芯片成华为致命问题！中国kbbf晶体领先美15年，光刻机为何落后？
戎马战戟2021-03-20 17:00
KBBF晶体，与BBO（偏硼酸钡）和LBO（三硼酸锂）晶体，并成为“中国牌晶体”。其中KBBF晶体，不仅被称为光刻机的核心材料，还让美国花费了15年的时间才突破中国的技术封锁。而且早在美国突破KBBF晶体技术之前，我国的科学家们已经研究出了新一代的LSBO晶体材料，让美国也切实体会了一把，刚服役就落后的窘况。既然中国已经掌握了光刻机的核心材料，那么华为手机为何又频频被芯片，扼住发展的喉咙呢？
01 什么是KBBF晶体？
KBBF是氟代硼铍酸钾晶体的英文缩写，是一种非线性光学晶体材料，顾名思义，这是一种与光学有关的材料，它能够将激光转化为史无前例的176纳米波长（深紫外）激光，从而可以制造出深紫外固体激光器。
这种材料是陈创天院士在上世纪90年代发现的，这种材料一经问世，中国用就这种材料实现了204.8纳米二次谐波的发生，不过KBBF晶体特性是层状结构，沿厚度方向很难生产，刚开始只能生长到0.3 毫米厚，而厚度必须超过1毫米才能达到实际应用条件。花了将近10年时间，陈院士终于解决了这一问题，目前KBBF单晶已经可以生长到4.1 毫米厚，并且可以小批量生产。中国最初向全世界的研究者开放提供KBBF晶体。到了2009年，中国意识到这种晶体的战略意义，随即停止对外出口。2016年2月，美国APC（先进光学晶体）公司网站宣布，该公司与克莱门森大学合作，用15年的时间终于研制出KBBF晶体，KBBF在高功率状态下紫外线性能比上一代BBO晶体性能好两倍，并能够用于制造超高速激光扫描设备和深紫外激光器。这种晶体将提高美国探测、国防威胁的能力，同时也将为科学研究和测量技术提供新的能力。
简单来说，非线性晶体材料，既可以让进入其内部光线的频率加倍，也可以让两束频率不同的光线，产生频率是二者之和或者差的新光束，而一般的材料只能对光线进行折射、反射等。其中的技术细节还是留给科学家们吧，军师搞不明白。2013年8月14日，陈创天获得国际晶体生长协会最高奖之一——Laudise奖。这是中国科学家获得的首个国际晶体生长协会最高奖。一个月后，16台国际首创新型深紫外激光科研装备通过验收，中国成为当时全球唯一能够制造实用化深紫外全固态激光器的国家。KBBF晶体可以制造深紫外激光器，而深紫外激光器是DUV光刻机最重要的组成部分，那么我们为何不生产具备世界领先水平的DUV光刻机，来生产华为手机的芯片呢？
02 华为芯片被断的本质
芯片自去年开始，就成为国内外关注的焦点，究其根本就是堪称国人骄傲的华为手机，芯片惨遭断供。再往深了挖，就会发现芯片断供的背后，其实就是台积电用于生产芯片的光刻机与美国有着千丝万缕的联系，限于商业的规定，台积电只能舍弃了自己的大客户。很多花粉将希望寄托于我们最大的半导体企业-中芯国际，其实中芯国际面临着与台积电一样的尴尬境地，那就是其使用的DUV光刻机同样无法摆脱商业的限制。所以目前芯片问题真成了华为亟待解决的问题。
03 有了KBBF晶体为何不造光刻机？
看到了现在，肯定有小伙伴问，我们为什么不自己造DUV光刻机，甚至是EUV光刻机呢？首先，我们需要承认一点，那就是目前我们在光刻机领域，还存在巨大的差距。2017年，“极紫外（EUV）光刻关键技术研究”项目，在中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，通过验收。这或许只是其中某项关键的技术，但光刻机并不能依靠一种系统就能正常运转。
以阿斯麦公司的光刻机为例，一台光刻机重达180吨，内部零件多达10万个，其中需要极高精度的主要零部件，来自于欧美几十个发达国家。镜头来自德国蔡司、复合材料来自日本、精密机床来自瑞典，而控制软件来自美国等等。中国虽然是目前世界上工业体系最健全的国家，但是在最高精度的机床等领域还有一些差距。
除此之外，先进的光刻机在整个生产过程中需要用到以数学、光学、流体力学以及高分子物理与化学为代表的数十个尖端科技，所以想要高精度的光刻机，不仅仅是拥有了激光源就能解决的。第二个原因，先进的芯片，主要是指7nm制程范围内的芯片，其实都是能够通过DUV光刻机生产出来的，而ASML的EUV光刻机是生产5nm以及更高精度制程芯片的必需品。
据悉，国内掌握的最高精度的芯片是28nm或者14nm制程的芯片。芯片制程每提高一个量级，其中需要大量光刻工艺技术的积累。因为这种积累相当于内在修为，没有这种修为，即使买到了EUV光刻机，也无法生产高精度的芯片。这与当年杨逍获得了乾坤大挪移很多年，却只练到第二层；张无忌因为练会了九阳神功，内功雄厚，仅仅几个时辰就练到了第七层是一样的道理。不管故事是真是假，但是逻辑上还是讲的过去的，所以打铁还需自身硬。虽然美国在2016年就攻破KBBF晶体的技术封锁，但是我们的科学家们早在一年前，也就是2015年又发现了新型的晶体，这种晶体解决了KBBF晶体中铍元素具有剧毒性的问题，有望成为下一代深紫外非线性光学晶体的优秀候选材料，这也算让美国尝到了一面世就落后的滋味，而且中国有可能将会获得领先一代的技术优势。你对此怎么看呢？
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