原創(chuàng)性顛覆性創(chuàng)新是打贏關(guān)鍵核心技術(shù)攻堅(jiān)戰(zhàn)，培育和發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的基礎(chǔ)。文章選擇芯片前沿制造科技領(lǐng)域典型的原創(chuàng)性顛覆性創(chuàng)新——芯片3D制造工藝FinFET（鰭型場(chǎng)效應(yīng)晶體管）技術(shù)；其突破既延續(xù)了摩爾定律，更驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體制造從二維到三維結(jié)構(gòu)的革命和芯片性能大躍升，大大促進(jìn)了包括新一代人工智能在內(nèi)的全球高科技產(chǎn)業(yè)突飛猛進(jìn)，芯片前沿制造科技也因此成為全球科技競(jìng)爭(zhēng)的重中之重。文章梳理了芯片F(xiàn)inFET制造技術(shù)重大突破創(chuàng)新歷程，包括“科學(xué)發(fā)現(xiàn)—技術(shù)新軌道形成—新技術(shù)體系化”的發(fā)展階段。研究發(fā)現(xiàn)其突破動(dòng)力主要源自戰(zhàn)略科學(xué)家團(tuán)隊(duì)的突出作用；基于政府和產(chǎn)業(yè)支持的前沿研究網(wǎng)絡(luò)形成政產(chǎn)學(xué)研深度融合的協(xié)同機(jī)制；同時(shí)，各類創(chuàng)新主體通過創(chuàng)新競(jìng)賽，有力推動(dòng)了技術(shù)的體系化迭代與持續(xù)突破。文章圍繞研究原創(chuàng)性顛覆性創(chuàng)新的發(fā)展規(guī)律為我們搶占科技制高點(diǎn)，建設(shè)科技強(qiáng)國(guó)，引領(lǐng)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系提供了理論和實(shí)踐啟示。

原創(chuàng)性、顛覆性科技創(chuàng)新成為培育發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的重要戰(zhàn)略機(jī)遇。我們看到，顛覆性技術(shù)創(chuàng)新模式不再是傳統(tǒng)的線性和鏈?zhǔn)侥Ｊ剑尸F(xiàn)出間斷性和跨越性的特征，并逐步演變?yōu)槎嘣黧w協(xié)同的創(chuàng)新模式。顛覆性技術(shù)通過全新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和對(duì)已有技術(shù)軌道的遷移，對(duì)該產(chǎn)業(yè)格局造成“創(chuàng)造性破壞”并培育了新的市場(chǎng)需求。

當(dāng)前全球科技競(jìng)爭(zhēng)趨于白熱化。芯片前沿制造工藝作為全球高科技創(chuàng)新體系中的關(guān)鍵位置和控制點(diǎn)，并和關(guān)鍵集成電路設(shè)備一起成為“科技制高點(diǎn)中的制高點(diǎn)”。芯片前沿制造工藝因其強(qiáng)大的戰(zhàn)略引領(lǐng)作用，一旦取得突破，將對(duì)相關(guān)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域乃至整個(gè)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生全局性的深遠(yuǎn)影響。2022年，美國(guó)和歐盟分別推出了《創(chuàng)造有益的半導(dǎo)體生產(chǎn)激勵(lì)措施（CHIPS）和科學(xué)法案》和《歐盟芯片法案》，其核心戰(zhàn)略目標(biāo)都是推動(dòng)先進(jìn)半導(dǎo)體制造技術(shù)和先進(jìn)產(chǎn)能發(fā)展。

在集成電路的發(fā)展史中，F(xiàn)inFET（鰭型場(chǎng)效應(yīng)晶體管）是在硅體系內(nèi)進(jìn)行的具有顛覆性、原創(chuàng)性的突破，實(shí)現(xiàn)了革命性的架構(gòu)變化，它使得全球人工智能（AI）、智能手機(jī)、高性能計(jì)算、未來(lái)網(wǎng)絡(luò)和汽車電子等相關(guān)產(chǎn)業(yè)得到了突飛猛進(jìn)的賦能發(fā)展。特別值得一提的是，2020年5月英偉達(dá)公司發(fā)布了基于7 nm FinFET工藝的A100旗艦圖形加速器（GPU）芯片，后來(lái)成為賦能新一代ChatGPT大模型的算力平臺(tái)，開啟了人工智能新時(shí)代。2024年基于最新的3 nm FinFET工藝技術(shù)，英偉達(dá)等企業(yè)又推出了具有超強(qiáng)算力性能的新一代AI芯片。

