馬蘭夢，袁 飛，李 瓏

（中國科學(xué)院武漢文獻情報中心/科技大數(shù)據(jù)湖北省重點實驗室，湖北武漢 430071）

1 研究背景

2018年和2019年，我國的中興通訊股份有限公司和華為技術(shù)有限公司分別被美國政府明令“斷供”，即禁止其購買敏感產(chǎn)品或需獲得有關(guān)許可方能購買與轉(zhuǎn)讓，其中涉及最多的是芯片相關(guān)技術(shù)?！爸信d事件”新聞在網(wǎng)上廣泛報道熱議后，《科技日報》首版頭條強勢推出新專欄“亟待攻克的核心技術(shù)”，開篇以“是什么卡了我們的脖子”為引題，報道了中國在高端芯片制造所需要的頂級光刻機方面的落后狀況［1］。芯片產(chǎn)業(yè)是現(xiàn)代信息社會的基石，光刻技術(shù)是芯片的制造工藝。光刻技術(shù)是利用光化學(xué)反應(yīng)原理和化學(xué)、物理刻蝕方法，將掩模板上的圖案傳遞到晶圓的工藝技術(shù)［2］。美國等西方國家在芯片光刻等領(lǐng)域?qū)ξ覈鴮嵤┑囊幌盗薪?，使我國國人深刻認識到不掌握核心技術(shù)就容易被“卡脖子”，威脅企業(yè)存亡，威脅國家經(jīng)濟安全［3］。

針對迫在眉睫的“卡脖子”難題，我國學(xué)者開展了一系列針對其發(fā)生機制與解決對策的理論研究，如肖廣嶺［3］從“卡脖子”技術(shù)和顛覆性技術(shù)結(jié)合的角度開展研究，陳勁等［4］從識別框架、戰(zhàn)略轉(zhuǎn)向與突破路徑的角度開展“卡脖子”技術(shù)的破解研究，楊柳春等［5］對高福院士進行采訪，、楊玉良［6］則從“卡脖子”與“卡腦子”的關(guān)系角度進行了闡述，但基于真實數(shù)據(jù)挖掘、開展領(lǐng)域規(guī)律剖析的相關(guān)文獻則非常少見，而領(lǐng)域規(guī)律的分析有助于更好地理解領(lǐng)域發(fā)展特征，助力“卡脖子”問題的“解鎖”。領(lǐng)域規(guī)律分析方法很多，其中以文獻計量與知識圖譜為代表的情報學(xué)方法以其基于真實數(shù)據(jù)、剖析中肯深刻的優(yōu)點而被普遍應(yīng)用于多個學(xué)科領(lǐng)域研究熱點及科研產(chǎn)出情況的解讀以及趨勢預(yù)測，如劉龑龍等［7］將文獻計量應(yīng)用于人工智能領(lǐng)域研究現(xiàn)狀及熱點分析，李燕等［8］將知識圖譜分析應(yīng)用于國際閱讀能力研究發(fā)展態(tài)勢等等，但目前國內(nèi)尚未見采用情報學(xué)方法研究“卡脖子”問題的文獻。

本研究將藉由文獻計量與知識圖譜這兩大情報學(xué)分析手段，進行情報學(xué)在“卡脖子”領(lǐng)域研究的探索，并初步建立起“情報學(xué)分析→‘卡脖子’領(lǐng)域發(fā)展特征→多層面啟示”的“卡脖子”問題情報學(xué)研究模式（見圖1）。在該模式中，通過文獻檢索來獲得某特定“卡脖子”領(lǐng)域的文獻樣本，借助文獻分析工具得到發(fā)文量年度趨勢、國家（地區(qū)）以及機構(gòu)排名與年代、機構(gòu)聚類和關(guān)鍵詞聚類與密度等文獻特征，并將這4類文獻特征與科研產(chǎn)出時序進程、科研地位及時間嬗變、機構(gòu)合作態(tài)勢和領(lǐng)域技術(shù)特征這4類“卡脖子”領(lǐng)域發(fā)展特征一一映射關(guān)聯(lián)，通過上述層層遞進的檢索、挖掘、分析、映射，歸納總結(jié)出“卡脖子”領(lǐng)域的總體發(fā)展方向、未來趨勢走向、競爭合作傾向和技術(shù)布局導(dǎo)向等“四向”啟示。本研究采用德溫特數(shù)據(jù)分析（Derwent Data Analyzer，DDA）和VOSviewer等分析工具，鑒于芯片制造“卡脖子”問題的嚴重性和緊迫性，選取光刻領(lǐng)域作為首次模式應(yīng)用研究的案例。

