“原子級(jí)制造”再被點(diǎn)名。12月4日，2024裝備制造業(yè)發(fā)展大會(huì)正在重慶舉行，會(huì)上，工業(yè)和信息化部相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，我國將推動(dòng)科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新深度融合，加快培育發(fā)展原子級(jí)制造產(chǎn)業(yè)。原子級(jí)制造是什么？有多強(qiáng)？應(yīng)用前景如何？

正處于向產(chǎn)業(yè)化邁進(jìn)關(guān)鍵階段

會(huì)上，工業(yè)和信息化部相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，我國將推動(dòng)科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新深度融合，加快培育發(fā)展原子級(jí)制造產(chǎn)業(yè)。

原子級(jí)制造被認(rèn)為是制造業(yè)的未來方向，與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比，原子級(jí)制造不僅在尺寸上更加微小，精度也更加高超，被認(rèn)為是制造技術(shù)的終極形態(tài)。工業(yè)和信息化部相關(guān)負(fù)責(zé)人明確表示，我國將加快布局原子級(jí)制造、量子科技、清潔氫等未來產(chǎn)業(yè)的新賽道。

工業(yè)和信息化部高新技術(shù)司副司長(zhǎng)毛俊鋒指出，“以原子級(jí)制造為例，我們研判目前我國原子級(jí)制造正處于從理論創(chuàng)新與關(guān)鍵技術(shù)突破，向產(chǎn)業(yè)化邁進(jìn)的關(guān)鍵階段”。

設(shè)立原子級(jí)制造國家科技重大項(xiàng)目，在完善產(chǎn)業(yè)生態(tài)上，將出臺(tái)關(guān)于原子級(jí)制造創(chuàng)新發(fā)展的實(shí)施意見，此外，還將凝聚業(yè)內(nèi)的合力，通過原子級(jí)制造產(chǎn)業(yè)，帶動(dòng)高端裝備、航空航天、新材料等戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越發(fā)展。

何為“原子級(jí)制造”

原子級(jí)制造是什么？通俗來講，原子級(jí)制造就是在原子尺度上去進(jìn)行加工，形成具有原子級(jí)特定結(jié)構(gòu)特征的器件產(chǎn)品。從實(shí)現(xiàn)形式上，可以是以原子級(jí)精度進(jìn)行“去除”加工，也可以是以原子級(jí)精度進(jìn)行“增材”制造。

業(yè)內(nèi)人士表示，原子級(jí)制造與傳統(tǒng)制造有著本質(zhì)的區(qū)別。“傳統(tǒng)制造的切削、研磨、3D打印等制造技術(shù)的工具一般為刀具，其操控對(duì)象是塊體連續(xù)材料，而原子級(jí)制造的工具為光子、電子、聲子等這一類基本粒子。”中國工程院院士、浙江大學(xué)教授楊華勇說，原子級(jí)制造的機(jī)理不是經(jīng)典力學(xué)所能描述的，而是量子力學(xué)的范疇，通過光、磁、電、熱等多物理場(chǎng)的調(diào)控可以對(duì)原子定向去除、增加、遷移，從而實(shí)現(xiàn)材料構(gòu)件的原子級(jí)制造，有望從根本上顛覆制造產(chǎn)品的精度和性能極限。

2024年，“原子級(jí)制造”開始從前沿技術(shù)邁入產(chǎn)業(yè)范疇。年初，中國工程院院刊《中國工程科學(xué)》將其列入未來新材料產(chǎn)業(yè)。2024年2月，第一屆原子級(jí)制造論壇召開……

同年7月，國務(wù)院新聞辦舉行“推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展”系列主題新聞發(fā)布會(huì)，工信部部長(zhǎng)金壯龍?jiān)跁?huì)上提出聚焦原子級(jí)制造、深?？仗扉_發(fā)等領(lǐng)域，實(shí)施一批科研攻關(guān)項(xiàng)目，突破一批關(guān)鍵核心技術(shù)，形成一批標(biāo)志性產(chǎn)品，建設(shè)一批企業(yè)孵化器。

值得關(guān)注的是，11月，金壯龍?jiān)谇笫蔷W(wǎng)發(fā)表《進(jìn)一步全面深化工業(yè)和信息化領(lǐng)域改革為推進(jìn)新型工業(yè)化注入強(qiáng)大動(dòng)力》。其中再提，前瞻布局未來產(chǎn)業(yè)，大力發(fā)展原子級(jí)制造、清潔氫等新領(lǐng)域新賽道，建立未來產(chǎn)業(yè)投入增長(zhǎng)機(jī)制，完善孵化與加速政策體系，落地一批重大應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目。

