山东大学新一代半导体材料集成攻关大平台筑牢产业材料根基——“小晶体”带动“大产业”

走进山东大学晶体研发车间，一排排高达3.5米的碳化硅单晶生长设备整齐排列，2000多摄氏度的炉腔透出橘红色光亮，高温中正进行着神奇的化学反应——一块块碳化硅晶体正快速生长。晶体经过滚圆、整形、定向、切割、研磨、抛光等一系列工序后，一片片厚度0.5毫米、直径200毫米的薄圆片——8英寸碳化硅单晶衬底最终成型。这是国内大尺寸碳化硅生长与加工技术的又一标志性突破。

“近年来，山东大学坚持‘四个面向’，布局构建新一代半导体材料集成攻关大平台，强化学科交叉融合，组织骨干科研力量组成攻关团队，不断优化晶体生产工艺，推动创新链、产业链、人才链深度融合，取得了一系列重大技术突破，持续为高质量发展蓄势赋能。”山东大学校长、中国工程院院士李术才说。

服务国家重大战略，聚力开展集成攻关

新一代半导体材料是引领新一轮产业革命的关键材料，也是引领新旧动能转换、保卫国家安全的国之利器。作为国家创新体系的重要组成部分，高校如何助力我国在半导体核心材料领域换道超车，推动我国新一代半导体、集成电路等技术和产业快速发展？

2019年10月，山东大学新一代半导体材料集成攻关大平台应运而生。作为教育部首批支持建设的集成攻关大平台之一，该平台充分发挥学校在半导体材料研究领域的深厚基础优势，围绕国家战略及核心产业急需，承担战略科技任务，瞄准半导体材料技术未来发展方向，强化有组织科研，支撑我国第三代半导体产业高质量发展。

“大平台一成立就组建了由院士、专家组成的专家委员会，以及由国内高新技术企业技术专家组成的产业委员会，不断跟踪领域发展前沿，从我国核心产业中发现真问题、研究真问题、解决真问题。”新一代半导体材料集成攻关大平台主任徐现刚介绍。

碳化硅的生长与硅有很大不同。硅片不论是什么尺寸，需要的籽晶大小都类似。然而，碳化硅的籽晶需要完全一致的尺寸，即8英寸的碳化硅生长就需要8英寸的籽晶。“8英寸单晶的研发跟种庄稼一样，要有种子（籽晶）才能长出来。”大平台碳化硅团队成员陈秀芳形象地描述。

要生长8英寸的碳化硅单晶，需要利用已有6英寸籽晶，配合扩径坩埚设计和扩径的生长工艺，经过若干次生长和加工迭代过程，才能逐步生长到8英寸直径。整个扩径过程耗时较长，并且扩径工艺流程复杂，中间环节多，对各个环节的工艺控制和品质要求极高。

为助力突破“卡脖子”关键核心技术，学校一方面集中优势学科力量，充实平台的团队建设，加强科研攻关体系布局；另一方面创新管理制度，赋予平台人、财、事、物的高度自主权，保障平台有组织科研高效开展。2019年，大平台依托材料、物理、化学、微电子、控制、信息等学科，布局五项核心、十项紧密攻关任务，以新一代半导体单晶生长与衬底加工为攻关重点，组建起“小核心大网络”式科研攻关体系。此外，大平台实施PI制团队管理模式，单独下达教师岗位指标。

大平台内各学科师生团结协作、各专业资源交叉互补、各任务组全身心专注于集成攻关，碳化硅团队提前实现扩径目标，并成功制备出高质量8英寸碳化硅单晶衬底。与此同时，大平台顺利打通半导体单晶生长—衬底加工—外延生长—器件制备等全链条研发线，在多个研究方向上实现了重要突破。

坚持政产学研融合，加速技术转化落地

2022年下半年，国内晶片厂商加快推进8英寸碳化硅单晶和衬底生产试验，南砂晶圆公司凭借与学校的合作研发，以及公司每年营收占比10%以上的研发投入力度，成为最早宣布试产成功的企业之一。