圖1 “卡脖子”問題的情報學(xué)研究模式

2 情報學(xué)分析方法概述

本研究選取科學(xué)引文索引（Science Citation Index Expanded，SCIE）作為文獻樣本采集的數(shù)據(jù)庫，因其是國際公認的較客觀的權(quán)威論文索引庫，又是針對科學(xué)期刊文獻的多學(xué)科索引數(shù)據(jù)庫，可以很好地覆蓋光刻這一涉及多學(xué)科的技術(shù)領(lǐng)域。Derwent Data Analyzer系 Web of Science 的母公司科睿唯安開發(fā)的桌面數(shù)據(jù)挖掘平臺，能進行靈活的數(shù)據(jù)清洗，具有矩陣分析的獨特功能，可以結(jié)合不同字段對文獻信息進行多角度的分析，如趙寧等［9］針對仿人機器人領(lǐng)域進行了DDA專利分析挖掘。VOSviewer 是近年來知識圖譜研究的重要產(chǎn)物，其在圖譜展現(xiàn)，特別是共詞和聚類分析的可視化顯示方面占有獨特優(yōu)勢，如王海焦等［10］基于VOSviewer開展了富血小板血漿研究熱點主題分析。DDA和VOSviewer兩種工具均能較準(zhǔn)確挖掘文獻深層次規(guī)律，從而客觀科學(xué)地揭示相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展特征。

采用關(guān)鍵詞檢索法，對SCIE 中1900—2020年的數(shù)據(jù)，用語種=English和文獻類型=Article 進行精煉，采用檢索式：TS=(mask NEAR/0 aligner* OR*lithograph* OR photoetch*)。結(jié)合芯片光刻領(lǐng)域文獻調(diào)研與DDA數(shù)據(jù)清洗的結(jié)果，排除噪聲，再對檢索出的網(wǎng)頁結(jié)果進行Web of Science 類別精煉，剔除醫(yī)學(xué)、生物學(xué)等與本研究主題無關(guān)的類別，排除2021年在線優(yōu)先出版的29篇，最終得到發(fā)表于1961—2020年的46 037篇文獻。數(shù)據(jù)檢索及下載時間為2021年1月29日。為了保證數(shù)據(jù)的完整性，通過全文下載等途徑獲取了作者地址并拷貝到原始數(shù)據(jù)文件的C1字段下，從而補齊了部分SCIE文獻中缺失的國家（地區(qū)）與機構(gòu)信息。

基于上述46 037篇文獻集合（以下簡稱“樣本文獻”），利用文獻計量學(xué)方法對全球光刻技術(shù)領(lǐng)域發(fā)文量、重點國家、高發(fā)文機構(gòu)進行統(tǒng)計，采用DDA實施數(shù)據(jù)清理，建立發(fā)文量年代列表、“國家（地區(qū)）-年代”矩陣、“機構(gòu)-年代”矩陣，并通過Excel軟件實施可視化呈現(xiàn)；編輯光刻領(lǐng)域敘詞表（thesaurus），對同義詞進行歸并梳理，利用共現(xiàn)分析法和聚類分析法對全球光刻技術(shù)領(lǐng)域的機構(gòu)合作、關(guān)鍵詞分布進行剖析，采用VOSviewer 軟件繪制全球光刻技術(shù)領(lǐng)域科學(xué)知識圖譜，揭示光刻領(lǐng)域的機構(gòu)聚類與關(guān)鍵詞聚類、密度。

3 芯片光刻領(lǐng)域的發(fā)展特征

3.1 科研產(chǎn)出時序進程

科研產(chǎn)出時序進程代表科研產(chǎn)出隨時間的變化過程，它能概括反映領(lǐng)域的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀，讓相關(guān)研究者“知過去、看今朝、望未來”，從發(fā)展規(guī)律角度獲取“卡脖子”的解決啟示。