當(dāng)前，芯片前沿制造工藝已成為人工智能時(shí)代國(guó)際上限制我國(guó)高科技發(fā)展的最強(qiáng)“殺手锏”之一，因此研究FinFET的創(chuàng)新歷程對(duì)激發(fā)原創(chuàng)性顛覆性創(chuàng)新，引領(lǐng)我國(guó)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

01

FinFET突破歷史

摩爾定律推動(dòng)了集成電路行業(yè)的本身發(fā)展，從而也改變了世界。半導(dǎo)體前沿制造工藝技術(shù)研發(fā)是一個(gè)高度復(fù)雜、不斷迭代的創(chuàng)新過程，具有高投入、長(zhǎng)周期、知識(shí)嵌入性強(qiáng)、技術(shù)復(fù)雜度高等特征，其技術(shù)重大突破高度依賴產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新體系。FinFET重大突破創(chuàng)新的背后動(dòng)力是巨大的產(chǎn)業(yè)需求潛力。在28 nm以下工藝，由于短溝道效應(yīng)（SCE）等物理限制，產(chǎn)業(yè)界普遍意識(shí)到平面晶體管在設(shè)計(jì)和制造芯片時(shí)其性能已經(jīng)接近極限。為了打破技術(shù)極限，F(xiàn)inFET晶體管架構(gòu)將傳統(tǒng)晶體管的平面結(jié)構(gòu)變?yōu)榱Ⅲw結(jié)構(gòu)，類似魚鰭的叉狀3D架構(gòu)，讓晶體管空間利用率得到躍升。

1980—2000年：科學(xué)發(fā)現(xiàn)，從原創(chuàng)想法到功能性技術(shù)提出

FinFET的重大突破起源于日本和美國(guó)科學(xué)家設(shè)想的創(chuàng)新思路。為突破全球產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展瓶頸，構(gòu)建其社會(huì)和知識(shí)領(lǐng)先地位，戰(zhàn)略科學(xué)家逐步推動(dòng)其從原創(chuàng)想法到功能性技術(shù)開發(fā)的實(shí)現(xiàn)。

原創(chuàng)科學(xué)想法的提出。三維晶體管技術(shù)的突破理念不是憑空而來(lái)的，1980年日本電子技術(shù)綜合研究所的Yutaka Hayashi申請(qǐng)專利（申請(qǐng)?zhí)枺篔P，1980-085706），提出將傳統(tǒng)的平面結(jié)構(gòu)遷移到全新的三維晶體管平臺(tái)。1984年，Y. Hayashi 和日本研究者T. Sekigawa發(fā)表了第1篇關(guān)于雙柵MOS（DGMOS）晶體管以降低短溝道效應(yīng)的文章。1989年，日立（Hitachi）公司研究員 Digh Hisamoto對(duì)傳統(tǒng)的平面型結(jié)構(gòu)作出改變，提出了將二維 MOSFET 設(shè)計(jì)擴(kuò)展到三維的概念，并報(bào)告了一個(gè)垂直溝道超薄體SOI晶體管的三柵配置，將其稱為DELTA（Depleted Lean-Channel Transistor）晶體管，這與后來(lái)的三柵FinFET（Fin Field Effect Transistor）的結(jié)構(gòu)已經(jīng)十分相似。

FinFET理念提出與概念驗(yàn)證。FinFET的工藝技術(shù)與傳統(tǒng)平面型MOSFET的工藝技術(shù)完全不同，其工藝創(chuàng)新難點(diǎn)是形成魚鰭（Fin）的形狀。1998年胡正明團(tuán)隊(duì)在三維結(jié)構(gòu)的MOS晶體管與雙柵MOSFET結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了自對(duì)準(zhǔn)的雙柵MOSFET結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵摼w管形似魚鰭，所以稱其為FinFET晶體管，引人注目的是他成功研發(fā)并做出了可用于生產(chǎn)的器件。1998年，胡正明團(tuán)隊(duì)成功制造出首個(gè)n型FinFET；1999年，該團(tuán)隊(duì)再次取得了突破，成功制造出首個(gè)p型FinFET。除了提出FinFET晶體管，胡正明還在PD-SOI（Partially Depleted Silicon On Insulator）技術(shù)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地提出了UTB-SOI（Ultra-Thin-Body Silicon-On-Insulator，超薄體硅絕緣體上硅技術(shù)）技術(shù)路線。

