壟斷晶元製造關鍵材料，日本憑什麼？
日本材料學在晶元行業稱霸，靠的不是某一家公司或機構，而是集團化作戰。
正解局原創
最近幾年，「卡脖子」是中國科技領域出現最多的辭彙之一。
細看廣為流傳的「卡脖子」清單，我們會發現，中國被卡最嚴重的技術里，有一大半涉及材料領域。
我們有能力設計晶元，卻造不出高純的晶元原料；我們有能力設計發動機，卻造不出耐用的缸體材料；我們有能力設計高精密機床，但卻連一把高強度的刀具都搞不定。
面對這樣的情況，不禁要問，中國該怎麼辦？
從近鄰日本的材料科技發展中，或許能找到答案。
如果單純看材料科學的學科世界排名，好像日本和中國差不多，都僅落後於美國，但日本的材料科學應用特別好，比如金屬材料學，日本是世界第一，延伸出冶金技術是世界第一，車用鋼材質量世界第一。
其他像電子信息材料、納米材料、半導體材料、碳纖維複合材料、陶瓷材料等領域，日本高校的學科排名未必世界第一，但應用領域均做到極致。
日本的材料科學到底有多厲害呢？我們來看幾個例子。
先看陶瓷。
日本的陶瓷科學，一直位居世界的前沿，尤其在新型陶瓷材料，特別是先進陶瓷敏感元件等領域，佔有絕對領先的優勢，熱敏、壓敏、磁敏、氣敏、光敏等各種先進陶瓷產品壟斷全球市場。
日本村田製作所成功量產手機里的「超小型」關鍵電子組件——微型多層陶瓷電容器，所佔空間只有原來的五分之一，但其蓄電量卻是高出10倍。
陶瓷電容
iPhone11中已經大量使用村田製作所的電容器。
不出意外的話，其他5G版手機也會很快使用這種多層陶瓷電容器。
再看抗震。
我們都知道，日本是個地震多發的國家。為了抗震，日本在材料上絞盡腦汁。
日本人用5000元1公斤的黑科技材料造了一款奇葩泡沫「乳房」，不僅絕緣隔熱，還能抗7級地震！
外形酷似乳房的泡沫抗震房
最後看晶元。
眾所周知，在晶元生產中最重要的設備是光刻機，而在OLED顯示屏生產中，最重要的設備則是蒸鍍機。
這台設備是用來完成OLED屏最重要的一道工序：蒸鍍。
而目前只有採用日本CanonTokki公司生產的蒸鍍機才能蒸鍍出品質最高的OLED屏幕。
OLED屏不僅可以彎曲而且畫面色彩更豐富
在蒸鍍工序中，除了需要蒸鍍機，還需要一個非常重要的小部件：蒸鍍掩膜板。
這個小部件，直接決定了最終面板的解析度，以及生產OLED面板的良率。
在市場上，同樣只有一家日本公司——大日本印刷，才能生產這種最高精度的蒸鍍掩膜板。
為什麼這種高精度蒸鍍掩膜板只有一家公司能生產呢？
這又涉及到一種特殊的金屬原材料：超因瓦板。
掩膜板要經歷蒸鍍的高溫環境，容易變形，而只有熱膨脹係數接近0的超因瓦板，才能生產出符合需求的高精度蒸鍍掩膜板。
巧合的是，這種特殊材料同樣只有一家日本公司——日立金屬才能生產。
以上，雖然我們僅就幾個方面，對日本的材料科學和成果做了個瀏覽，但已經能看出這個國家在材料科學方面的厲害之處。
日本的材料科學之所以牛，正是舉國體制結出的碩果。
二戰以後，特別是伴隨著20世紀六七十年代的經濟騰飛，日本的無機非金屬材料產業迅速發展。
其科學研究和技術研發在產學官研的合力推動下，達到世界領先地位。
在政策層面，日本科學發展規劃歷來重視材料科學，特別重視基礎材料科學研究的「育種」。
上世紀80年代，日本科學技術廳（後併入文部科學省）和通產省擬定的高技術規劃中，在「創造科學技術推進事業」的8個項目中，新材料的基礎研究佔5個。
1992年，日本科學技術振興調整費（國家給的科研經費）新增八個項目，前三個都是材料科學方面的。
日本文部科學省官網
靠著40多年的不懈努力，日本的材料科技在全球獨佔鰲頭。
目前，不論是傳統的日用陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料，還是新型無機非金屬材料，日本都位居世界前列，不少技術更在歐美之上。
進入21世紀，日本政府在第二次科技發展五年計劃中提出，科學技術的三大戰略任務，即：
知識創新——把科技進步作為立國之本；
知識轉化——將科技進步轉化為生產力，增強國際競爭力，實現可持續發展；
造福社會——依靠科技進步維護國民健康和生活質量、保障國家安全、防止災害侵襲。
這份計劃將納米技術和材料方向稱為「包含上述３個重點領域，支撐科學技術整體發展基礎的重要領域，在21世紀有望成為科學技術的主幹」。
日本新世紀五年計劃介紹
可見，日本是從國家的高度，傾舉國之力將材料科學，作為未來發展的重心在布局。
這樣的認知高度和巨大的投入，形成了日本現在在材料科學方面佔據的領先優勢。
除了政策扶持外，在學術研究方面，日本政府還專門牽頭成立了在材料科學領域享譽全球的國立物質材料研究所。
