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張曉東在超凈實驗室。受訪者供圖
今年對中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所(以下簡稱蘇州納米所)正高級工程師張曉東來說,可謂雙喜臨門。他不僅獲得“全國先進工作者”稱號,所在的微納加工技術創新團隊也榮獲中國科學院第六屆科苑名匠稱號。
時針撥回2009年,碩士畢業的張曉東剛加入蘇州納米所,就一頭扎進納米加工平臺,一干就是16年。
納米加工平臺是集半導體微納加工、檢測及封裝于一體的技術平臺,2009年正式對外開放,目前已擁有超1萬平方米超凈實驗室、各類半導體設備300余臺套,可滿足各類光電子器件、功率電子器件、微納器件、生物芯片及傳感器的研發需求。
從普通工藝員到技術骨干,張曉東見證了納米加工平臺的成長。“上述榮譽是對我們單位與團隊的認可。”張曉東告訴《中國科學報》,激動之余,他思考更多的是如何傳承這種“工匠精神”。
“小學徒”到“老師傅”
“半導體制造是一個相對高端的產業,工藝水平和個人經驗高度相關。書上看的和動手操作完全是兩碼事。”張曉東告訴《中國科學報》。而16年前的他,除了一股干勁,專業技能和經驗積累幾乎是“零”。
當時,作為納米加工平臺運維團隊的年輕工藝員,張曉東負責平臺的電子束金屬蒸發、化學機械研磨拋光、磁控濺射薄膜沉積等設備的日常運營管理。面對這些價值數百萬元的精密儀器設備,他常常“緊張到手心微微冒汗”。
“學習和業務能力提升成了第一要務。”張曉東說。盡管當時作為普通工藝員的張曉東只負責幾臺設備,但深夜或周末,在燈火通明的實驗室里,經常能看到他的身影。
蘇州納米所主持承擔的國家重大科學研究計劃項目“基于納米結構的寬光譜高效太陽能電池關鍵科學問題研究”,需要依托納米加工平臺完成化合物半導體太陽能電池器件的研究。作為平臺一員,張曉東也參加了該項目。
“這對當時的我來說很有挑戰性。”張曉東回憶道,“做一顆太陽能電池芯片需要幾十個工藝步驟,從清洗材料到光刻,再到刻蝕、鍍膜等,僅光刻就要七八次,一般完成整個流程需要兩至三周。”
要實現良好的化合物太陽能電池芯片性能,襯底厚度至關重要。“越薄轉換效率越高、成本越低。”張曉東介紹,芯片襯底減薄是一道必須突破的難關。兩英寸晶圓級芯片的InP、GaAs襯底要減薄到100微米至50微米。然而,因為材料特性和前期的工藝積累,隨著厚度減少,整個芯片變得異常“脆弱”,一不留神就前功盡棄。
“每一步的器件工藝都直接影響芯片制備的成敗,甚至影響項目的研發進度,風險、壓力、挑戰并存。”張曉東說,在反復嘗試和多次失敗中,他積累了豐富的工藝開發經驗,“正是這些磨礪豐富了我的認知,也提高了業務水平,讓我有了更新的起點”。
十余年堅守一線
在負責納米加工平臺系列半導體設備運營、管理之余,張曉東還積極參與工藝開發與積累、標準化工藝制定與推廣、技術培訓與人才培養等工作……納米加工平臺發展的每一個關鍵節點,都有他的身影。
“隨著時間積累和各種工作的歷練,我開始和團隊做一些開拓性工作。”張曉東發現,隨著增強現實(AR)和虛擬現實(VR)等新型近眼顯示系統的快速發展,傳統的顯示芯片已無法滿足應用需求。
自發光的氮化鎵Micro-LED微顯示芯片具有高亮度、高效率、高分辨率、高色彩飽和度、小體積、低功耗等優異特性,是AR/VR等近眼顯示系統的核心。然而,常規Micro-LED芯片制備都基于藍寶石襯底,當與硅基CMOS驅動晶圓集成時,由于熱膨脹系數差異,二者產生的膨脹或收縮程度不一樣,極易導致芯片破裂。“我們團隊創新性采用了硅襯底氮化鎵Micro-LED與硅基CMOS晶圓異質集成,不僅能有效避免芯片集成的裂片問題,還兼容標準的半導體制造工藝,適合大規模量產。”張曉東介紹,他們結合高效量子點色彩轉換技術,利用特殊光學特性,將一種顏色的光高效轉換為另一種顏色,實現了性能優異的單片集成式全彩Micro-LED微顯示芯片制備。
瞄準科研和產業發展需求,張曉東帶領團隊建成了國內首條開放性8英寸氮化鎵Micro-LED工藝線,加速了高端Micro-LED微顯示芯片國產化進程,進一步提高了納米加工平臺的影響力。
10余年間,張曉東見證了納米加工平臺的發展。目前,平臺每年支撐數百家高校、科研院所和企業的科學研究、技術開發和人員培訓等,為新一代信息科技發展輸送了大量技術與人才,推動相關產業增加產值數十億元。
“現在日益強大的納米加工平臺已經在回饋社會。”而張曉東依舊投身實驗室一線,攻克更多新型半導體元器件關鍵技術。
“工匠精神”代代傳
“‘勞模精神、工匠精神’在科研領域尤其重要,對事物、問題的堅守執著、專業專注、精益求精、一絲不茍都是做好科研工作必備的素質。”張曉東深入思考了科研工作者的責任和擔當,“認真努力做好本職工作的同時,還要不斷提高專業技能和自身素養,開拓進取、大膽探索、勇于創新。”
張曉東在總結自己“攻關秘籍”的同時,也在思考如何將“工匠精神”傳承下去。
張曉東格外注重培養學生的主觀能動性。“必須將年輕人的內在驅動力與外在科研規范相結合,使他們兼具創新精神與學術操守。同時,還要恪守科研工作的嚴謹性,確保數據真實可靠、實驗可重復、論文無學術不端,守得住底線。”張曉東說,此外還得有甘坐“冷板凳”的精神和挑戰“不可能”的勇氣。當然,身心健康也非常關鍵,這是實現一切的基礎和保障。
張曉東一直在身體力行地傳遞“工匠精神”。“我經常告訴學生,要將個人興趣與國家發展相結合,努力做終身學習者,力爭成為知識型、技能型、創新型的勞動者。”
一手抓科研、一手抓教學,張曉東前行的腳步始終沒有停下。
“我國近年來雖然在新型半導體材料與器件、芯片等領域取得了長足發展,但量還不夠大、面還不夠廣,要做到全面領先、超越,還需要共同努力。”張曉東說,“我們將依托平臺優勢,力爭在超寬禁帶半導體、化合物半導體材料與器件、半導體材料與芯片異質異構集成等領域作出貢獻。”
(原載于《中國科學報》?2025-06-30?第3版?綜合)
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