2000—2010年：技術(shù)新軌道形成，從原型產(chǎn)品到商用產(chǎn)品

顛覆性創(chuàng)新技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室突破到轉(zhuǎn)化為能夠被主流市場(chǎng)所接受的新產(chǎn)品、技術(shù)或服務(wù)，并催生新產(chǎn)業(yè)、新賽道，不是一蹴而就的。在2011年FinFET技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)之前，由于其剛剛被發(fā)明出來(lái)，是否能成為未來(lái)的主導(dǎo)量產(chǎn)技術(shù)前景不明。因此，這一時(shí)期多種高密度集成電路（IC）技術(shù)研發(fā)路線并行發(fā)展，競(jìng)爭(zhēng)激烈。在此期間，F(xiàn)inFET技術(shù)方面在材料、器件及檢測(cè)等領(lǐng)域攻克了一系列核心科技問題，并闡釋了眾多新機(jī)制和新機(jī)理并最終其因良品率高、成本低、具備更優(yōu)的功耗性能比和工藝可擴(kuò)展性，在各種技術(shù)路線中勝出，這是產(chǎn)業(yè)界與學(xué)術(shù)界的深度合作、互動(dòng)融合的結(jié)果。正是技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的有機(jī)結(jié)合，催生了新的技術(shù)軌道，進(jìn)而影響了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的演進(jìn)路線。

從產(chǎn)業(yè)界深入FinFET工程研發(fā)的過程來(lái)看，有關(guān)FinFET和UTB-SOI的技術(shù)論文發(fā)表以后，美國(guó)英特爾（Intel）公司、IBM公司、臺(tái)積電公司和韓國(guó)三星公司（Samsung）等芯片巨頭迅速行動(dòng)起來(lái)，嘗試轉(zhuǎn)化和運(yùn)用相關(guān)研發(fā)項(xiàng)目取得的重大科學(xué)成果。UTB-SOI 雖然在低功耗和抗輻射等特種領(lǐng)域具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，但當(dāng)時(shí)的半導(dǎo)體廠商沒有技術(shù)能力可以制造出頂層硅薄膜厚度6 nm的SOI晶圓，難以實(shí)現(xiàn)UTB-SOI。相比之下，F(xiàn)inFET 具有更高的性能、成熟的量產(chǎn)工藝和更低的單位成本，所以主要半導(dǎo)體廠商開始傾向FinFET技術(shù)。從專利來(lái)看，在2000年美國(guó)加州伯克利大學(xué)申請(qǐng)第1個(gè)FinFET專利后，2001年，IBM、臺(tái)積電等企業(yè)都迅速申請(qǐng)了FinFET專利。專利布局重點(diǎn)是將當(dāng)時(shí)各種平面晶體管所涉及的核心技術(shù)整合到FinFET上，例如，2003年韓國(guó)首爾大學(xué)申請(qǐng)了基于體硅的FinFET的專利。這些進(jìn)展使得諸如SOI襯底等技術(shù)都被用到新興的FinFET技術(shù)體系中。

在這一階段，F(xiàn)inFET成為未來(lái)芯片量產(chǎn)工藝的最有力競(jìng)爭(zhēng)者，在2001年實(shí)現(xiàn)了15 nm節(jié)點(diǎn)的突破；2002年10 nm FinFET被制造出來(lái)；2004年，HKMG FinFET被制造出來(lái)；同年，韓國(guó)三星公司證明了基于三柵FET的20 MB SRAM陣列的可制造性。在持續(xù)的迭代突破創(chuàng)新過程中，具備研發(fā)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的主要公司（以IBM和英特爾為代表）的研究人員通過跨企業(yè)組織，帶動(dòng)了跨越產(chǎn)學(xué)研界限的知識(shí)流動(dòng)，從而使知識(shí)以非正式方式在行業(yè)生態(tài)的各個(gè)合作伙伴間擴(kuò)散和溢出。

