日本狂拿诺贝尔奖背后:对当代科技的巨大贡献

作者:邱丽婷 

来源: 半导体行业观察

10月9日,当地上午11:45(北京时间下午5:45),瑞典皇家科学院宣布,将2019年诺贝尔化学奖授予美国科学家约翰·B·古迪纳夫(John B. Goodenough),英国化学家斯坦利·惠廷厄姆(Stanley Whittingham)以及日本科学家吉野彰(Akira Yoshino),以表彰他们在锂离子电池方面的贡献。

其中值得注意的是,自2000年始,日本几乎就保持了平均每年都有一人的节奏,有的时候几年没有,但很快就会有一年大爆发同时几人入选,而且领域基本都在物理化学,生理医疗这些理科领域。

此次获奖的锂电池可以说是一项改变了世界的发明。它的出现,让便携的手机、笔记本电脑成为可能,更成为正在开启的智能汽车时代的原始密码。回顾过去,日本为世界科技发展所做的远不止于此,半导体领域尤盛。

诺贝尔奖获得者回顾

1949年,汤川秀树获诺贝尔物理学奖,由此成为第一个获得诺贝尔奖的日本人。在阳质子和中性子之间作为媒介作用的核力,他预言了中子的存在。

1965,朝永振一郎获诺贝尔物理学奖,他以“超多时间理论”和“鱼贯而入的理论”而闻名,在量子电磁力学领域的基础研究方面做出过重大的贡献。量子力学的发展让人类知道金属材料拥有良好的导电与导热特性,而陶瓷材料则否,性质出来之前,人们对于四周物体的认识仍然属于较为巨观的了解,那时已经介于这两者之间的,就是半导体材料。

1973年,江崎玲於奈获诺贝尔物理学奖,他发明了由隧道结制成的隧道二级管。隧道二极管的发明,开辟了一个新的研究领域——固体中的隧道效应。

1981年,福井谦一获诺贝尔化学奖,他是第一位获得诺贝尔化学奖的日籍科学家,同时也是亚洲第一位诺贝尔化学奖得主。他开拓了“新领域的电子轨道理论”,对有关化学反应过程理论的发展做出了贡献。

2000年,白川英树获诺贝尔化学奖,其主要贡献为导电高分子的研究。 由其主导的导电性高分子材料的研究为薄型轻质电池和手机显示屏的发展开辟了更广阔的前景,未来高分子聚合体电池可应用于电动汽车,高分子电线可深入各个家庭,高分子IC芯片问世将成为可能,其势必成为一个掀起21世纪材料革命的主力。

2010年,根岸英一与铃木章获诺贝尔化学奖,因在“有机合成中的钯催化交叉偶联反应”方面做出贡献。瑞典皇家科学院表示,钯催化交叉偶联反应将广泛应用于制药、电子工业和先进材料等领域,可以使人类造出复杂的有机分子。

2014年,日本化学工程学家赤崎勇、工程学家天野浩、电子工程学家中村修二(美籍),凭借“高亮度蓝色发光二极管”的发明,共同获得当年的诺贝尔物理学奖,该发明被誉为“爱迪生之后的第二次照明革命”,蓝光LED的发明,使得人类凑齐能发出三原色光的LED,得以用LED凑出足够亮的白光。

除开这些享誉世界的诺贝尔奖获得者之外,日本每年在半导体技术上获得的发明成果数量也一直是名列前茅。据资料显示,在2018年公开的全球半导体技术发明专利申请数量上,入榜前100名企业主要来自8个国家和地区:日本41家、中国22家、美国18家、韩国9家,德国、荷兰、瑞士和法国分别有4家、3家、2家和1家企业。某些科研已经做到了世界第一,比如大数据云计算,新材料,资源再利用,能源存储、机器人等。

再来看一下日本近代的科技发明,小编着重挑选了一些与半导体发展比较相关的进行展示。

日本近代科技发明

1953年,中松义郎发明8英寸软盘,但是IBM并不认可,是由其独立完成的说法,坚称是自己公司的工程师团队与1969年开发了最初的软盘。据消息称,中松的发明事实上是一种唱片读取装置,但IBM为了保护关于软式磁盘的专利,在1979年2月与中松签约以避免纷争。中松与IBM共签署过16项专利契约。