日本國立物質材料研究所（National Institute for Material Science，NIMS），是日本唯一的專門從事材料科學的國家研究與開發機構，由日本國家金屬研究所（成立於1956年）和國家無機材料研究所（成立於1966年），這兩個國家研究開發機構合併而來，作為獨立行政機構進行材料科學的基礎研究和開發。
日本國立材料科學研究所官網
NIMS的使命是「從材料研究創造未來」，研究方向不僅包括金屬或陶瓷，還包括金屬、半導體、超導體、陶瓷、有機材料和納米材料等等，涵蓋電子、光學、塗料、燃料電池、催化劑、生物技術等範圍的應用。
除了直接研究材料科學之外，NIMS也進行相關的理論研究和配套的儀器技術研究，如電子顯微鏡、高能離子束、強磁場等技術。
總之，就是個材料科學研究的巨無霸。
NIMS在筑波的三個分所
搞高精尖的科學研究，是需要花費巨量資金的。
日本政府投入的科研經費，也只能視為發展的種子。大部分經費來源還是要民間，尤其來自各大財團的大力投入。
日本新材料企業KUREHA、可樂麗（KURARAY）和伊藤忠商事與日本官企投資基金-產業革新機構合作，形成合作聯盟，全面推進高端新材料產業發展。
KUREHA等企業與產業革新機構共同出資成立新的高新技術投資公司，其中產業革新機構約佔49%股份，KUREHA等企業聯合將擁有剩餘股份，總投資額為200億日元。
企業之間的合作也不少。
比如在碳纖維行業，日本較早形成了產業聯盟，聯盟成員覆蓋了整個碳纖維產業鏈，能夠全面了解產業中存在的問題和需求，有效服務於產業的各個環節。
有政策扶持，有科研平台，有資金支持，有聯盟合作，日本的材料科學就是這樣做強做大的。
無利不起早，大財團投入這麼多，肯定是要進行產業化的，把材料科學的用途發揮到最大。
想要產業化，只有研發遠遠不夠，還必須有相關的配套產業，才能讓科研成果轉化成實際的產品。
具體到製造過程，一定涉及到方方面面的技術融合、設備儀器、不同材料的成熟使用。
沒有配套的產業，是不可能僅憑研發就得到好產品的。同時，研發也需要進行市場化的檢驗，以促進研發的快速迭代。
比如集成電路產業，從純凈的矽片到完整的產品，至少需要2000步，如果每一步的良品率都有99.99%，兩千步下來就僅剩不到82%。
這樣低的良品率，做任何製造都是要虧本的。
集成電路
日本的材料產業到底有多牛？咱們看看集成電路產業就知道了。
集成電路材料是集成電路產業發展的基礎。
集成電路技術每前進一步都會對材料提出新的要求，而材料技術的每一次發展也都為集成電路新結構和新技術提供基礎。
先來看看集成電路襯底材料。
全球矽片的供應商，主要有日本的信越化學和勝高、德國的世創、中國台灣的環球晶圓以及韓國的SKSiltron，這全球前五大公司的市場份額約92%，其中12英寸矽片市場的份額約98%。
再看光刻膠和配套材料。
全球光刻膠市場基本被日本JSＲ、東京應化、住友化學、信越化學、日本TOK、美國陶氏杜邦、德國默克等幾家大型企業所壟斷，市場份額佔比九成以上。
除此之外，還有濕化學品。
日本企業擁有28%的市場份額，代表性公司包括關東化學、三菱化學、三菱瓦斯、東京應化等。
還有其他，比如掩模版、電子氣體和源、拋光材料、靶材及蒸發材料等生產環節上，日本在每個環節都有好幾個世界知名的大公司。
所以說，日本材料學在晶元行業稱霸，靠的不是某一家公司或機構，而是集團化作戰。
新材料是現代工業的先導，已成為當今世界各國必爭的戰略性新興產業，具有知識密集、技術密集、資金密集的特點，其研發水平和產業化規模已成為衡量一個國家科技進步、經濟社會發展和國防實力的重要標準。
雖然在材料技術方面，咱們和日韓歐美仍存在著不小的差距，但中國已經在迎頭追趕。
科研方面，中國已成為材料學領域一支強大的科研力量。
根據自然指數的統計，我國論文數量在2018年首次超過美國。
材料學領域，論文貢獻最多的100家科研機構中，有35家為美國科研機構；中國居第二位，有34家機構上榜。
自然指數官網
產業方面，我們也在加大投入，市場逐步擴大。
根據前瞻產業研究院發布的《中國新材料行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》統計數據顯示，2010年我國新材料產業總產值僅僅為0.6萬億元，2017年增長至2.6萬億元，2020年總產值超過6萬億元。
當然，必須要看到，我們仍然還有很多短板。
比如在新科技高品質的材料方面，我們仍然很落後，沒有掌握核心技術和專利，目前主要以仿製為主。
這也將是我國材料產業在短期內必須要邁過的一個坎。
這個坎邁過了，我們將迎來一片新天地。