面向規(guī)模量產(chǎn)的商用研發(fā)階段。FinFET相關(guān)核心技術(shù)知識(shí)以正式和非正式方式擴(kuò)散到行業(yè)中主要研發(fā)企業(yè)后，3D架構(gòu)逐步成為晶體管主導(dǎo)技術(shù)。在巨大市場(chǎng)前景的驅(qū)動(dòng)下，通過不同學(xué)科知識(shí)界面的協(xié)同、隱性和顯性知識(shí)的整合，以及產(chǎn)學(xué)研不同組織間學(xué)習(xí)，充分發(fā)揮高效實(shí)現(xiàn)前沿成果潛在價(jià)值轉(zhuǎn)化的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)器件極限尺寸不斷縮小，激勵(lì)產(chǎn)業(yè)伙伴加大工程開發(fā)和技術(shù)戰(zhàn)略布局，在2011年英特爾公司宣布全面戰(zhàn)略性轉(zhuǎn)向FinFET技術(shù)，加速推動(dòng)新一代FinFET技術(shù)面向規(guī)模量產(chǎn)的商用研發(fā)。

2011年后：新技術(shù)體系化，重塑產(chǎn)業(yè)版圖

在這一階段，F(xiàn)inFET技術(shù)從若干潛在競(jìng)爭(zhēng)芯片工藝技術(shù)中勝出，并且跨產(chǎn)業(yè)鏈的整體技術(shù)解決方案成熟，正在成為主導(dǎo)的芯片量產(chǎn)工藝。相關(guān)企業(yè)的相關(guān)核心專利申請(qǐng)量上升，F(xiàn)inFET技術(shù)迅速成為全球主流芯片制造商的“不二之選”。

技術(shù)主導(dǎo)設(shè)計(jì)形成。依托FinFET的前沿研究網(wǎng)絡(luò)激發(fā)了大量的研發(fā)活動(dòng)，并促進(jìn)了整個(gè)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)生態(tài)系統(tǒng)成員的深層次合作，領(lǐng)軍的英特爾公司于2011年5月在其Ivy-Bridge處理器（22 nm節(jié)點(diǎn)）首先采用了FinFET（英特爾稱之為Tri-Gate FET）。英特爾公司總裁Paul Otellini表示：“英特爾的科學(xué)家和工程師通過采用3D結(jié)構(gòu)，再一次實(shí)現(xiàn)了晶體管的革命。隨著我們把摩爾定律推進(jìn)到新的領(lǐng)域，3D結(jié)構(gòu)將幫助我們打造令人驚嘆且能改變世界的全新產(chǎn)品。”

創(chuàng)新競(jìng)賽激發(fā)突破性創(chuàng)新生態(tài)形成。同在2011年，iPhone引發(fā)全球智能手機(jī)市場(chǎng)呈現(xiàn)爆發(fā)趨勢(shì)，蘋果、三星等全球智能手機(jī)巨頭急需兼?zhèn)渥吭叫阅芎统凸牡男乱淮謾C(jī)處理器芯片。但是由于英特爾采用的是半封閉的垂直整合制造（IDM）商業(yè)模式，所以其研發(fā)的FinFET工藝技術(shù)主要服務(wù)于自己的個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）處理器產(chǎn)品的定制。而要真正形成服務(wù)下游智能手機(jī)產(chǎn)業(yè)的全球開放FinFET創(chuàng)新生態(tài)，需要實(shí)現(xiàn)貫通知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）、設(shè)備、材料、設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)各產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)廠商協(xié)同的量產(chǎn)工藝創(chuàng)新。而為了爭(zhēng)奪蘋果和高通等手機(jī)處理器的“世紀(jì)大單”，全球芯片制造代工巨頭臺(tái)積電和三星的研發(fā)團(tuán)隊(duì)展開了你追我趕的研發(fā)創(chuàng)新競(jìng)賽，試圖搶先構(gòu)建FinFET量產(chǎn)工藝創(chuàng)新生態(tài)。在此階段，他們動(dòng)員電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）軟件廠商、制造設(shè)備商持續(xù)進(jìn)行新工藝動(dòng)態(tài)測(cè)試適配與調(diào)試（debug），通過在創(chuàng)新試錯(cuò)過程中不斷完善工藝生態(tài)，攻克了在良率與穩(wěn)定可靠性方面的各種技術(shù)難點(diǎn)，一個(gè)完整的產(chǎn)業(yè)技術(shù)生態(tài)快速形成。

2014—2015年，臺(tái)積電發(fā)布了首款16 nm FinFET技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)處理器芯片；同期三星推出了第1代14 nm（14LPE低功耗）芯片，并于2015年成功量產(chǎn)。2015年，蘋果公司宣布其iPhone 6s智能手機(jī)搭載的A9處理器將首次采用臺(tái)積電和三星基于FinFET技術(shù)的芯片雙供貨，由于新芯片整體性能比上一代提升了70%，引發(fā)了全球市場(chǎng)震動(dòng)。

