五院士联合署名：打造原子级制造未来产业新赛道

紧抓战略机遇加强创新引领

打造原子级制造未来产业新赛道

祝世宁 杨华勇 汪卫华 谭久彬 谢素原

习近平总书记强调，现代制造业离不开科技赋能，要大力加强技术攻关，走自主创新的发展路子。党的二十大报告提出，到2035年基本实现新型工业化。推进新型工业化是以习近平同志为核心的党中央从党和国家事业全局出发，着眼全面建成社会主义现代化强国作出的战略部署，具有重大的现实意义和深远的历史意义。

当前，在新一轮科技革命和产业变革双重推动下，全球重大颠覆性科技创新成果不断涌现，未来产业已经成为各国重点发展的战略领域、竞相布局抢占的制高点和最前沿，是赢得未来战略主动的内在要求。工业和信息化部深入贯彻落实习近平总书记关于发展新质生产力的重要论述和党的二十届三中全会精神，前瞻性布局未来产业，大力培育发展未来产业，重点围绕未来制造、未来信息、未来材料等方向，大力发展原子级制造等新领域新赛道。

一、大力发展原子级制造是我国牢牢把握未来发展主动权的战略选择

原子级制造是极具技术挑战性、产业创新性、国际战略性和经济带动性的未来产业，当前正处于从理论创新与关键技术突破向产业化迈进的关键阶段，我国应紧抓战略机遇，把握未来产业、终极制造和基础交叉核心特点，加强产业创新顶层设计并精准施策，强化宏观指导、产业创新和生态建设，着力以原子级制造科技创新开辟未来制造新赛道，加速原子级制造规模化产业进程，推动科技创新和产业创新深度融合，打造高价值、高可控、国际引领的原子级制造未来产业。

原子级制造是美日欧等西方国家打造未来产业的主阵地。原子级制造打破传统制造模式，采用原子操控这一新原理、新技术，将加工对象、加工精度全面推进到物质的基本组成单元——原子，使产品的核心性能逼近理论极限，可以按照需求逐一原子定制化创造产品，被认为是人类制造的终极形态之一。原子级制造可不依赖传统制造装备和工艺，另辟蹊径突破美西方对我国高精尖制造装备的封锁限制，助力我国从底层摆脱“跟抄沿仿”的传统制造业发展模式，将成为我国从制造大国向制造强国转变的核心动力。

美、日、欧均把原子级制造作为制造业创新发展的重要方向。美国自2015年起相继启动了“从原子到产品”“原子精密制造”等研究计划，并将原子级制造列入《先进制造业国家战略》；日本于2018年提出“皮米制造”理念；欧盟通过“地平线欧洲”“从原子到产品可靠性”等计划持续资助原子级制造技术研究。我国从2016年起开展原子级制造相关前沿技术探索，培育了一批创新人才，在部分技术能力和产品方面形成了领先优势，与世界主要大国基础相当、各有特色，处于同一起跑线。如果不尽快将技术优势转化为产业优势，极有可能丧失未来产业主导权，重走跟踪追赶的老路。

原子级制造是实现从制造到创造转变的全新技术体系。近20年来，国际先进制造技术精密化微缩化的趋势进一步加速，部分先进芯片和超精密加工元件的核心尺寸已经突破10纳米并持续演进。2023年12月，中国工程院发布的《中国制造强国发展指数报告》指出，2022年中国制造强国发展指数达124.64，在世界主要国家中已经居于较高水平，与德国、日本处于同一梯队。电子制造等先进制造技术是西方发达国家提出并主导的，我国虽然也取得了很大的进展，但整体仍然比国外顶尖水平落后一个身位。

