大国新工匠｜填补我国在半导体行业上游核心材料环节的技术和产品短板，清华博士后在纳米空间向“光”雕刻

来源：【交汇点新闻客户端】

发展光通信，激光芯片材料是关键。位于邳州市的江苏华兴激光科技有限公司，是国内首家掌握砷化镓和磷化铟基全波段半导体激光和探测晶圆材料量产技术的国家高新技术企业、国家级专精特新“小巨人”企业。该公司研发经理王岩今年38岁，是清华大学博士后。她和丈夫罗帅从北京来到邳州创业，用几年时间打破国外垄断，填补了我国在半导体行业上游核心材料环节的技术和产品短板。

显微镜下给“蛋糕”雕花

纯度为99.9%的磷化铟或砷化镓单晶棒，通过横向切割，成为尺寸为2至4英寸或2至6英寸的圆形晶片。抛光后，这些看起来比镜子还要光滑的晶片，就是该公司制作的主打产品——半导体激光发射及探测外延片要使用的基础原材料。

“这就像蛋糕坯，我要一层层垒，在上面雕出‘花’，形成特定的结构。”担心理论太过深奥，王岩用形象的比喻，把科研工作说得通俗有趣。她幽默地形容，自己是一个“蛋糕师”。

王岩做的“蛋糕”用肉眼无法看出差别，但是原来的晶片在显微镜下经过“外延生长”已经变了模样。王岩介绍，在600摄氏度到1200摄氏度以及低压腔室环境内，再通入多种高纯度材料和纯度大于99.9999999%的超高纯载气，进行化学反应，形成几十到几百层厚度不等的纳米级半导体薄层。“整个生长周期约为4到8小时，每个薄层结构都需要精准控制化学成分、应力、掺杂等参数。”说起专业技术，王岩又展现出科研人员的严谨。

有了这些薄层，就可以设计光栅结构。记者了解到，光栅是由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学微结构，是制备激光芯片不可或缺的关键工艺，需要极高精度的光刻、显定影、刻蚀、清洗等半导体工艺。

光栅结构仅有几十纳米，而外延的关键层甚至只有几纳米，因此必须在无尘车间生产。目前，华兴公司拥有百级、千级和万级洁净车间共5000余平方米。车间内，无数个高效空气过滤器一直在循环过滤空气，工作人员穿着全覆式无尘衣保证空气洁净。洁净车间的标准十分严格，比如百级洁净车间要求每立方英尺空气中，0.5微米的悬浮颗粒数量要少于100颗。

王岩通过自主搭建全息曝光产线并进行全息光栅曝光、刻蚀工艺的开发，实现了2至4英寸晶圆片在200至400纳米周期波段的光栅制备，所制备光栅在晶圆面积、关键技术参数和量产稳定性方面均处于业界领先水平，并已进行批量化生产。正是靠着这一创新，她的这项技术被评为“江苏省职工十大先进操作法”。

创新产业转化实现批量化生产

发展半导体产业有四大基础，分别是核心基础零部件、先进制造工艺、关键基础材料、产业基础技术。王岩瞄准的关键基础材料，处于产业链上游。过去，我国芯片和相关材料的中高端市场被美日垄断，只能大量依赖进口，采购渠道也受制于人。

“实现高端半导体激光芯片技术的国产化，就像一颗种子植入心底。”2016年2月，在招商引资政策激励下，王岩举家在邳州扎根，决心发展半导体产业。当时，她和爱人罗帅在中国科学院半导体研究所做研究，他们有共同的方向和目标：把实验成果进行产业转化。

“原来在实验室能把东西做出来就行，但要产业化就要有良率要求。”王岩记得，最初的良率只有30%，需要对整个平台体系进行优化。涂胶、曝光、检测……就这样每两天一个周期，王岩经过3年600多次枯燥的反复试验，去年产品良率已超过99%，相关技术处于业界领先水平，公司产品的附加值随之提高4到6倍。

创新成果，并非唾手可得。“良率在50%时好像遇到了瓶颈，每次都要推倒重来，很痛苦。”王岩很庆幸，自己和家人、团队没有放弃，大家一直坚信可以做出来。就这样经历了小半年时间，他们终于完成了从量变到质变的过程。目前，该产线已实现批量化生产。