顛覆性創(chuàng)新需要與之匹配的商業(yè)生態(tài)才能使創(chuàng)新扎根，得到FinFET先進(jìn)工藝的強(qiáng)大賦能后，芯片制造實(shí)現(xiàn)了從22 nm到3 nm快速迭代發(fā)展，這也使得蘋果、英偉達(dá)、高通和AMD等國(guó)際芯片設(shè)計(jì)巨頭業(yè)務(wù)井噴式發(fā)展，直接推動(dòng)全球人工智能、高端移動(dòng)計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)通信、消費(fèi)電子和汽車電子等產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入了全新階段。

02

原創(chuàng)性顛覆性科技創(chuàng)新引領(lǐng)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系的機(jī)制分析

FinFET從原創(chuàng)的科學(xué)想法（Hayashi專利）到功能性技術(shù)的概念驗(yàn)證與工程原型產(chǎn)品（胡正明和Hisamoto）經(jīng)過了10余年時(shí)間，然后再到規(guī)模化產(chǎn)業(yè)化量產(chǎn)又經(jīng)歷了10多年的過程，這一創(chuàng)新的歷史進(jìn)程具有重要研究?jī)r(jià)值，值得深入分析。

動(dòng)力機(jī)制：戰(zhàn)略科學(xué)家團(tuán)隊(duì)的突出作用

在原創(chuàng)性顛覆性科技創(chuàng)新中，戰(zhàn)略科學(xué)家的深厚科學(xué)素養(yǎng)、開闊戰(zhàn)略視野、前瞻性判斷力、跨學(xué)科大縱深的領(lǐng)導(dǎo)能力尤其重要。胡正明在FinFET突破創(chuàng)新過程中，作為戰(zhàn)略科學(xué)家發(fā)揮了突出作用。2000年，胡正明團(tuán)隊(duì)在美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）資助下，發(fā)表了有關(guān)FinFET和FD-SOI的里程碑文章，正式提出革命性的3D晶體管結(jié)構(gòu)，克服了傳統(tǒng)平面工藝的極限障礙。胡正明團(tuán)隊(duì)在完成DARPA研發(fā)項(xiàng)目過程中，也得到了Semiconductor Research Corporation（SRC）和AMD等企業(yè)的資助。同時(shí)，胡正明在2001—2004年還受聘擔(dān)任臺(tái)積電的首任技術(shù)執(zhí)行長(zhǎng)。正是他橫跨科研與產(chǎn)業(yè)界的經(jīng)歷，與產(chǎn)業(yè)界有著廣泛的深度合作經(jīng)驗(yàn)，使得他的團(tuán)隊(duì)能率先攻克了前沿底層科學(xué)難題和技術(shù)“瓶頸”。2020年，國(guó)際電氣與電子工程學(xué)會(huì)（IEEE）決定授予胡正明IEEE榮譽(yù)勛章（IEEE Medal of Honor），以表彰他在全球半導(dǎo)體核心科技突破和應(yīng)用方面作出的重要貢獻(xiàn)。

協(xié)同機(jī)制：產(chǎn)業(yè)支持的前沿研究網(wǎng)絡(luò)

在FinFET的突破歷程中，在創(chuàng)新路徑、創(chuàng)新成果和時(shí)間成本等方面存在高度不確定性的情境下，研究型大學(xué)、國(guó)家實(shí)驗(yàn)室及大型公司的研發(fā)機(jī)構(gòu)等前瞻技術(shù)研究主體深度參與，構(gòu)建了基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和產(chǎn)業(yè)化研究前后端緊密銜接的鏈條，推動(dòng)了深度融合創(chuàng)新。一方面，這些知識(shí)聯(lián)系是多維度交織的，F(xiàn)inFET研發(fā)團(tuán)隊(duì)（以美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校為核心）從行業(yè)指導(dǎo)和直接研發(fā)援助中受益匪淺，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)行業(yè)具有巨大價(jià)值的突破性技術(shù)；另一方面，美國(guó)科技政策辦公室、能源部、商務(wù)部和國(guó)家科學(xué)基金會(huì)等也發(fā)揮了戰(zhàn)略支撐作用，F(xiàn)inFET技術(shù)的發(fā)展歷程凸顯了這些聯(lián)邦機(jī)構(gòu)在2000年代半導(dǎo)體行業(yè)中的持續(xù)影響和重要性。FinFET 晶體管的設(shè)計(jì)和制造研究起始于1996—1998年，從側(cè)重理論工作到制造專業(yè)知識(shí)探索，呈現(xiàn)出思想與人才跨越國(guó)界、學(xué)術(shù)界與工業(yè)界之間的流動(dòng)與融合。

