編者按：
作為廣東省首批啟動建設的省實驗室之一，松山湖材料實驗室揭牌兩年多來，迅速聚集起一大批高水平創新人才，從前沿科技研究到成果市場轉化，取得一系列進展。近期，南方日報、南方+客戶端特別推出材料實驗室骨幹人才及創新團隊系列專訪，講述他們在東莞的創新創業故事。本文為該系列第7篇。
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松山湖材料實驗室微加工平臺：方寸之間“雕刻”微觀世界
古文名篇《核舟記》中，曾詳細記述了古代工匠在不盈一寸的桃核上，以高超技藝雕刻出人物、畫船乃至茶壺、念珠等精細形象，巧奪天工，令人讚歎。
如今，隨著技術的發展與需求的推動，人類的加工精度已經打破肉眼可見的極限，實現奈米甚至原子級別的控制，由此帶來一大批尖端科技的突破。在新材料研發與應用過程中，精密加工技術更是不可或缺的關鍵能力。
松山湖材料實驗室佈局的四大核心板塊之一——公共技術平臺和大科學裝置，就專門設定了“微加工與器件平臺”。該平臺正立足於微納加工技術前沿及半導體器件產業發展趨勢，加快建成集先進材料加工、器件工藝製備及特殊工藝開發為一體的綜合性研發平臺。
不久前，該平臺賈海強研究員與汪洋博士兩位骨幹負責人接受採訪，就平臺建設、團隊搭建、技術特色、未來目標等方面情況進行了詳細介紹。
材料微納加工是材料研究的重要方面
在黃色室燈的照映下，微加工與器件平臺超潔淨實驗室光刻間形成了宛如膠片暗房一般的特殊環境。工作人員從工作臺上取出一片泛著啞光的晶圓片置入光刻機中，片刻之後，一次超越肉眼的亞微米級“雕刻”就已經完成。
紫外光刻機、晶圓鍵合機、顯影臺、介質磁控、感應耦合等離子體刻蝕機、高倍顯微鏡、探針臺……作為公共技術平臺核心板塊之一，大量的尖端儀器裝置是微加工與器件平臺的一大特點。
賈海強研究員介紹道，微加工與器件平臺希望透過先進裝置的引進、定製及合理配置，建設形成器件工藝製備、先進材料加工、線上測試分析及工藝研發為一體的綜合研發平臺，實現新材料從微米到奈米甚至原子級別的結構與器件的可控加工與測試，並提供個性化的工藝技術及器件的解決方案。
賈海強研究員
“任何一種材料，例如鋼鐵，都要做成特定的形狀或者結構才能發揮作用，這就需要用各種手段將它加工成想要的形狀以具備相應功能。”賈海強表示，微納加工就是在微觀層面對材料進行操作和加工，空間尺度至少是微米以下，甚至達到奈米量級。在這個尺度下，傳統的加工方式已經無能為力。
“以晶片加工為例，我們在晶片常用的矽襯底基礎上，可能要去掉幾奈米的厚度，同時還可能要在奈米級別的區域性區域，給它的表面生長一層薄膜。整個過程中，既有材料的製備，也有材料的加工。”賈海強進一步舉例道，眾多微小區域多點位、多層次的不同材料結構和材料體系的組合，最後形成了半導體晶片，猶如建設一棟結構複雜的大樓，並在其中鋪設電路。
根據當下技術發展趨勢，又出現了3D混合整合技術，在單個器件結構基礎上，把不同種類的器件進行對接整合。“原來的晶片好比一個小的工廠區，現在要在上面加建一層生活區，下面增加一個倉庫區，三個不同的功能器件需要整合到一塊去。”
實際上，這樣的加工難度堪比在一顆沙粒上建造一座微型城市，需要高超的微納加工能力支撐。
“材料微納加工本身就是材料研究的重要方面。”賈海強說道，目前微加工平臺已經具備多種材料的複合和綜合加工能力，包括以光刻為代表的微納圖形制備工藝，鍍膜工藝，刻蝕工藝，高溫工藝，表面處理工藝，離子注入工藝等，這些基本覆蓋了微納加工的主要工藝手段。
所有微納器件與整合晶片的製程，基本都是上述工藝手段的排列組合，每一個單獨的器件工藝都需要經過工藝整合後，最終形成一套標準工藝。
與此同時，材料領域非常寬泛，微加工平臺當前主要聚焦於幾大方面的加工能力建設，其中包括：矽、砷化鎵、磷化銦、氮化鎵、碳化矽、氧化鎵、金剛石等為代表的第一代至第三代半導體材料；石英等氧化物材料；金、銅、鉬等金屬材料；二硫化鉬等二維材料，等等。
而從器件類別上看，微加工與器件平臺則涵蓋了光電子工藝、微電子工藝、MEMS微機電系統、矽基光電子整合等多領域的先進材料加工工藝。
完備的硬體條件之外，優秀的人才隊伍為這一平臺順利執行提供了有力支撐。賈海強介紹道，平臺當前主要進行半導體微納加工能力的佈局，具有明顯的多學科交叉特點，因此團隊20多位成員的專業背景跨越了半導體材料、物理、化學、器件工藝、機電等不同領域。更重要的是，平臺還匯聚了產業界具有長期研發經驗的資深技術人員，以及科研一線與產業界合作密切的科研骨幹，為平臺長期發展提供了重要動力和保障。
同時兼顧科研探索與產業發展需求