“原子級(jí)制造”有多強(qiáng)

作為逼近理論極限性能的變革性制造技術(shù)，原子級(jí)制造目前是各國競(jìng)相布局的路徑之一。原子級(jí)制造也是國內(nèi)有望與國際先進(jìn)“并跑”的領(lǐng)域之一，對(duì)我國保持產(chǎn)業(yè)鏈安全、競(jìng)爭(zhēng)高端制造市場(chǎng)具有重要意義。“原子級(jí)制造”有多強(qiáng)？

中國科學(xué)院院士、南京大學(xué)教授祝世寧介紹，在制造方面，原子級(jí)制造有望開發(fā)出一系列具有超小尺度精度和卓越性能的新型產(chǎn)品。在材料方面，通過原子級(jí)設(shè)計(jì)和改造，可以實(shí)現(xiàn)材料系統(tǒng)的革新。這兩方面融合發(fā)展，將為人類社會(huì)的進(jìn)步開辟新的道路。

以集成電路行業(yè)為例，中國工程院院士、哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授譚久彬曾在2024（第一屆）原子級(jí)制造論壇上舉例道，如果能實(shí)現(xiàn)單原子特征的芯片，其在尺寸、功耗可降低至當(dāng)前的千分之一以下，計(jì)算能力則提升千倍以上。

業(yè)內(nèi)人士表示，原子級(jí)制造在未來制造、未來信息、未來材料、未來能源、未來空間和未來健康等方向有著豐富的應(yīng)用場(chǎng)景，有望催生萬億規(guī)模新市場(chǎng)。

應(yīng)用前景廣闊

我國把原子級(jí)制造作為引領(lǐng)制造業(yè)跨越趕超的新賽道，加以研究部署。9月底，工信部在南京舉辦的原子級(jí)制造創(chuàng)新發(fā)展座談會(huì)上提出，要聚焦原子級(jí)制造等領(lǐng)域，實(shí)施一批科研攻關(guān)項(xiàng)目，突破一批關(guān)鍵核心技術(shù)，形成一批標(biāo)志性產(chǎn)品，取得一批標(biāo)志性成果，建設(shè)一批企業(yè)孵化器，從前瞻性布局逐步進(jìn)入實(shí)質(zhì)性推進(jìn)。

業(yè)內(nèi)人士表示，原子級(jí)制造的應(yīng)用前景廣闊，是下一代超精密制造的重要發(fā)展方向，也是材料與制造領(lǐng)域的必然趨勢(shì)。

原子級(jí)制造技術(shù)提出至今，已經(jīng)在一些尖端制造領(lǐng)域變成現(xiàn)實(shí)。近年來原子層刻蝕及原子層沉積技術(shù)的發(fā)展,使得半導(dǎo)體材料和器件的新功能和新應(yīng)用成為可能。

在半導(dǎo)體領(lǐng)域，隨著后摩爾時(shí)代對(duì)晶圓加工精度要求的不斷提高，薄膜沉積設(shè)備作為集成電路先進(jìn)制程晶圓制造的關(guān)鍵設(shè)備，因其技術(shù)參數(shù)直接影響芯片性能，眾多制造廠商已經(jīng)開始在原子層上下功夫。原子層沉積技術(shù)（ALD）是一種一層一層原子級(jí)生長(zhǎng)的薄膜制備技術(shù)，憑借沉積薄膜厚度的高度可控性、優(yōu)異的均勻性和三維保形性，在半導(dǎo)體先進(jìn)制程應(yīng)用領(lǐng)域彰顯優(yōu)勢(shì)，成為一項(xiàng)沉積功能薄膜的重要技術(shù)。

值得注意的是，隨著全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步擴(kuò)張，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更加充分，半導(dǎo)體設(shè)備制造產(chǎn)業(yè)或?qū)⒚媾R新一輪技術(shù)變革。屆時(shí)，以ALD設(shè)備為代表的原子級(jí)制造技術(shù)或?qū)⒊蔀榻裹c(diǎn)賽道。根據(jù)SEMI行業(yè)統(tǒng)計(jì)顯示，ALD約占半導(dǎo)體鍍膜板塊的11%—13%市場(chǎng)份額，未來幾年預(yù)計(jì)將保持高速增長(zhǎng)，復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)26.3%。

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