原子级制造是实现原子尺度结构或原子精度加工、获得逼近理论极限性能产品的变革性制造技术体系。一方面，各种原子的尺寸在0.1~0.3纳米之间不等，因此原子级制造有望达到超精密加工的理论极限；另一方面，操控原子增材可以探索分子、材料和器件的底层创造。它颠覆性地全面突破原子级能量聚焦、原子级物质限域的核心原理，带动我国制造水平从纳米走向原子级，能够突破当前尖端制造的关键卡点、引领信息材料制造长期发展，是抢夺国家先进制造话语权的新赛道。

原子级制造是以极限能力赋能工业四基、推进新型工业化、建设制造强国的核心“根技术”。材料、零部件、元器件和工艺被认为是整个工业的基础，其性能决定着整个制造业的竞争力。原子级制造推动基础材料、基础零部件、基础元器件和基础工艺的核心性能逼近理论极限，并按照需求逐一原子定制化创造产品，是推进新型工业化的核心“根技术”。

高通量合成是新材料研发的关键，我国从原子出发批量构筑新材料，以每年百万种的数据支撑材料大模型，实现基础材料性能的按需定制，实现高效催化剂、百倍减重激光晶体、极紫外（EUV）光刻胶、耐2000℃密封材料等关键材料自主可控并取得了国际领先。开展原子级精度加工，将半球谐振陀螺、EUV光刻物镜、高承载宽温域超滑轴承等大量基础零部件性能达到理论极限。芯片是智能化系统的基础元器件，我国存在诸多制造难点，研发芯片原子级制造工艺，可提高当代芯片性能，开辟单层半导体器件新路线，颠覆传统半导体工艺和技术路线，将芯片制程节点由5纳米继续推进，晶体管集成度进一步提高，达到国际先进水平。原子级制造以近乎完美的加工和原子水平的控制，推动基础材料、基础零部件、基础元器件和基础工艺的核心性能逼近理论极限。以全面提升的工业基础硬能力，大幅提升武器装备的轻量化和精准打击能力，支撑能源、化工等传统产业绿色化转型，推动集成电路、航空航天等战略性新兴产业快速发展，孕育催生量子信息、生命科学等未来产业新赛道，预计辐射带动产业规模超万亿元。

二、充分把握原子级制造发展战略机遇期

世界制造强国日益重视原子级制造发展，相继出台国家层面规划政策，快速推进原子级制造技术研发与产业发展。近十年来，世界制造强国日益重视原子级制造发展，相继出台国家层面规划政策，快速推进原子级制造技术研发与产业发展。目前主要发达国家正在竞相布局，我国研究基础和技术积累相当，亟须从国家层面进行全局性谋划、前瞻性布局、系统性推进，抢抓原子级制造发展战略机遇期，抢占未来国际先进制造产业主导权，为推进新型工业化和实现制造强国战略目标打造新质生产力。

在政策支持层面，为巩固先进制造领域的领先地位，美、日、欧等发达国家，针对原子级制造技术与产业发展制订相关规划政策，在推动技术创新和产业应用方面优势凸显。作为最早将原子级制造列为国家战略的国家，美国从国防到民用全方位布局，为原子级制造技术的快速产业化提供最短路径和最长期政策支撑。以专门从事原子级制造研究的Zyvex Labs公司为例，美国政府持续支持20年以上，经费达上亿美元。日本文部科学省和科学技术振兴机构系统支持开发原子级精度超精密加工技术，以形成国际竞争优势。欧盟聚焦量子传感和微电子领域，支持德国、法国、意大利、奥地利等国开展原子级制造技术应用研究。与国外同期，工业和信息化部、中央军委科技委、中国科学院等相关部门牵头部署原子级制造前沿技术探索，探索军用未来制造技术推动原子操控和原子层材料等前沿科学技术研究。

在技术研发层面，国内外在多种原子操控的核心能力发展上取得大量成果，整体上人才队伍接近，技术水平相当，各有优势。在单原子操控方面，美、德、日等国长期保持领先优势。在原子层操控方面，我国处于世界引领地位，已实现部分产业化。在其他原子基元操控方面，如原子团簇、原子线等为单位的操控技术近年来也在快速发展，我国形成了半导体原子线晶圆和团簇高温合金粉宏量制造装备等代表性成果，部分产品已经进入中试产业化阶段。