場地與硬體設施配備、人才團隊搭建、器件製備及研發能力佈局，是微加工與器件平臺第一階段的三項主要工作，而這些實質上都是為後續真正發揮平臺作用所做的必要準備。
按照構想，該平臺建設立足於國際前沿，面向國家和地方科技創新，滿足前沿多領域的新材料工藝製備、器件加工與新型器件開發的需求，同時為國家、廣東省以及粵港澳大灣區的新材料和新器件研發提供技術支撐服務，推動相關可產業化技術的轉移轉化。
目前，平臺已經開始對外開放技術服務，服務物件包括材料實驗室科研團隊以及包括東莞企業在內的國內相關高科技企業。平臺同時也承擔了廣東省重點研發領域專案，目前正在開展之中。
汪洋博士
“例如一家初創晶片企業，可以輕資產執行，產生想法之後，我們可以為企業提供先進的裝置和工藝線，幫助他們把想法變成一個現實的產品，而不需要他們自己置辦所有的工藝裝置。”汪洋博士說道。
汪洋是平臺骨幹負責人之一，畢業於中科院物理所，2007年畢業後進入行業龍頭企業，長期從事化合物半導體研發，2019年全職進入微加工與器件平臺。特殊的研究及工作經歷，使得他非常熟悉科研與產業之間的需求結合點。
“對於一個公司來說，它的產線是針對具體的產品來配置。而我們加工平臺則是面向滿足不同客戶的需求進行配置。所以具體到某一個工藝段來說，我們的配置面向的方向更多、功能更全，實現的效能或特點也更多。”汪洋表示。
實際上，具備微納加工能力的平臺，賈海強及其團隊並非首創，在部分高校、科研院所甚至企業都已經有所佈局。不過汪洋分析道，依託學校或科研機構搭建的平臺，裝置主要服務於科研任務，開展前沿研究，尋求新的發現，距離應用較遠。
而產業界搭建的平臺以盈利為目的，探索的目的性突出，往往只針對某個特定領域，工藝線和功能單一，客戶群體也相對小眾。
“我們的平臺定位，同時要服務科研的需求，也要服務企業的需求。”汪洋表示，這就需要平臺在裝置配置方面有特別的考量，尋求最優的相容性，為更多的產業應用服務。同時，也要有專業技術團隊把裝置用好，充分發揮出裝置的能力，形成具備高度穩定性和一致性，再加上深度的、有特色的工藝技術儲備，才能做好對外服務。
工藝的一致性和穩定性，同樣也是賈海強研究員格外關注的方面。“不管是做具體的產品，或者是給客戶提供服務，都要用穩定的、一致的、高可靠的加工技術去實現我們的目標。”
他表示，要實現這一目標，首先要有完善合理的裝置佈局，其次團隊成員要對工藝技術有深厚的掌握和理解。此外，還需要科學的管理體系去保證相關工藝技術的穩定性和一致性，這幾個方面缺一不可。
產業發展催生對加工服務平臺的迫切需求
賈海強作為中科院物理所與松山湖材料實驗室雙聘研究員，從上世紀90年代起開始從事半導體材料與器件研究，曾獲國家科技進步獎二等獎，並且曾參與創辦多家半導體光電領域產業化公司，具有深厚的學術研究功底與產業化經驗。從事產業化工作期間，賈海強就多次來到東莞、深圳與供應鏈企業對接。
“目前東莞整體的環境很好。東莞緊鄰深圳，松山湖也吸引了很多大企業入駐，帶動了很多相關產業的集聚，我們平臺很大一部分服務物件就在其中。”賈海強表示，松山湖材料實驗室依託於中科院物理所，有良好的研究氛圍；同時，在材料實驗室體系下，團隊與產業鏈之間也有緊密結合。產學研的交叉結合，更容易碰撞出創新的想法，避免了閉門造車。
不過，在他看來，與長三角相比，珠三角高水平科研機構與高校相對缺乏，科研創新活動對於產業發展的支撐性有待進一步增強。
中科院蘇州奈米所成立於2006年，定位於奈米技術的應用基礎研究和產業化，在奈米科技與資訊科學、生命科學等方面產生了一批重要成果。特別是其中設定的公共技術平臺與微加工平臺目前所開展的工作有不少共通之處，催生了眾多產業化應用。
“可以說，長三角的產業發展，把蘇州奈米所的對外加工服務平臺推了出來；然後蘇州奈米所對外加工服務平臺成立，又促進了長三角產業的發展。”賈海強認為，當下廣東產業發展開始向前端延伸，對加工服務平臺產生了迫切需求，這一點在平臺建設過程中就已經有深刻感受。很多企業紛紛前來接洽詢問，是否具備某方面加工能力等等。
賈海強表示，目前圍繞微加工與器件平臺建設，已經分別制定了短期和中長期目標。
短期內
，將致力於形成較為完備的微納加工能力，加工精度覆蓋10奈米到微米尺度，加工尺寸從8英寸向下相容，同時具備第一到三代半導體光電子與微電子等分立器件設計、製備能力；具備主流矽基微機電系統器件與光電子整合器件製備能力等。
長期來看
，平臺著力佈局微納加工先進工藝開發與完整工藝整合的能力，並將拓展3D混合整合工藝、單片整合工藝、先進封裝與測試等領域的相關功能。賈海強展望道，“力爭打造一個材料微納加工領域有影響力的公共技術平臺。”
【記者】陳啟亮
【圖片/影片】黃政正
【作者】 陳啟亮 黃政正
【來源】 南方報業傳媒集團南方+客戶端