姜軍等［11］在研究中提及光刻工藝肇始于20世紀60年代，晚于本研究的檢索起始年（1900年），故本研究范圍覆蓋了光刻領(lǐng)域發(fā)展自始至今的所有時序進程。圖2展示了光刻領(lǐng)域相關(guān)研究發(fā)文量年度趨勢，最早的相關(guān)文獻發(fā)表于1961年，與光刻技術(shù)的肇始時間基本一致，這證明了本研究檢索策略的精準(zhǔn)可靠。

圖2顯示，1961—1990年光刻領(lǐng)域發(fā)文量處于起步階段，總體緩慢上升，1961—1973年每年發(fā)表不足10篇，從1974—1990年發(fā)文量由16篇增至193篇；1990—1991年，發(fā)文量實現(xiàn)了從193篇到482篇的劇增，藉由DDA對1990年與1991年數(shù)據(jù)的深入挖掘可以發(fā)現(xiàn)，關(guān)鍵詞數(shù)量從1 205個（1990年）增加到3 194個（1991年），所涉及的技術(shù)門類呈現(xiàn)爆發(fā)增長，此外，投入到電子束光刻、X射線光刻等技術(shù)門類的發(fā)文量也增加了一倍左右；1992—2001年發(fā)文量實現(xiàn)了穩(wěn)步小幅增長；2002—2011年發(fā)文量呈現(xiàn)較快速增長，并于2011年達到峰值（2 427篇）；自此以后，2012—2020年發(fā)文量呈緩慢下降趨勢。

圖2 芯片光刻領(lǐng)域科研產(chǎn)出時序進程

美國學(xué)者Foster［12］于1986年提出了S曲線模型，認為S 曲線可以用來表征技術(shù)發(fā)展階段，并進一步闡明技術(shù)發(fā)展的萌芽期、成長期、成熟期以及衰退期。S 曲線模型顯示，一項新技術(shù)的發(fā)展并非隨機發(fā)生，在新技術(shù)產(chǎn)生之初會存在一個緩慢增長的導(dǎo)入階段即萌芽期；經(jīng)過這一階段之后，累計效用增長率開始不斷增大，該技術(shù)開始迅速發(fā)展，進入成長期；之后，累計效用增長率開始不斷減小，該技術(shù)進入成熟期；當(dāng)該技術(shù)發(fā)展接近極限值的時候，其增長又會逐漸緩慢，最終無限接近于其極限，即衰退期［13］。從芯片光刻領(lǐng)域的發(fā)文量趨勢線來看，除了成熟期的增長率大于成長期這一差異以外，該領(lǐng)域科研產(chǎn)出時序進程與S曲線模型基本吻合，在經(jīng)歷了1961—1990年的萌芽期、1991—2001年的成長期、2002—2011年的成熟期后，2012年進入衰退期。根據(jù)S 曲線模型預(yù)測，之后光刻領(lǐng)域的科研產(chǎn)出將逐步減少，直至抵達技術(shù)極限。

3.2 科研地位及時間嬗變

通過科研主體（國家/地區(qū)、機構(gòu)）的排位及各自科研產(chǎn)出的時間變化情況，可以從主體競爭、產(chǎn)出積累及時序等角度發(fā)現(xiàn)“卡脖子”問題的解決啟示。

3.2.1 國家（地區(qū)）排名

對樣本文獻統(tǒng)計顯示，開展光刻技術(shù)研究的國家（地區(qū)）總數(shù)為105個。為避免重復(fù)記錄，選取DDA中的“國家/地區(qū)（第一作者）”字段進行發(fā)文量統(tǒng)計。在我國，祖國大陸和臺灣的光刻領(lǐng)域研究基本是獨立發(fā)展的，二者的發(fā)展特征存在可以預(yù)計的差異性，有鑒于此，對祖國大陸和臺灣的有關(guān)數(shù)據(jù)分別進行統(tǒng)計分析（以下中國數(shù)據(jù)未含臺灣省的數(shù)據(jù)）。論文數(shù)量排名前10位的國家（地區(qū)）如表1所示，其中美國的發(fā)文量為12 025篇，占論文總量的26.13%，在光刻領(lǐng)域論文發(fā)表數(shù)量上處于絕對優(yōu)勢，獨立成為第一集團；第2位日本的發(fā)文量為5 365篇，不到美國的一半；中國名列第三，發(fā)文量為4 925篇，與日本差距不大、與美國差距較大。日本、中國、韓國、德國發(fā)文量均在3 000篇以上，構(gòu)成光刻領(lǐng)域研究第二集團；中國臺灣、英國、法國、意大利的發(fā)文量均在1 000篇以上，構(gòu)成第三集團。統(tǒng)計全球各國情況發(fā)現(xiàn)：北美（美國、加拿大）、西歐（以德國、英國、法國為代表）、東亞（以日本、中國、韓國為代表）等地區(qū)在光刻領(lǐng)域研究產(chǎn)出較多；在本研究的檢索范圍內(nèi)，非洲、南美洲、中亞等地區(qū)的部分國家尚未發(fā)表相關(guān)論文。