DARPA的支持在FinFET初創(chuàng)階段起到了較好的推動(dòng)作用，體現(xiàn)了其戰(zhàn)略眼光和資源整合能力。美國(guó)以加州大學(xué)伯克利分校為核心，聯(lián)合加州理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)和勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等機(jī)構(gòu)，組成了前沿研究網(wǎng)絡(luò)，研究網(wǎng)絡(luò)秉承既與產(chǎn)業(yè)界保持密切互動(dòng)，又追求長(zhǎng)期導(dǎo)向?qū)W術(shù)研究的戰(zhàn)略組合（而不被工業(yè)的短期需求牽制）。同時(shí)借助地理臨近優(yōu)勢(shì)，這些研究力量充分利用了包括斯坦福大學(xué)和勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室設(shè)施在內(nèi)的先進(jìn)設(shè)備和資金資源，進(jìn)一步推動(dòng)了芯片制造創(chuàng)新研究的深入開展。在這期間聯(lián)邦政府與產(chǎn)業(yè)支持的“大學(xué)-國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研究網(wǎng)絡(luò)”進(jìn)行深入的科學(xué)原理研究，形成長(zhǎng)期導(dǎo)向的學(xué)術(shù)研究自由的戰(zhàn)略組合和知識(shí)交流。

可以看到，在FinFET創(chuàng)新攻關(guān)中，政府、產(chǎn)業(yè)和大學(xué)共同探索如何協(xié)同推動(dòng)知識(shí)生產(chǎn)和技術(shù)創(chuàng)新，在攻關(guān)中共享彼此的資源、專業(yè)知識(shí)與技術(shù)，分擔(dān)成本和風(fēng)險(xiǎn)，并最大化利用各參與方的學(xué)科專業(yè)優(yōu)勢(shì)，以便科技成果能夠最終轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用。

競(jìng)合機(jī)制：創(chuàng)新競(jìng)賽與體系化迭代突破

集成電路產(chǎn)業(yè)界很早就關(guān)注FinFET技術(shù)，以英特爾和IBM為代表的創(chuàng)新企業(yè)與前沿研究網(wǎng)絡(luò)，共同分擔(dān)研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，積極面對(duì)各種不確定性、模糊性。依托原創(chuàng)性顛覆性創(chuàng)新，將高度復(fù)雜的新技術(shù)、實(shí)驗(yàn)室“樣品”和原理樣機(jī)在中試和生產(chǎn)線實(shí)踐中不斷試錯(cuò)測(cè)試來(lái)積累經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，持續(xù)迭代優(yōu)化，提高產(chǎn)品良率。例如，早期FinFET面臨的“鰭片圖形化誤差”“應(yīng)力工程”“寄生電容控制”等問題，均在不斷優(yōu)化的EDA設(shè)計(jì)、光刻工藝（EUV引入）、制造材料（如高介電柵氧化物）及自動(dòng)化測(cè)試體系中得到改善。

從專利申請(qǐng)來(lái)看，2000年加州伯克利大學(xué)申請(qǐng)了第一個(gè)FinFET專利，2001年IBM、臺(tái)積電等企業(yè)都迅速申請(qǐng)了FinFET專利。集成電路產(chǎn)業(yè)界開始起到了更直接的推動(dòng)作用，F(xiàn)inFET專利的全球主要申請(qǐng)人包括IBM、臺(tái)積電（TSMC）、格羅方德、三星、英特爾（Intel）。然后基于此，通過臺(tái)積電和三星、英特爾等領(lǐng)軍研發(fā)企業(yè)的創(chuàng)新競(jìng)賽，在與應(yīng)用場(chǎng)景和客戶需求長(zhǎng)期優(yōu)化迭代過程中，推動(dòng)基于集成電路全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同的商用解決方案體系不斷完善。FinFET 技術(shù)的最終商用成功，不僅依賴于單點(diǎn)技術(shù)突破，更是全球創(chuàng)新競(jìng)賽、體系化研發(fā)與工程實(shí)踐深度融合的體系化結(jié)果。