在产业应用层面，美国部分产业发展较好，积累了一定人才优势和经验，具有比较成熟的产业环境。美国应用材料、芬兰PicoSun等公司垄断了国际原子层沉积装备的市场，年市场规模超300亿元。我国一批原子级制造技术正从中试走向产业化，市场呈现高增长态势。无锡微导公司实现原子层沉积装备产业化并上市。我国在原子级催化剂、添加剂、高温合金粉体、高频通信器件等系列原子级材料和元器件方面，已形成一批科技型中小企业。中电科、中航工业、中船集团和华为等龙头企业均在积极部署原子级制造相关工作。

原子级制造处于从理论创新和技术突破向产业化迈进的关键阶段。回顾原子级制造的历史，一方面，原子操控技术的熵控能力不断上升，可制造产品的柯氏复杂度（包含尺寸、结构、维度、自由度等）不断上升；另一方面，原子尺度物质科学的研究不断深入，各种颠覆性性能产品的设计大幅降低了产品的复杂度，制造技术供给和产品技术需求的不断融合，催生了原子级制造应用和产业化的浪潮。

20世纪七八十年代，表面外延原子层的技术，即分子束外延取得了突破，HgTe-CdTe异质结高品质红外传感器的应用支撑了夜视仪、导引头等战略用途。2000年以来，原子层沉积技术取得突破，人们开始在复杂结构的表面制备高质量的绝缘氧化层，并在鳍栅晶体管先进芯片中取得了应用，年市场规模达到数十亿元。最近几年，一批原子操控技术在单自由度操控规模上取得进展，而且更重要的是，相应的原子级产品设计和物性理论取得突破，原子级制造应用和产业化的浪潮初见端倪。澳大利亚量子计算制造商Silicon Quantum Computing种植10多个原子就可以设计成量子模拟器件，美国Zyvex Labs公司还开发了适用该器件的原子级制造装备，该装备可以实施0.7纳米分辨的高精度制造。1/3层原子团簇可以制成高灵敏的氢气传感器和压力传感器，现今的装备已经可以每分钟制造一个传感芯片，正在南海监测和某型号轿车上进行应用验证。很少量的金属团簇就可以实现高温合金铸件的修补，而且工作温度最多可以下降500°C，从而回避了热变形，保障铸件更高的精度。千层二硫化钼就可以组成一个光学倍频薄膜，效率已经达到现在实用器件的水平，自重下降到传统倍频材料的万分之一，米级尺寸、十万层生长、高精度转移的原子级制造技术与装备接近成熟。SiC、金刚石等晶圆在6G用硅光波导、高功率微波器件中有重要的应用，原子级抛光技术是其产品性能的关键需求之一，近期也取得了突破。原子级活性位点、原子级缺陷色心的规模制造则在重力监测、绿色农业等领域取得了应用。原子层沉积/刻蚀技术在集成电路、光伏、封装、包覆等多个场景推广深化应用。这一波应用涉及技术种类和应用场景十分广泛，这些新产品的成效颠覆性和不可或缺性非常明确，可以期待5年内初步形成一批高质量的产业，预测每年有数百亿元的市场规模。

我国正处于发展原子级制造技术、抢夺未来产业主导权的战略机遇期，已具备高素质人才团队、超大规模市场需求和细分领域领军企业等基础优势。我国相关国家实验室、龙头企业、高校和研究院所相继成立专门研发机构，联合布局原子级制造国家级创新平台、创新中心等产业科技创新平台，培养了一批战略科学家、科技领军人才及创新团队、高技能人才。更重要的是，我国超大规模市场和丰富的应用场景以及完备的工业体系，为原子级制造研发、中试、生产及市场推广提供了全链条基础保障；通过市场机制系统推进原子级制造技术创新、规模化发展和产业生态建设，加速产业化市场化进程，培育一批生态主导力强的领军企业，并推动其在能源、化工、集成电路、航空航天、量子信息和生命科学等多个领域的应用，形成新的经济增长点。