表1 1961—2020年芯片光刻領(lǐng)域發(fā)文量排名前十國家（地區(qū)）

芯片光刻領(lǐng)域發(fā)文量排名前10位國家（地區(qū)）的年代分析展現(xiàn)了一定規(guī)律（見圖3）。一方面，各國（地區(qū)）開展研究的起始時間各有早晚：美國在1961年發(fā)表了第一篇文獻；英、法、德在20世紀60年代也發(fā)表了相關(guān)論文；日本在20世紀70年代開始發(fā)文；中國最早的SCIE論文發(fā)表于1984年。另一方面，各國（地區(qū)）的發(fā)文年度趨勢也有差異：在經(jīng)歷了前期數(shù)十年的增長以后，美、日、韓、德在近15年左右的年度發(fā)文量均有不同程度的下降；而中國的發(fā)文量幾乎一直持續(xù)上升，直到2019年下降勢頭才初露端倪。同時，有一點值得特別注意，中國的總發(fā)文量雖少于美國與日本（見表1），但年度發(fā)文量分別于2011年和2017年超越了日本與美國，并在超越年份之后持續(xù)領(lǐng)先。

圖3 芯片光刻領(lǐng)域發(fā)文量排名前十國家（地區(qū)）年度發(fā)文數(shù)量趨勢

3.2.2 機構(gòu)排名

在進行DDA機構(gòu)數(shù)據(jù)清洗后，發(fā)現(xiàn)參與芯片光刻技術(shù)SCIE文獻發(fā)表的機構(gòu)共8 999家，前10位機構(gòu)的情況如表2所示。其中，美國占據(jù)3席；韓國、日本各占2席；中國占據(jù)1席，即中國科學(xué)院，其發(fā)文量位居全球機構(gòu)首位。

表2 1961—2020年芯片光刻領(lǐng)域發(fā)文量排名前十機構(gòu)

從前10位機構(gòu)的年度發(fā)文量趨勢來看（見圖4），除了IBM公司在1964年率先開展研究，其余機構(gòu)都在20世紀70年代或以后才有SCIE文獻記錄。作為發(fā)文量最多的機構(gòu)，中國科學(xué)院在20世紀80年代出現(xiàn)SCIE論文收錄，2008年以來，中國科學(xué)院有大量相關(guān)文獻發(fā)表，遠高于其他前10位機構(gòu)，從而奠定了中國科學(xué)院發(fā)文總量第一的地位。

圖4 光刻技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)研究發(fā)文量排名前10位的機構(gòu)發(fā)文數(shù)量年度趨勢

中國在SCIE科研產(chǎn)出上位列全球三甲，這主要得益于近十幾年來的大量論文產(chǎn)出。中國在光刻領(lǐng)域的論文發(fā)表起步較晚，年度發(fā)文量分別于2011年和2017年超越了日本與美國并持續(xù)領(lǐng)先；2019年之后，年度發(fā)文趨勢也開始向S曲線模型的衰退期逼近。從總體的科研積累來看，中國與美國的差距還是非常大，論文總量相差2倍多；中國科學(xué)院位列全球機構(gòu)第一，然而美日韓等國占據(jù)了前10位機構(gòu)的7席，中國僅中國科學(xué)院1家上榜。