一次次技术突破，让王岩得到社会各界的充分肯定，先后获得江苏省双创团队核心成员、江苏省“333高层次人才培养工程”培养对象、江苏省五一劳动奖章。

从一片玉米田到一个现代化产业园

王岩在华兴公司还有另一个身份：党支部书记。她和爱人牵头成立党员技术攻关小组，带着10多名党员冲在科研最前沿。这些年，公司累计获得授权专利50余项，她指导工程师郭丰研究新方法，已实现高端光通信用DFB激光器外延片的量产。在王岩带动下，华兴还联合邳州当地11家半导体材料和设备生产企业，成立“半导体企业党建联盟”，通过把支部建在产业链上，实现资源共享、信息互通、抱团发展、强强联合。比如华兴用的光刻胶、刻蚀设备等，就来自联盟企业。

“当初刚来创业时人生地不熟，公司的这片地还是一片玉米田。”出生在内蒙古的王岩很感慨，如今这里已建起一个现代化园区，是邳州市半导体材料和设备产业园。他们公司也从创业初期的10余位成员，发展到由中国科学院院士、国家高层次人才特殊支持计划、海归博士组成的核心技术和运营团队200余人。王岩也把两个孩子带到了邳州上学，就是决心长期奋斗，干出一番事业。

正是以华兴、博康、上达、鲁汶、谷阳等企业为龙头，邳州的半导体材料与设备产业已发展规上工业企业29家，在光刻材料、光电材料外延、柔性材料生产、生产测试设备、泛半导体材料等五大领域不断取得突破。特别是在科技创新以及人工智能新需求推动下，各家企业加快转型升级，不断推出新产品。华兴公司入选省科技重大成果转化项目、鲁汶仪器公司获批省级首台（套）认定、上达半导体公司获批省级智能制造示范工厂……一个个亮眼成绩，让邳州半导体产业的行业地位、国际影响力持续提升。

“我们还有提升的空间，一定会专注于行业，不断锤炼技术。这个市场很大，我们才刚开始呢。”王岩深知，目前产品的市场占有率还不算高，但是未来空间广阔，她说：“外国人如果不卖给你怎么办呢？至少现在，我们中国人有了！”

新华日报·交汇点记者 王岩

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大国新工匠｜填补我国在半导体行业上游核心材料环节的技术和产品短板，清华博士后在纳米空间向“光”雕刻

发展光通信，激光芯片材料是关键。位于邳州市的江苏华兴激光科技有限公司，是国内首家掌握砷化镓和磷化铟基全波段半导体激光和探测晶圆材料量产技术的国家高新技术企业、国家级专精特新“小巨人”企业。该公司研发经理王岩今年38岁，是清华大学博士后。她和丈夫罗帅从北京来到邳州创业，用几年时间打破国外垄断，填补了我国在半导体行业上游核心材料环节的技术和产品短板。

显微镜下给“蛋糕”雕花

纯度为99.9%的磷化铟或砷化镓单晶棒，通过横向切割，成为尺寸为2至4英寸或2至6英寸的圆形晶片。抛光后，这些看起来比镜子还要光滑的晶片，就是该公司制作的主打产品——半导体激光发射及探测外延片要使用的基础原材料。

“这就像蛋糕坯，我要一层层垒，在上面雕出‘花’，形成特定的结构。”担心理论太过深奥，王岩用形象的比喻，把科研工作说得通俗有趣。她幽默地形容，自己是一个“蛋糕师”。

王岩做的“蛋糕”用肉眼无法看出差别，但是原来的晶片在显微镜下经过“外延生长”已经变了模样。王岩介绍，在600摄氏度到1200摄氏度以及低压腔室环境内，再通入多种高纯度材料和纯度大于99.9999999%的超高纯载气，进行化学反应，形成几十到几百层厚度不等的纳米级半导体薄层。“整个生长周期约为4到8小时，每个薄层结构都需要精准控制化学成分、应力、掺杂等参数。”说起专业技术，王岩又展现出科研人员的严谨。

有了这些薄层，就可以设计光栅结构。记者了解到，光栅是由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学微结构，是制备激光芯片不可或缺的关键工艺，需要极高精度的光刻、显定影、刻蚀、清洗等半导体工艺。

