我国集成电路材料产业从无到有，背后是他们的青春故事

2022-10-05 04:10

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总台央广中国之声特别报道《奋斗者，正青春》，今天播发《俞文杰：为中国集成电路产业铸核心基“材”》。

俞文杰，39岁，中国科学院上海微系统与信息技术研究所硅基材料与集成器件实验室主任。他带领平均年龄仅36岁的科研团队，经过8年的艰苦攻关，实现国产商用300毫米大硅片零的突破，打破我国集成电路用300毫米大硅片完全依赖进口的局面。他和团队还突破了先进逻辑电路等关键产品技术，并在晶体生长、超平坦化、极限表征等基础研究方面取得一系列成果，解决了我国集成电路产业战略急需问题。

团队面临300毫米大硅片的严峻挑战

在中国科学院上海微系统与信息技术研究所的实验室里，俞文杰正在对最新的集成电路材料进行检测。这个实验室拥有非常先进的检测仪器，是验证集成电路材料性能的重要平台。

硅片被称为“半导体画布”，在硅片之上布设晶体管和金属连线后，它就能变身为完成复杂运算、处理特定任务的集成电路和各种半导体器件，也就是我们常说的芯片。

硅片的直径一般有150毫米、200毫米、300毫米等规格，尺寸越大的硅片，其制造难度越高，对原材料纯度、硅片平整度、表面颗粒数和金属残留量等技术指标的要求就越苛刻。过去，我国在这个领域技术相对薄弱，性能更好的300毫米大硅片更是完全依赖进口。

△各型号大硅片

俞文杰说，300毫米大硅片对平坦度有极高的要求，相当于北京到上海高速公路距离的范围内上下起伏不能超过30厘米，所以这对研发团队是非常严峻的挑战。

两年时间拉出完美的单晶硅棒

为了打破我国大硅片核心技术受制于人的局面，中科院上海微系统所在2014年启动大硅片研发与产业化项目，并成立300毫米大硅片攻关突击队，俞文杰担任队长。攻关的重中之重就是单晶硅棒的制作。

△300毫米大硅片

俞文杰介绍，做300毫米硅片，首先要拉制出一个质量很高的单晶硅棒，难度挑战非常大。“我们在拉晶炉里面要考虑各种物理效应，控制各种物理参数，最终来实现这个近完美的单晶棒。刚开始的时候，拉出来的晶棒有效长度非常低，没有办法做成产品化。”

拉制单晶硅棒的原料是像煤块一样的多晶硅块，因为原子结构排列无序，性能远不及单晶硅。投入熔炉就是要让多晶硅熔化再凝固，围绕着一根旋转的单晶硅生长成一根排列有序的单晶硅棒。拉出这根完美的单晶硅棒，攻关突击队用了两年的时间。

“我们多管齐下，通过从原理上的模拟计算仿真，然后到工程上去实现。在大概两年的时间里，把有效长度提升了非常多，现在已经可以超过1.5米，这个为最后300毫米大硅片能够大规模量产提供了一个很好的技术保障。”俞文杰说。

从硅棒到硅片，中间还有几十道工序，任何一个环节出现一丁点瑕疵，300毫米大硅片的研制之路就走不下去。

经过艰苦攻关，2017年，团队实现了国产商用300毫米大硅片零的突破，打破过去我国该型号硅片依赖进口的局面，并实现大规模量产。目前，300毫米大硅片已累计出货500万片，有力保障了我国大硅片安全供应。

将开展更多类型集成电路材料技术研发

大硅片国产化成功的背后是研发团队夜以继日的奋力攻关。团队研究员魏星说，今年上半年，突击队继续提升技术指标，在封闭情况下，在上海临港的研发与生产基地连续工作两个多月。“有一个共同的信念激励着我们，就是研究出属于中国自己的大硅片，为此整个团队上下都忘我地投入。”

在取得300毫米大硅片成果的基础上，俞文杰带领年轻的团队，面向国家需求与科技前沿，开展更多类型大硅片、光掩模、光刻胶等集成电路材料技术研发。

△俞文杰

十年来，我国集成电路材料产业从无到有，从百分之百依赖进口，到可以研发300毫米大硅片并量产，无数青年科技工作者为国家的科技自立自强奉献青春。

俞文杰说，集成电路材料领域的核心技术攻关没有捷径可走，唯有靠科研人员踏踏实实努力去解决。“作为一名科技工作者，我们必须发挥凝心聚力、攻坚克难的精神，为我国集成电路产业筑牢基础，贡献自己的力量。”

【青春独白】

过去有很多老一辈的科学家，他们的科学家精神以及责任感、使命感都深深地鼓舞了我们青年的一代，我们应该向老一辈的科学家学习，弘扬科学家精神，把这份责任感、使命感继续传承下去，国家需要什么我们就去攻关什么，为国家的科技事业贡献更多的力量。

▌本文来源：中央广电总台中国之声（ID：zgzs001）

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