3.3 機構(gòu)合作態(tài)勢

科研主體的分立或集聚反映了相關(guān)技術(shù)發(fā)展時的合作態(tài)勢：合作疏散，對于“卡脖子”技術(shù)而言，可能意味著新的增長點；合作緊密，可能意味著打入科研集聚體的困難程度較大，故而需要內(nèi)部動力來謀求發(fā)展。因此，機構(gòu)的合作態(tài)勢將給“卡脖子”問題以啟示。

為了解芯片光刻領(lǐng)域主要機構(gòu)的合作情況，將樣本文獻數(shù)據(jù)導(dǎo)入 VOSviewer軟件，選擇共同作者（co-authorship）分析選項和機構(gòu)（organization）分析單元，選用適當(dāng)閾值以使研究對象為發(fā)文量前100位的機構(gòu)，得到了光刻領(lǐng)域發(fā)文量排名前100位機構(gòu)共現(xiàn)知識圖譜（見圖5）。其中，連線的存在代表相連的機構(gòu)共同發(fā)表過文獻；節(jié)點與字體的大小取決于該節(jié)點的權(quán)重。本研究選用引用權(quán)重（citation weights），即節(jié)點大小與引用次數(shù)成正比，以此來反映機構(gòu)發(fā)文的總體影響力。中國科學(xué)院發(fā)文量（1 453篇）排名第一，但根據(jù)圖5中的節(jié)點大小判斷，其論文的引用權(quán)重卻不及麻省理工學(xué)院（829篇）、加州大學(xué)伯克利分校（705篇）和西北大學(xué)（400篇）等。原因可能有兩方面：一是美國機構(gòu)的相關(guān)研究起步較早，在影響力相同的情況下，越早發(fā)表的文獻引用次數(shù)積累越多；二是美國機構(gòu)的文獻影響力較大。

如圖5所示，VOSviewer軟件通過其算法將前100位機構(gòu)分為了6個聚類，將每個聚類標(biāo)記上編號，并用虛線方框進行框定。其中：

圖5 1961—2020年芯片光刻領(lǐng)域發(fā)文量排名前100位機構(gòu)共現(xiàn)知識圖譜

（1）聚類1#包括了32個節(jié)點，全部為美國科研主體。該聚類是以麻省理工學(xué)院、西北大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校、IBM公司等為主的美國“校+企”合作集團，是規(guī)模最大、影響力也最大的合作集團。

（2）聚類2#包括了25個節(jié)點，包含22家歐洲科研機構(gòu)以及新加坡國立大學(xué)、南洋理工大學(xué)以及印度國立理工學(xué)院。該聚類是以法國國家科學(xué)研究中心、英國劍橋大學(xué)、荷蘭特文特大學(xué)等為主的“校+所”合作集團，新加坡等亞洲國家的機構(gòu)與歐洲機構(gòu)合作較為緊密。歐亞合作集團的規(guī)模和影響力僅次于美國集團。

（3）聚類3#包括了14個節(jié)點，全部為日本科研主體。該聚類是以大阪大學(xué)、東京大學(xué)和日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所等為主的日本“校+所”合作集團。

（4）聚類4#包括了12個節(jié)點，全部為中國科研主體。該聚類是以中國科學(xué)院、南京大學(xué)、中國科學(xué)院大學(xué)、中國科技大學(xué)、吉林大學(xué)、華中科技大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)和北京大學(xué)等為主的中國“校+所”合作集團，中科院一枝獨秀，而其“盟友”的論文影響力相對較弱。中國集團不似美國集團的眾強紛列態(tài)勢。

（5）聚類5#包括了11個節(jié)點，全部為韓國科研主體，注意到韓國科學(xué)技術(shù)院是高校性質(zhì)。該聚類是以韓國科學(xué)技術(shù)院、首爾大學(xué)和延世大學(xué)等為主的韓國高校合作集團。

