圍繞國家基礎研究與科技創新重大戰略需求，突破國外“卡脖子”關鍵技術，實現關鍵核心部件國產化。項目重點支持高D科學儀器工程化研制與應用開發，研制可靠、耐用、好用、用戶愿意用的高D科學儀器或其核心部件，切實提升我國科學儀器自主創新能力和裝備水平，促進產業升級發展，支撐創新驅動發展戰略實施。

氣體流量是常規的檢測物理量之一，氣體流量的測量及控制在工業過程控制、半導體、光伏、燃料電池、分析儀、航空航天、醫療和科學研究等各個行業均發揮著極其重要的作用，在國計民生中的地位和研究價值也越來越高。氣體質量流量計（Mass Flow Meter,MFM）用于氣體流量的測量，氣體質量流量控制器（Mass Flow Controller, MFC）由氣質質量流量計和比例閥組成，用于對氣體流量的精確控制，其市C規模超過300億元/年，帶動市C規模超過10萬億元/年。

目前，氣體質量流量控制器市C主要由歐美品牌主導，如圖1所示，2019年氣體質量流量控制器市C占有L前15名的品牌中，國內僅北京七星華創一家公司上榜，國內品牌的市C總占有L不足3%。尤其在半導體刻蝕機、衛星姿態控制儀、ICP質譜儀等設備制造中所需要的高D  MFC產品，目前全部依賴進口，該市C被美國MKS、日本Horiba、荷蘭Bronkhorst等歐美企業所壟斷，嚴重影響國家高D儀器設備的發展。

隨著半導體技術及高D設備的發展，傳統的差壓式質量流量控制器、基于毛細管的熱式質量流量控制器已逐漸無法滿足要求，MEMS質量流量控制器因靈敏度高、響應速度快、量程比大、抗污染能力強等優點得到迅速發展。歐美品牌已先后布局MEMS熱式質量流量控制器，而國內品牌仍以北京七星華創的毛細管熱式質量流量控制器為主，這導致國內外產品的差距越來越大。另一方面，隨著美國的不斷制裁，質量流量控制器中采用的比例閥進口也受到限制。而國產比例閥能力不足，這無疑加劇了技術“卡脖子”的現狀。

因此，半導體級質量流量控制器及其核心部件的研制有助于解決國家“卡脖子”問題、提升半導體等重要產業的鏈條安全性。本項目擬從MEMS工業級流量傳感器芯片制備、壓電比例閥開發及電路和控制算法模型優化三個方面開展相關研究工作，以解決“兩個核心”、完善“一個模型”為路線，開發出性能穩定、質量可靠的氣體質量流量控制器產品，并形成批量生產能力，在半導體、光伏、分析儀、航空、醫療等行業設備中進行國產化替代，打破國外壟斷現狀。

產業鏈分析

氣體質量流量控制器作為半導體設備、衛星姿態控制設備、ICP質譜儀等設備的核心部件，目前主要依賴進口，嚴重受制于歐美等西方國家。因此，氣體質量流量控制器的國產化將直接影響高D科學分析儀器和先進半導體設備的發展及國產化進程。

因此，作為氣體質量流量控制器的技術基礎，MEMS流量傳感器芯片及比例閥的開發至關重要。只有成功研制出高性能、高可靠性MEMS芯片及比例閥，配合先進電路及控制算法，才能制造出不亞于歐美產品的氣體質量流量控制器，打破國外壟斷，突破“卡脖子”限制，實現高D儀器設備國產化，提升半導體、國防等重要產業的鏈條安全性。

核心技術難點分析

一、工業級MEMS流量傳感器芯片的制備。現有的MEMS流量傳感器芯片通常在懸膜上制備加熱元件和敏感元件，結構穩定性差，懸膜的變形甚至破裂將直接影響器件的性能；另一方面，當芯片受到污染、受潮或受到磨損后，可能導致測量結果不準確甚至失效。因此，如何提升MEMS流量傳感器芯片的穩定性和可靠性的一核心技術難點。

二、壓電比例閥的開發。一方面，目前國內質量流量控制器的生產主要依賴進口的電磁比例閥，隨著制裁的加劇，比例閥的國產化顯得尤為重要；另一方面，傳統的比例閥普遍采用電磁技術，利用線圈通電時產生的電磁力控制閥芯運動，結構復雜，響應速度慢，且功耗大，抗干擾能力差，易損壞。因此，開發具有高精度、低功耗、快速響應、抗電磁干擾的壓電比例閥，是另一核心技術難點。

經濟社會效益測算

“十三五”以來，隨著中國制造2025計劃的推進，在高速增長的內需拉動下，我國設備制造業取得了長足的進步，重大技術設備自主創新能力大幅提高，但由于國外對我國高性能MEMS芯片及關鍵核心部件的卡脖子限制，嚴重制約了我國高D儀器設備的發展，導致國民經濟和國防安全的發展受制于人。MEMS流量傳感器芯片、壓電比例閥以及半導體級氣體質量流量控制器，對于打破國外壟斷、提升行業的技術水平能夠起到非常好的推動作用，預期可以獲得顯著的社會經濟效益。

通過開展氣體質量流量控制器及其核心部件的批量制造研究、能夠在芯片、模組和智能算法等全鏈條核心技術形成自主的知識產權，使我國質量流量控制器及其下游高D儀器設備產業自主可控的發展，打破國外對氣體質量流量控制器及其加工平臺的技術壟斷和市C壟斷，改變我國氣體質量流量控制器長期依賴進口、受制于人的困境，增強我國高D儀器設備的自主創新能力，促進國產化替代，有利于國家產業生態的合理布局，提升半導體、國防等重要產業的鏈條安全性。