屈辱中，不斷地進(jìn)行努力和抗?fàn)幍牡缆贰?978年，陳創(chuàng)天博士首次發(fā)現(xiàn)并合成了BBO晶體，也是第一塊“中國(guó)牌”非線性光學(xué)晶體，引起了世界激光學(xué)界的關(guān)注。在當(dāng)時(shí)，成了熱銷品，世界上80%的BBO都是中國(guó)制造！

1987年，第二塊“中國(guó)牌”非線性光學(xué)晶體，即LBO晶體。由陳創(chuàng)天的學(xué)生吳以成研制成功。作為非線性光學(xué)晶體的傳承人，吳以成整整研究了三年。他和他的導(dǎo)師陳博士，樂(lè)觀平和，從不以研究為累、為苦。在他們看來(lái)，為中國(guó)造出性能更好的非線性光學(xué)晶體，哪怕拼了命，也是值得的。師徒二人發(fā)明的“中國(guó)牌”晶體，廣泛應(yīng)用于激光技術(shù)領(lǐng)域。還被美國(guó)雜志評(píng)選為1989年世界十大激光高科技產(chǎn)品之一。

而此時(shí)的陳創(chuàng)天，帶領(lǐng)著他的團(tuán)隊(duì)，精益求精地又向前邁出了一大步。當(dāng)時(shí)在國(guó)際同行中流傳著一種說(shuō)法，說(shuō)是激光的波長(zhǎng)不可能再小于200納米了。然而陳創(chuàng)天團(tuán)隊(duì)卻在1990年的時(shí)候發(fā)現(xiàn)了一種能夠產(chǎn)生最短激光波長(zhǎng)為184.7納米的晶體。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，最終成功地合成了這種晶體，因?yàn)樗怯煞疴斔徕浐铣傻?，因此取每個(gè)化學(xué)元素首字母來(lái)給它命名為KBBF晶體。陳創(chuàng)天發(fā)現(xiàn)BBO和LBO雖好，但卻只是把近紅外光轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光和近紫外光，無(wú)法產(chǎn)生深紫外光。只有KBBF晶體才完美地達(dá)到了這一目的。

而深紫外非線性光學(xué)晶體是激光器的關(guān)鍵光學(xué)元件，且其綜合性直接決定著激光器輸出深紫外激光的光束質(zhì)量和轉(zhuǎn)換效率。通俗點(diǎn)說(shuō)，就是它可以是一個(gè)高級(jí)磨刀石，可以把光做成你想要的刀，想讓它有多鋒利它就會(huì)有多鋒利。KBBF晶體是高端光刻機(jī)、激光光譜儀甚至是激光武器的核心元件，它的性質(zhì)和質(zhì)量，直接決定了這些精密儀器或者戰(zhàn)略性武器的質(zhì)量和精確程度。經(jīng)過(guò)大國(guó)工匠多年的努力奮斗，深紫外時(shí)代開(kāi)始了。KBBF晶體在國(guó)際上一面市就引起了世界的震動(dòng)，一時(shí)間又成了搶手貨，一小塊就高達(dá)好幾萬(wàn)美元！

當(dāng)時(shí)的中國(guó)很快便意識(shí)到了KBBF晶體可以用于軍事用途的戰(zhàn)略意義，進(jìn)而對(duì)該材料進(jìn)行了禁售和技術(shù)封鎖。至此，一向傲慢的美國(guó)人慌了，小到教學(xué)科研和醫(yī)療設(shè)備，大到激光武器，凡是跟KBBF晶體有關(guān)的項(xiàng)目都因?yàn)橹袊?guó)禁售而被卡了脖子。美國(guó)人找陳創(chuàng)天以高價(jià)買KBBF晶體，直接被拒絕：不賣。美國(guó)人又希望用極高的薪水挖走陳創(chuàng)天，得到的答復(fù)也是直接被懟：不去。以至于美國(guó)《自然》雜志大吐苦水，發(fā)表了一篇文章，就叫做《中國(guó)藏起了這種晶體》。

KBBF晶體

隨著光刻、激光加工以及激光光譜儀等等這些激光科學(xué)的飛速發(fā)展，KBBF晶體材料作為激光技術(shù)及光電子技術(shù)核心材料之一，在激光存儲(chǔ)、激光通信、激光制導(dǎo)、激光慣性約束核聚變等領(lǐng)域都具有著重要的應(yīng)用。美國(guó)人沒(méi)轍了，不知投入了多少人力物力財(cái)力，也開(kāi)始“自主研發(fā)”。經(jīng)過(guò)了15年的時(shí)間，最終于2016年，才研制出KBBF晶體，突破了中國(guó)的封鎖。

在美國(guó)人著急研發(fā)的時(shí)候，追求完美的陳創(chuàng)天博士和他的團(tuán)隊(duì)依然馬不停蹄，繼續(xù)對(duì)KBBF晶體進(jìn)行了大量的研究工作，力求在這個(gè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)更多性能更優(yōu)良的光學(xué)晶體材料。

由于KBBF晶體的合成材料中有一種叫做鈹?shù)幕瘜W(xué)元素有劇毒，以此為研究方向，陳創(chuàng)天于2015年，發(fā)現(xiàn)了LSBO晶體，這是一種新型無(wú)鈹深紫外非線性光學(xué)晶體材料?？梢蕴娲袆《疚镔|(zhì)鈹成為下一代深紫外線非線性光學(xué)晶體材料。但沒(méi)有想到的是，三年后，陳創(chuàng)天博士便因病逝世。一代科技巨匠悄無(wú)聲息地隕落了，這將成為我國(guó)在科技領(lǐng)域的重大損失。然而，中國(guó)的科技工作者們并不會(huì)因此而停下前進(jìn)的腳步，材料科學(xué)很重要，誰(shuí)掌握制作設(shè)備的工藝，誰(shuí)就更先進(jìn)。每個(gè)國(guó)家都有自己的強(qiáng)項(xiàng)，掌握的強(qiáng)項(xiàng)越多，被別人卡脖子的機(jī)會(huì)也就越少。

鈹

中國(guó)的激光技術(shù)雖然暫時(shí)領(lǐng)先于世界，但從美國(guó)突破技術(shù)封鎖和華為事件來(lái)看，中國(guó)科學(xué)家們未來(lái)還有很長(zhǎng)的路要走。通過(guò)科技工作者的共同努力，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的一系列新的KBBF族晶體，這其中有不少更優(yōu)良的材料。比如RABF晶體，其合成材料用鋁元素取代了有劇毒的鈹元素。ABBF晶體與KBBF晶體的結(jié)構(gòu)相同，同時(shí)保留了KBBF族晶體其他的性能特點(diǎn)，通過(guò)水熱法進(jìn)行生長(zhǎng)，雙折射率與KBBF晶體也十分接近。

中國(guó)晶體材料事業(yè)來(lái)之不易，經(jīng)過(guò)這么多年的努力，已經(jīng)在國(guó)際上有影響了，而且是世界領(lǐng)先水平。從“中國(guó)牌”晶體的發(fā)展歷程來(lái)看，中國(guó)在光刻技術(shù)方面還是有著堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)的，中國(guó)還有很大的上升空間。只要國(guó)家有決心，將來(lái)一定能夠攻克光刻機(jī)技術(shù)。只有把EUV光刻機(jī)研制出來(lái)，華為這樣的優(yōu)秀企業(yè)，才能不被禁令所掣肘。希望我國(guó)的晶體事業(yè)，能夠繼續(xù)創(chuàng)造輝煌。

KBBF族晶體

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