三、加强产业创新顶层设计并精准施策，稳步发展原子级制造

完善政策支持体系，推动关键技术突破和先进制造升级。一是要推动将原子级制造装备纳入国家重大技术装备首台（套）目录。充分发挥我国超大规模市场优势，加强重点行业应用牵引，加速前沿技术和原子级制造装备迭代优化升级。

二是要加快原子级制造未来产业发展。梯度培育一批优质高新技术企业、独角兽企业及专精特新“小巨人”企业，鼓励有条件的区域创建原子级制造先导区、企业孵化示范园区等。

三是要加快建设原子级制造国家标准体系。建立原子级制造相关国家标准化组织，研究制订原子级制造基础通用、共性技术、试验方法、典型应用、成熟度评测等标准，构建国际原子级先进计量体系，加强国际标准话语权。

四是要扩大原子级制造国际影响力。推动建立原子级制造国际合作联盟，举办原子级制造国际交流活动，树立原子级制造中国品牌。

五是要加大金融手段支持力度。鼓励地方设立原子级制造发展专项基金，鼓励国家金融机构建立原子级制造企业贷款绿色通道。

加强部门协同、央地协作，支持科技产业高质量创新发展。一是要充分发挥新型举国体制机制优势。尽快启动多部门参与、央地联动的专项工作机制，梳理原子级制造技术攻关路线和应用领域，制定攻关任务清单，谋划原子级制造产业化发展路径，推动原子级制造产业链、资金链、创新链快速融合。

二是要通过原子级制造重大科技基础设施等大平台的推广和装备群的应用示范，集聚各类先进生产要素，国家、地方共建具有极端加工检测能力的综合性公共平台，加速颠覆性科技创新、技术应用推广和产品迭代优化升级。

加强学科联动、产业合作、国际交流，提升科技产业竞争力。原子级制造技术作为一项具有颠覆性潜力的前沿技术，其发展不仅依赖于科技创新的突破，更需要在多学科交叉融合、多产业协同合作与国际合作框架下推进。

一是要原子级制造涉及物理学、化学、材料科学、纳米技术等多个学科领域，各学科之间的深度融合是攻克技术瓶颈、推动制造精度提升的关键。通过促进跨学科的协同创新，可以有效解决原子级加工精度精准控制，材料/产品原子级结构规模操控，加工/构筑过程实时检测，以及操作技术的稳定性等核心问题，推动原子级制造技术成熟与广泛应用。

二是要原子级制造技术具有广泛的应用前景，涵盖了半导体、能源、军工、仪器、航空航天等多个行业。为加速这一技术的产业化，必须加强不同行业之间的深度合作，推动跨行业的资源共享与技术协同。各行业可根据自身需求，结合原子级制造技术开展联合研发，推动其在实际应用中的突破。通过多产业的紧密合作，不仅能够实现技术的快速推广，还将加速产业的创新升级，推动经济结构优化和高质量发展。

三是要原子级制造技术的复杂性和前沿性决定了单一国家或地区难以独立完成技术攻关，国际合作因此就成为推动该领域发展的重要途径之一。全球范围内的科研资源、技术平台和创新成果的共享有望大大加速相关技术的研发进程。国际合作不仅能够促进先进技术的快速突破，还能够推动技术标准的全球统一和产业链的国际化合作。通过加强国际科技交流与合作，形成全球协同创新机制，可以在全球范围内实现技术的共享与普及，提升全球制造业的竞争力和可持续发展能力。

（祝世宁、汪卫华、谢素原系中国科学院院士；杨华勇、谭久彬系中国工程院院士）