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博众精工研究院:中国被卡脖子设备之透射电子显微镜亟需国产化——电子显微镜行业观察系列(一)

发布时间:2022/11/02 浏览次数:561

 

近年来,全球各界人士对中国芯片行业的现状和受全球不确定经贸环境的影响表示了极大的关注,中国政府和产业界也致力于积极推动芯片行业的跨越性发展,这已经是一个万众瞩目的行业。而芯片的研发离不开高端科学仪器设备的支持,尤其是要想进入纳米世界,更需要借助于透射电子显微镜这种高精密仪器设备进行微观探索。

“中国光学之父”王大珩曾说过“仪器是认识世界的工具”。1609年,伽利略用自制望远镜,第一次看到了月球环形山,开启了近代天文学。上世纪40年代,透射电子显微镜的发明,让人类进入到微观世界,当前的技术已达到原子级水平。400年来,人类就是在科学仪器的不断改进中,发展出现代科技文明。20世纪以来,60%以上的诺贝尔奖获得者,使用自己设计的仪器,发现了人类未知的东西。

 

博众精工研究院认为,在当前中美贸易战的国际政治经济大环境下,透射电子显微镜作为基础科学研究中观察微观世界的“火眼金睛”,对半导体、材料科学、生命科学等重要领域的基础科研和新材料探索起着不可替代的作用,而这些应用领域对我国的国防、科研、生物医药、半导体工业等建设发展举足轻重。所谓工欲善其事,必先利其器。科研发展水平的快慢,与所用的科学仪器设备发展的快慢相辅相成。如果中国透射电子显微镜行业不能尽快实现最大程度的自主可控,则中国基础科研可能长期处于被“卡脖子”之中。

 

一、要想实现中国透射电子显微镜行业突破性的快速发展,需要对中国透射电子显微镜行业的现状有着清醒的认识: 中国透射电子显微镜行业几乎被外资品牌垄断,对中国科研钳制作用显著

透射电子显微镜属于高度垄断、高技术门槛型行业,其中美国的赛默飞世尔科技(Thermofisher)、日本的日本电子株式会社(JEOL)和日立(Hitachi)这三家企业,在2021年占据了全球透射电子显微镜90%以上的市场份额,而国产化尚属空白。

2021年全球透射电子显微镜销售额约6.6亿美元,预计2028年将达到9.7亿美元,2022年至2028年期间,年复合增长率CAGR为5.7%。

(1) 全球市场透射电子显微镜主要厂商2018-2020年销量

 

(2) 中国市场透射电子显微镜主要应用领域消费量

 

在行业内的垄断地位成为这些国外透射电子显微镜制造商牟取暴利的底气,他们利用在市场上的主导地位,掌握了市场定价权,而且各自垄断了自家产品的售后服务,甚至要求客户先付款后维修。其中部分关键零部件属于耗材,利润空间巨大。仪器对科研工作的重要性不言而喻,这些现状极大地增加了我国科研设备的使用成本,并且迫使我国科技在前沿领域的研究发展一直受制于设备商。

二、透射电子显微镜在中国各行业的应用几乎无处不在,战略性行业更是必不可少

透射电子显微镜,简称透射电镜,是把人类观察从宏观世界带入到原子级微观世界的透视眼。透射电子显微镜,是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上,电子与样品中的原子碰撞而改变方向,从而产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度相关,因此可以形成明暗不同的影像,影像放大、聚焦后在成像器件(如荧光屏、胶片、以及感光耦合组件)上显示出来。

透射电镜主要应用于半导体、材料科学、生命科学等领域。采购主体方面,主要是高校院所、医院、企业、锂电公司、半导体公司等。 从全球范围看,透射电镜在半导体和芯片研发、缺陷分析和工业检测等方面应用显著,近年来半导体市场需求规模持续增长。未来,基础科学研究、工业检测、产品开发、技术创新与政府支持将会推动全球透射电镜市场规模进一步扩大。中国当下正在大力发展半导体行业,对透射电镜的需求将持续增长。

 

十四五规划中明确指出“制定实施战略性科学计划和科学工程,推进科研院所、高校、企业科研力量优化配置和资源共享。加强高端科研仪器设备研发制造”。透射电子显微镜作为高端科学仪器设备,对其研制开发,实现工程化更是符合了国家发展的迫切需要。

当前中美贸易战,国内许多企业单位被列入美国实体清单,透射电镜作为限售产品不能对这些单位出售,不仅严重影响了单位的科学研究,而且还阻碍了应用领域的有关技术发展。同时,日本作为主要的透射电子显微镜生产国,可能会跟随美国的脚步,也对中国进行出口限制。2022年2月,俄乌爆发战争,国际环境复杂多变。2022年5月,日本便开始向俄罗斯禁售电子显微镜等14种尖端科技产品。基于此,大力发展透射电镜实现国产化替代,已成为中国当下迫在眉睫的任务。

因此,不但要大力支持中国透射电镜行业的发展,而且要为中国透射电镜的研制和销售提供更多的政策和市场支持。

此点可借鉴中国之前比较成功的航空航天、高铁、互联网、电信等行业,提升其需求侧强化模式,让有透射电镜需求的所有高校、科研单位和企业,特别是央企首先列出自己的研发需求清单,然后通过结对联合攻坚或者招投标模式来完成需求“工作单”。让更多的透射电镜相关企业能获得巨大的内循环市场和使用过程中持续优化升级自身技术的机会,从而实现全产业链的捆绑发展,全面提升中国透射电镜的整体水平,最大程度地实现国产替代。

一旦中国的透射电镜获得巨大的市场支持,则庞大的市场需求足以为资金和人才密集型的电子显微镜行业提供可持续的发展资源,实现基础科研设备与产业的深度链接和快速更新迭代,相信中国一定会出现既有雄心壮志、又有家国情怀和担当的企业在此领域实现赶超和引领。

(本文作者卫龙腾来自博众精工研究院)

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