（6）聚類6#包括了5個節(jié)點，全部為中國臺灣科研主體。該聚類是以臺灣大學(xué)、臺灣交通大學(xué)等為主的中國臺灣高校合作集團。

值得注意的是，6個聚類所包含的節(jié)點中，除了聚類2#覆蓋了歐洲和亞洲國家的機構(gòu)，其余5個聚類均只包含某單一國家或單一地區(qū)內(nèi)的機構(gòu)。綜合來看，各國（區(qū)域）內(nèi)部抱團現(xiàn)象嚴重，從而形成了國家內(nèi)（區(qū)域內(nèi)）的聚類機構(gòu)群體，除歐洲國家與新加坡、印度開展了較頻密的洲際合作以外，其他科研主體均傾向于國內(nèi)合作。因此可以認為，芯片光刻領(lǐng)域的國家（區(qū)域）存在較明顯的國家間（區(qū)域間）技術(shù)壁壘。而在我國，祖國大陸的主要機構(gòu)和臺灣機構(gòu)沒有一篇合作發(fā)表文獻，從一個側(cè)面表明海峽兩岸具備較大的合作空間和潛力，只是在機制與體制上需要探索一個恰當(dāng)?shù)暮献髂Ｊ?，促進兩地芯片光刻領(lǐng)域發(fā)展共贏。

3.4 領(lǐng)域技術(shù)特征

關(guān)鍵詞是論文研究內(nèi)容的高度提煉，通過對論文的關(guān)鍵詞詞頻進行統(tǒng)計和共現(xiàn)分析，能有效得出當(dāng)前該領(lǐng)域的研究熱點［14］。利用關(guān)鍵詞分析可以較準(zhǔn)確掌握研究內(nèi)容的核心與重點，從而描繪領(lǐng)域技術(shù)特征，并進一步從技術(shù)分支、技術(shù)融合、技術(shù)未來趨勢等角度給予“卡脖子”問題以啟示。

將樣本文獻數(shù)據(jù)再次導(dǎo)入 VOSviewer軟件，選擇關(guān)鍵詞分析選項中的共現(xiàn)分析選項，為呈現(xiàn)更具可觀性的圖譜，僅選擇共現(xiàn)頻次達100 次及以上的關(guān)鍵詞節(jié)點（以下簡稱“高頻關(guān)鍵詞”），符合條件的關(guān)鍵詞共410個。將單復(fù)數(shù)的關(guān)鍵詞進行合并，如“thin film”與“thin films”合并等，將表達同一意思的單詞或詞組合并，如“Si”與“Silicon”、“nanoimprint”與“nanoimprint lithography”等，之后進行數(shù)據(jù)清理，得到高頻關(guān)鍵詞267個（見表3），高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)聚類和關(guān)鍵詞密度分別如圖6、圖7所示。

通過表3看到，“光刻（lithography）”出現(xiàn)了9 605次，“制造（fabrication）”出現(xiàn)了6 794次，均遠高于其他關(guān)鍵詞，從一個側(cè)面可以反映出芯片光刻領(lǐng)域是以“光刻制造”作為主線來展開研究的。

表3 1961—2020年芯片光刻領(lǐng)域文獻高頻關(guān)鍵詞

表3 （續(xù)）

從圖6看到，VOSviewer 把高頻關(guān)鍵詞聚類后形成 6 類：

圖6 1961—2020年芯片光刻領(lǐng)域高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)知識圖譜

（1）聚類1#包括了93個節(jié)點，以光刻膠薄膜研究領(lǐng)域為主，又與納米光刻、表面聚合物、光刻陣列、自組裝領(lǐng)域少量交叉。突出的關(guān)鍵詞包括“薄膜”“膜””“生長、沉積等。該領(lǐng)域類別界限較模糊。

（2）聚類2#包括了55個節(jié)點，以納米光刻研究領(lǐng)域為主，又與光刻膠薄膜領(lǐng)域少量交叉。突出的關(guān)鍵詞包括“納米光刻”“納米粒子”“納米球”“金”等。該領(lǐng)域類別界限較清晰。

（3）聚類3#包括了48個節(jié)點，以表面聚合物研究領(lǐng)域為主，又與光刻膠薄膜、電子束光刻、光刻陣列、自組裝少量交叉。突出的關(guān)鍵詞包括“表面”“制造”“聚合物”等。該領(lǐng)域類別界限較模糊。

（4）聚類4#包括了46個節(jié)點，以電子束光刻研究領(lǐng)域為主，又與表面聚合物領(lǐng)域少量交叉。突出的關(guān)鍵詞包括“光刻”“電子束光刻”等。該領(lǐng)域類別界限較清晰。