03

討 論

FinFET重大突破的成功案例表明，在原創(chuàng)性顛覆性創(chuàng)新的過程中會(huì)面臨前所未有的復(fù)雜挑戰(zhàn)。而在新的科學(xué)原理發(fā)現(xiàn)突破以后，戰(zhàn)略性科學(xué)家團(tuán)隊(duì)、前沿基礎(chǔ)研究網(wǎng)絡(luò)及突破性創(chuàng)新生態(tài)重構(gòu)和領(lǐng)軍企業(yè)間的創(chuàng)新競(jìng)賽等在持續(xù)創(chuàng)新過程中發(fā)揮了關(guān)鍵的聯(lián)動(dòng)作用。

當(dāng)前人工智能的新發(fā)展給科技創(chuàng)新范式提供了新的可能，迫使科研人員深入探索前人未涉足的領(lǐng)域，以突破現(xiàn)有的產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線。面對(duì)全球科技領(lǐng)域激烈競(jìng)爭(zhēng)和高度動(dòng)態(tài)性的科技突破研究，需要強(qiáng)化跨領(lǐng)域、跨學(xué)科的深度融合，而大學(xué)-國(guó)家實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)不僅是學(xué)術(shù)和知識(shí)的生產(chǎn)者，也成為前沿技術(shù)轉(zhuǎn)化的賦能平臺(tái)，依托產(chǎn)學(xué)研深度協(xié)同，從松散式的科學(xué)原理探索研究，轉(zhuǎn)化為面向未來(lái)產(chǎn)業(yè)愿景協(xié)同攻關(guān)與科技領(lǐng)軍企業(yè)的創(chuàng)新競(jìng)賽并存的突破創(chuàng)新態(tài)勢(shì)，才能激發(fā)原創(chuàng)性、顛覆性技術(shù)供給，以點(diǎn)的突破引領(lǐng)帶動(dòng)系統(tǒng)能力躍升。

原創(chuàng)性顛覆性創(chuàng)新在創(chuàng)新路徑、創(chuàng)新成果和時(shí)間成本等方面存在較高的風(fēng)險(xiǎn)與不確定性，需要從創(chuàng)新系統(tǒng)整體視角出發(fā)，進(jìn)行高水平的技術(shù)趨勢(shì)研判、創(chuàng)新方向選擇、創(chuàng)新領(lǐng)域前瞻布局和針對(duì)性的創(chuàng)新政策扶持?？蒲袡C(jī)構(gòu)與產(chǎn)業(yè)緊密銜接及推動(dòng)領(lǐng)軍企業(yè)需要提前參與前瞻研究探索，有助于產(chǎn)生迭代的、體系化的重大成果，形成引領(lǐng)性優(yōu)勢(shì)創(chuàng)新突破。

當(dāng)前我們要推動(dòng)原創(chuàng)性顛覆性創(chuàng)新引領(lǐng)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系，就要以重大戰(zhàn)略需求和重大科學(xué)問題為牽引，動(dòng)態(tài)調(diào)整優(yōu)化科研力量整體布局，打破學(xué)科、領(lǐng)域、組織的邊界壁壘，鼓勵(lì)科學(xué)家洞察科技趨勢(shì)和敏銳捕捉潛在重大突破機(jī)會(huì)。這種與產(chǎn)業(yè)前沿的密切聯(lián)系將促進(jìn)包括隱性知識(shí)在內(nèi)的信息流動(dòng)，推動(dòng)理論與實(shí)踐的雙向滲透與協(xié)同創(chuàng)新。這需要依托國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家科研機(jī)構(gòu)、高水平研究型大學(xué)及科技領(lǐng)軍企業(yè)等戰(zhàn)略科技力量，圍繞科技制高點(diǎn)形成多主體全鏈條的深度融合創(chuàng)新，把創(chuàng)新鏈上下游的研究力量協(xié)同貫通起來(lái)，最終形成基于科學(xué)新發(fā)現(xiàn)，以技術(shù)新軌道和產(chǎn)業(yè)新方向于一體的“大縱深”突破來(lái)引領(lǐng)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系發(fā)展。

本文來(lái)源于《中國(guó)科學(xué)院院刊》2025,40(11)。余江，中國(guó)科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院研究員，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)公共政策與管理學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師。文章觀點(diǎn)不代表主辦機(jī)構(gòu)立場(chǎng)。

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