光栅结构仅有几十纳米，而外延的关键层甚至只有几纳米，因此必须在无尘车间生产。目前，华兴公司拥有百级、千级和万级洁净车间共5000余平方米。车间内，无数个高效空气过滤器一直在循环过滤空气，工作人员穿着全覆式无尘衣保证空气洁净。洁净车间的标准十分严格，比如百级洁净车间要求每立方英尺空气中，0.5微米的悬浮颗粒数量要少于100颗。

王岩通过自主搭建全息曝光产线并进行全息光栅曝光、刻蚀工艺的开发，实现了2至4英寸晶圆片在200至400纳米周期波段的光栅制备，所制备光栅在晶圆面积、关键技术参数和量产稳定性方面均处于业界领先水平，并已进行批量化生产。正是靠着这一创新，她的这项技术被评为“江苏省职工十大先进操作法”。

创新产业转化实现批量化生产

发展半导体产业有四大基础，分别是核心基础零部件、先进制造工艺、关键基础材料、产业基础技术。王岩瞄准的关键基础材料，处于产业链上游。过去，我国芯片和相关材料的中高端市场被美日垄断，只能大量依赖进口，采购渠道也受制于人。

“实现高端半导体激光芯片技术的国产化，就像一颗种子植入心底。”2016年2月，在招商引资政策激励下，王岩举家在邳州扎根，决心发展半导体产业。当时，她和爱人罗帅在中国科学院半导体研究所做研究，他们有共同的方向和目标：把实验成果进行产业转化。

“原来在实验室能把东西做出来就行，但要产业化就要有良率要求。”王岩记得，最初的良率只有30%，需要对整个平台体系进行优化。涂胶、曝光、检测……就这样每两天一个周期，王岩经过3年600多次枯燥的反复试验，去年产品良率已超过99%，相关技术处于业界领先水平，公司产品的附加值随之提高4到6倍。

创新成果，并非唾手可得。“良率在50%时好像遇到了瓶颈，每次都要推倒重来，很痛苦。”王岩很庆幸，自己和家人、团队没有放弃，大家一直坚信可以做出来。就这样经历了小半年时间，他们终于完成了从量变到质变的过程。目前，该产线已实现批量化生产。

一次次技术突破，让王岩得到社会各界的充分肯定，先后获得江苏省双创团队核心成员、江苏省“333高层次人才培养工程”培养对象、江苏省五一劳动奖章。

从一片玉米田到一个现代化产业园

王岩在华兴公司还有另一个身份：党支部书记。她和爱人牵头成立党员技术攻关小组，带着10多名党员冲在科研最前沿。这些年，公司累计获得授权专利50余项，她指导工程师郭丰研究新方法，已实现高端光通信用DFB激光器外延片的量产。在王岩带动下，华兴还联合邳州当地11家半导体材料和设备生产企业，成立“半导体企业党建联盟”，通过把支部建在产业链上，实现资源共享、信息互通、抱团发展、强强联合。比如华兴用的光刻胶、刻蚀设备等，就来自联盟企业。

“当初刚来创业时人生地不熟，公司的这片地还是一片玉米田。”出生在内蒙古的王岩很感慨，如今这里已建起一个现代化园区，是邳州市半导体材料和设备产业园。他们公司也从创业初期的10余位成员，发展到由中国科学院院士、国家高层次人才特殊支持计划、海归博士组成的核心技术和运营团队200余人。王岩也把两个孩子带到了邳州上学，就是决心长期奋斗，干出一番事业。

正是以华兴、博康、上达、鲁汶、谷阳等企业为龙头，邳州的半导体材料与设备产业已发展规上工业企业29家，在光刻材料、光电材料外延、柔性材料生产、生产测试设备、泛半导体材料等五大领域不断取得突破。特别是在科技创新以及人工智能新需求推动下，各家企业加快转型升级，不断推出新产品。华兴公司入选省科技重大成果转化项目、鲁汶仪器公司获批省级首台（套）认定、上达半导体公司获批省级智能制造示范工厂……一个个亮眼成绩，让邳州半导体产业的行业地位、国际影响力持续提升。

“我们还有提升的空间，一定会专注于行业，不断锤炼技术。这个市场很大，我们才刚开始呢。”王岩深知，目前产品的市场占有率还不算高，但是未来空间广阔，她说：“外国人如果不卖给你怎么办呢？至少现在，我们中国人有了！”

新华日报·交汇点记者 王岩

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