（5）聚類5#包括了14個節(jié)點，以光刻陣列、自組裝研究領(lǐng)域為主，又與光刻膠薄膜、表面聚合物、原子力顯微鏡少量交叉。突出的關(guān)鍵詞包括“陣列”“納米結(jié)構(gòu)”“自組裝”等。該領(lǐng)域類別界限較模糊。

（6）聚類6#包括了11個節(jié)點，以原子力顯微鏡在光刻方向的應(yīng)用研究領(lǐng)域為主，又與光刻陣列、自組裝少量交叉。突出的關(guān)鍵詞包括“原子力顯微鏡”“納米制造”等。該領(lǐng)域類別界限較模糊。

通過高頻關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次、聚類并結(jié)合其密度（見圖7）分析，可以發(fā)現(xiàn)芯片光刻領(lǐng)域研究熱點集中于輻照（irradiation）、光刻膠薄膜（thin films）、硅（Si）、陣列（array）、納米（nanostructure，nanolithography，nanoparticles）、自組裝（selfassembly）、光刻聚合物（polymer）等方面，“光刻制造”這一主題主導(dǎo)著整個領(lǐng)域的發(fā)展方向；各聚類重疊明顯，體現(xiàn)出分支領(lǐng)域交叉重疊廣泛，光刻技術(shù)領(lǐng)域呈現(xiàn)多頭并進、融合發(fā)展的態(tài)勢。

圖7 1961—2020年芯片光刻領(lǐng)域文獻高頻關(guān)鍵詞密度

4 結(jié)論與展望

本研究通過情報學(xué)分析方法進行科研產(chǎn)出數(shù)據(jù)挖掘，建立文獻特征與“卡脖子”領(lǐng)域發(fā)展特征之間的映射，以芯片光刻領(lǐng)域為例，獲得了光刻領(lǐng)域總體發(fā)展方向、未來趨勢走向、競爭合作傾向和技術(shù)布局導(dǎo)向的啟示如下：

（1）總體發(fā)展方向與未來趨勢走向。光刻領(lǐng)域發(fā)文量趨勢線與Foster［12］定義的技術(shù)發(fā)展S曲線基本吻合，在經(jīng)歷了1961—1990年的萌芽期、1991—2001年的成長期、2002—2011年的成熟期后，2012年進入衰退期。光刻技術(shù)發(fā)展六十余年，通過不斷創(chuàng)新，引領(lǐng)芯片行業(yè)進步，使得摩爾定律得以保持。然而任何技術(shù)都有其發(fā)展極限，光刻也不例外，光刻領(lǐng)域的科研產(chǎn)出目前處在了衰退階段，新興的芯片制造技術(shù)或?qū)姳∮楷F(xiàn)，這意味著我國的芯片事業(yè)將遭逢一次“彎道超車”的良機。在傳統(tǒng)光刻技術(shù)一時無法突破西方封鎖的情勢下，我國應(yīng)因時而動，敏銳發(fā)現(xiàn)芯片制造的新興顛覆性技術(shù)，曲線式實現(xiàn)“卡脖子”問題的解鎖。

（2）競爭合作傾向。從國家（地區(qū)）發(fā)文量來看，美國排名第一，占論文總量的26.13%，處于絕對優(yōu)勢地位；日本、中國分列二、三。雖然近年來中國的論文產(chǎn)出已陸續(xù)超越日、美，但與美國等西方國家的知識技術(shù)積累仍不可同日而語。從機構(gòu)發(fā)文量來看，中國科學(xué)院雖排名全球第一，但其論文影響力卻不及麻省理工學(xué)院等美國機構(gòu)；且美、歐、日集團總體影響力高于中國集團，排名前10位的機構(gòu)中，美、日、韓、歐占據(jù)絕大多數(shù)席位。在大國競爭激烈的芯片光刻領(lǐng)域，我國近年科研產(chǎn)出的趕超并未完全改變科技研發(fā)的劣勢地位。