1976年至1980年,由通产省电子技术综合研究所牵头,组织日本最大的五家计算机公司富士通、日本电气、日立、东芝和三菱电机结成了“超大规模集成电路(VLSI)技术研究组合”。这个“组合”最终实现了突破1微米加工精度大关的目标,在1980年研制成功用途极广的VLSI——256K存储器DRAM,比美国早了两年。

1984年,东芝发明了NOR型与NAND型闪存,它是一种比硬盘功耗更低、重量更轻、性能更佳的非易失性(断电后仍能保存数据)存储器,其推动了存储技术革命。

1988年,夏普公司成功研制14英寸彩色TFT LCD电视,在此之前的所谓LCD显示器都采用在电子手表、袖珍计算机和其他携带产品的小屏幕上,而作为家用电视、电脑显示器最低显示需求为14英寸,因此1988年可以说是平板显示器取代家用传统CRT显示屏的年代之始。

1991年1月,日本筑波NEC实验室的物理学家饭岛澄男使用高分辨率分析电镜从电弧法生产的碳纤维中发现了碳纳米管。它是一种管状的碳分子,管上每个碳原子采取sp2杂化,相互之间以碳-碳σ键结合起来,形成由六边形组成的蜂窝状结构作为碳纳米管的骨架。碳纳米管被认为是比较有希望取代硅的未来电子材料。目前已有碳纳米管通用计算芯片问世。

2012年的时候,索尼推出堆叠式图像传感器。该技术能够将两颗芯片堆叠在一起,每颗芯片只有一小片指甲的大小。一颗芯片捕捉图像像素,另一颗则包含传感器的电路。两颗芯片的叠加有助于智能机制造商生产出比此前设备更薄的机型。而之前,手机使用的图像传感器将两颗芯片放在同一个层面上。

日本的创能、蓄能技术将在全世界发挥举足轻重的作用;三菱电机发明了可涂沫式电池,将一种新材料涂到墙上,墙就可发电,涂到汽车上,汽车就可以发电,那么今后人身上穿的衣服也可以发电,多余的电可以并入电网。

在未来计算机领域,量子计算机是当今世界一大研究课题。速度最高是现有计算机的1亿倍(10的8次方),而量子计算机的多项基础技术源于日本,D-Wave量子计算机是由当时在日本NEC研究所任职的蔡兆申和中村泰信,于1999年在全世界率先实现的。它的基础是源于日本东京工业大学西森秀稔和门胁正史教授提倡的“量子退火”理论。

未来大数据时代的关键——云计算,2014年10月起由日本富士通、NEC、NTT、KDDI等联合设计开发的云计算安全规则将成为云网络服务的全球安全标准。

走在科技创新前列的日本

不仅是各项发明,日本本身已经走在了世界科技创新的前列,这个世界上几乎所有的高科技公司,比如三星,intel,苹果,高通等等,如果没有日本的高精度设备,配件,解决方案,这些公司至少倒退10年。很少有人知道,特斯拉高度自动化电动车生产线只不过是买的丰田的二手生产线。

更不要说材料方面,根据网上的资料显示,目前在整个半导体领域的19种关键材料中,有14种日本的产能是占了全球50%以上的。

而在半导体生产设备方面,日本也是处于世界顶尖地位的,2018年全球15大半导体设备厂商中,日本有7家,占了半壁江山,半导体生产设备的日本总体份额为30%左右。从每个设备的份额来看,日本拥有10种超过50%以上份额的市场垄断性设备。

另外,日本还有光学、声学等技术公司做强大的支撑,这才让日本整体技术发展了几十年。比如说小原光学,掌握着世界电子镜片35%的市场份额,索尼声学掌握着世界音频设备22%的市场份额等等。

上个世纪八十年代,日本半导体逐渐被美国打压,后续被美国超越,逐渐失去了“世界第一”的宝座,而随之而来的就是“半导体产业”衰退,似乎曾经的光辉时光一去不复返。但回望过去,我们会发现,日本给世界科技历史带来了不少贡献,推进了科技的不断发展。立足今天,日本依然在半导体产业链上游有着稳固的地位。展望未来,有太多的不可知。但不管怎么说,日本的科研实力依旧非常强大,平均每年一位诺贝尔奖获得者的成绩便足以证明。

搞科研需要投入,更需要人才。愿意坐冷板凳,有足够耐心,总会等到天亮。在中国对科研投入逐年增长的今天,或许这是日本给中国最大的启示。

*声明:文章为作者独立观点,不代表格隆汇立场

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