Как Китай собирается обогнать США в гонке чипов с помощью ускорителя частиц

Китай, который столкнулся с санкциями США на поставку литографического оборудования, необходимого для производства современных микросхем, ищет альтернативные способы развития своей полупроводниковой индустрии. Один из таких способов — использование ускорителя частиц в качестве источника света для литографии.


Литография — процесс, при котором на поверхность кремниевой пластины наносятся микроскопические схемы с помощью оптического проецирования специальных шаблонов (масок). Чем меньше длина волны света, используемого для проецирования, тем меньше можно сделать размеры элементов схемы и тем больше можно увеличить плотность и производительность чипов.

Сейчас ведущим поставщиком литографического оборудования является нидерландская компания ASML, которая использует экстремальное ультрафиолетовое (EUV) излучение с длиной волны 13,5 нанометров. Это позволяет производить чипы с размером элементов до 2 нанометров. Однако ASML подчиняется санкциям США и не может продавать свои установки Китаю.

Китайские ученые из Университета Цинхуа предлагают другой подход, основанный на теории устойчивого микрогруппирования (SSMB). Эта теория предполагает, что заряженные частицы, ускоряемые в кольцевом ускорителе, могут излучать EUV-свет с высокой мощностью и качеством. Для этого нужно контролировать распределение электронов внутри кольца и заставлять их излучать свет синхронно.

Команда уже провела успешные эксперименты в Берлине и опубликовала свои результаты в журнале Nature. Теперь они планируют построить гигантский завод по производству чипов в новом районе Сюнган на севере Китая. Завод будет иметь ускоритель частиц с окружностью 100–150 метров и несколько литографических машин вокруг него. Такой подход обещает высокую производительность и низкую стоимость производства.

Если Китаю удастся реализовать этот проект, он сможет обойти зависимость от западных технологий и стать лидером в полупроводниковой отрасли. Однако для этого ему потребуется решить множество технических и организационных проблем, а также конкурировать с ASML, которая не стоит на месте и развивает свои технологии.

В настоящее время ASML доминирует на рынке EUV-литографии, которая используется для производства 7-нанометровых чипов. За прошлый год компания поставила 180 EUV-литографов, в текущем году должна поставить еще 60. Эта технология является самой изученной и надежной, но китайцы решили пойти другим путем.

Работы над альтернативным проектом в Университете Цинхуа под руководством профессора Тана Чуаньсяня идут с 2017 года, в них принимает участие и Huawei. Ключевой принцип — создание лазерного источника света по технологии SSMB. Впервые принципы SSMB описал профессор Чжао Ву из Стэнфордского университета в 2010 году. Чжао — бывший ученик известного физика Ян Чжэньнина.

SSMB предполагает использование энергии заряженных частиц в качестве источника излучения с узким рассеянием. Устройство может генерировать высококачественное излучение от терагерцовых волн с длиной волны 0,3 мм до волн EUV с длиной волны 13,5 нм. Иными словами, SSMB дает практически идеальный источник света, который имеет более высокую среднюю мощность в сравнении с EUV-литографией.

И хотя ученые понимают всю важность их разработки для Китая, создание работающего SSMB-литографа — перспектива не ближайшего времени.


— профессор Тан.

Производство полупроводниковых микросхем, или чипов, является одной из ключевых областей технологического развития и конкуренции в современном мире. Чипы используются во многих отраслях, таких как электроника, телекоммуникации, автомобилестроение, оборона и космос. США и Китай — две ведущие державы, которые стремятся к лидерству в этой сфере и вступают в противостояние на разных уровнях: политическом, экономическом и научном. США обладают преимуществом в разработке и производстве самых современных чипов, но зависят от поставок из-за рубежа, особенно из Тайваня. Китай же активно развивает свою полупроводниковую индустрию, но сталкивается с санкциями и ограничениями со стороны США, которые мешают ему получать доступ к передовым технологиям и оборудованию. Эта борьба за чипы имеет большое значение не только для двух стран, но и для всего мирового сообщества, которое может пострадать от дефицита чипов, роста цен и замедления инноваций.