同時，聚類分析顯示西方各個合作集團均具有國內(nèi)（區(qū)域內(nèi)）抱團傾向，國際合作遠少于國內(nèi)共同研究，技術(shù)壁壘依國界而劃分，由此可見，國內(nèi)合作與機構(gòu)自身科研厚度的提升才是關(guān)鍵制勝之道。宏觀方面，我國應(yīng)制定出臺促進科研機構(gòu)合作的政策，激發(fā)創(chuàng)新體系活力與提供助力；中觀方面，我國幾大光刻科研產(chǎn)出機構(gòu)應(yīng)以中國科學(xué)院為龍頭，加強南京大學(xué)、吉林大學(xué)等核心機構(gòu)緊密聯(lián)動，同時聯(lián)合更多企業(yè)和科研院所長期開展產(chǎn)學(xué)研合作，做強國內(nèi)集團；微觀方面，各相關(guān)機構(gòu)需加大光刻領(lǐng)域人才引進力度，并給予人才以最優(yōu)待遇，為領(lǐng)域發(fā)展奠定人才基礎(chǔ)。另外，我國應(yīng)學(xué)習(xí)和借鑒美國在光刻領(lǐng)域中的研究方法和科研成果，并充分了解日本、德國、韓國等國的研究經(jīng)驗。此外，我國的臺灣省以一省之力位居全球第六，中國臺灣的科研機構(gòu)合作集團是全球第六大集團，如果在海峽兩岸合作的機制體制上下足功夫，形成合力，我國的芯片光刻領(lǐng)域發(fā)展將大大獲益。

（3）技術(shù)布局導(dǎo)向。光刻研究體系龐大，分支領(lǐng)域紛繁復(fù)雜，這需要我國在多個基礎(chǔ)與應(yīng)用學(xué)科領(lǐng)域著力投入，方能在高端光刻技術(shù)上有所突破。從光刻領(lǐng)域關(guān)鍵詞分析不難看出，光刻研究熱點包括輻照、光刻膠薄膜、硅、陣列、納米、自組裝以及光刻聚合物等方面，分支領(lǐng)域較多，且彼此之間界限大多較為模糊。與大多數(shù)“卡脖子”領(lǐng)域類似，光刻領(lǐng)域也是技術(shù)分支叢生并大面積重疊，技術(shù)發(fā)展仰賴于諸如數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科，又依靠光源制備、光刻膠合成、光學(xué)透鏡制造等眾多應(yīng)用技術(shù)。今天，我們很多所謂的‘卡脖子’技術(shù)其實也是‘卡腦子’，根子是基礎(chǔ)理論研究跟不上，源頭和底層的東西沒有搞清楚；我國基礎(chǔ)研究雖然取得顯著進步，但同國際先進水平的差距還是明顯的，對解決關(guān)鍵核心技術(shù)問題的支撐力度還存在不足［15］。針對芯片光刻領(lǐng)域的分支特點，我國應(yīng)避免“短視”和“冒進”，在應(yīng)用技術(shù)攻堅的同時，大力夯實基礎(chǔ)研究，解開“卡腦子”，才能解鎖“卡脖子”。

綜上所述，本研究從芯片光刻領(lǐng)域的情報學(xué)分析中獲得了我國芯片光刻事業(yè)發(fā)展的一些啟示：第一，重視科學(xué)的底層問題，基礎(chǔ)研究與應(yīng)用開發(fā)兩手抓；第二，宏觀、中觀、微觀結(jié)合，在國內(nèi)形成政產(chǎn)學(xué)研合力。我國傳統(tǒng)光刻技術(shù)發(fā)展，依賴上述兩條將得以進一步提升水平。同時，我國也要瞄準(zhǔn)技術(shù)轉(zhuǎn)型機遇期，在革新到來前偵測技術(shù)迭代的可能性，提前占領(lǐng)高地，建設(shè)成為芯片研究與制造的強國。

本研究以芯片光刻領(lǐng)域作為案例，探索了情報學(xué)研究模式在“卡脖子”領(lǐng)域的應(yīng)用，通過領(lǐng)域特征挖掘獲得相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展啟示，為我國解決“卡脖子”難題開辟新的路徑提供參考。由于是首次探索，研究模式尚存在不少改良補充的空間，未來或可將引文分析、內(nèi)容分析等更多情報學(xué)方法納入研究模式，并針對更廣泛的情報學(xué)研究對象，例如專利文獻等，開展分析工作，隨著情報學(xué)研究方法的發(fā)展來進行模式的更新迭代，準(zhǔn)確貼合學(xué)科領(lǐng)域?qū)嶋H，實現(xiàn)模式的完整動態(tài)進化。