在碳化硅器件的成本中，衬底、外延、模块占比分别为46%、23%、20%，晶体生长及衬底加工环节占据了近一半成本。其中，晶体生长环节尤为关键。

“实验过程中的每一次开炉就像在开盲盒。晶体没有经过准确的仪器测量和全面的计算分析前，永远不知道这一次能不能成功，会不会有突破。”碳化硅团队博士研究生仲光磊说。

晶体生长的过程中需要凭借专业和经验，对工艺参数灵活调整，目前产品成本控制和产能扩大的制约主要在于人才短缺。“碳化硅产业技术门槛高，专业人才紧缺，”南砂晶圆公司董事长王垚浩介绍，“与山东大学的密切合作解决了我们的急需，让我们对未来行业和市场的发展更有信心。”

近年来，徐现刚多次带领团队成员赴南砂晶圆公司开展技术指导，推进产业化工作。在一次次实地考察和交流合作下，团队解决了碳化硅批次稳定、缺陷控制等关键技术问题，优化了碳化硅制备工艺。材料的研发需经历多个阶段，除了需要科研人员“十年磨一剑、甘坐冷板凳”的坚守，还需要高校、企业、政府等各方共同努力，让技术发展成为成熟的产业技术，真正落地转化，支撑装备和产业升级。

大平台对政产学研融合推进技术落地持十分开放的态度，建立“一中心多基地”模式，通过技术转移转化、合作承担重大任务等模式，与高新技术企业紧密合作，既充分发挥了高校的技术与人才优势，又发挥了企业的规模与市场优势，在政府和各方资金的引导促进下，可以更快实现技术成果向成熟产品的转化。

“我们帮助企业解决技术难题，同时学校也在帮助我们深化校企合作，推动成果产业化落地。无论是在政策规划上‘把方向’，还是在合同签订、程序管理等具体事务上‘促落实’，大平台政产学研融合成效离不开学校的支持。”碳化硅团队成员彭燕介绍。

近年来，学校坚决贯彻落实“服务山东”战略，紧密围绕地方创新发展需求，着力推动科技成果转化提升。联合济南市政府规划建设“中国晶谷”，以“小晶体”带动“大产业”，打造晶体技术创新高地，为地方高质量发展提供了有力支撑。

深化评价机制改革，激发人才创新活力

走进新一代半导体材料集成攻关大平台的实验室，所到之处都有忙碌的研究人员，有的埋头计算着数据，有的站在设备前专注实验……他们满怀热情，投身于科技创新攻坚战之中。

作为学校的“学术特区”，大平台肩负着深化人事体制机制改革“试验田”的重任。2020年5月，学校出台集成攻关大平台体制机制运行方案，赋予平台人、财、事、物的自主权，支持平台以任务为导向，自主组建团队、开展人员评聘、支配经费工作。

立足核心攻关任务、淡化“身份管理”，大平台采取校内校外相结合、固定与流动相结合、专职与兼职相结合的模式，迅速汇聚起一支具有物理、化学、微电子、机械、控制、信息等多个相关学科背景的科研团队，有效支撑大平台的发展。

徐明升是微电子学院的一名教师，在大平台成立后入职开展科研工作，但其人事关系依然保留在学院，承担学院本科教学工作。大平台不仅为徐明升提供了科研办公保障条件，也支持其依托大平台进行专业职务的晋升。“大平台的科研方向聚焦国家战略需求，不同团队之间可以实现上下游协作，进行全链条闭环研发。我可以更专注于半导体工艺研发过程，更好地实现个人价值。”徐明升信心满满。

学校不仅在人才聘用政策上给予大平台倾斜支持，也鼓励大平台开展多元评价，畅通科研人员晋升通道。

2022年度专业技术职务及岗位聘任中，学校首次设立“长聘研究员”序列。对于长期开展重大关键技术攻关的科研人员，通过小同行评价等方式，考察其科研产出的质量和贡献，弱化论文、专利等量化标准，支持其心无旁骛服务重大科技任务攻关。除此之外，大平台高度重视人才引育，专门成立人才工作领导小组，利用“山东大学齐鲁青年论坛”等各类品牌活动，面向海内外吸引集聚高水平创新人才。

“学校将以主题教育开展为契机，坚持不懈用习近平新时代中国特色社会主义思想‘金钥匙’凝心铸魂、破解难题、推动发展，以对党和国家、历史和未来负责的态度推动新一代半导体材料集成攻关大平台持续上水平、提质量，在服务国家战略和区域经济社会发展、优化布局结构的先行先试中作表率，为加快实现高水平科技自立自强作出山大贡献。”山东大学党委书记郭新立说。

作者：中国教育报记者 徐倩 通讯员 王焕杨 车慧卿