微納加工與表征開放服務(wù)平臺建設(shè)若干問題的思考

李攀　曾成　夏金松　盧宏

摘要：高校公共開放加工實驗平臺的建設(shè)，應圍繞國家需求和國家戰(zhàn)略，服務(wù)前沿科學領(lǐng)域，保障高校承接的國家重大科研項目順利實施。微納平臺依托高校和試點國家實驗室優(yōu)勢學科群，戰(zhàn)略任務(wù)是“海陸空天一體化光網(wǎng)絡(luò)”，覆蓋集成光子學、光子輻射與探測、光電信息存儲三個子方向;面向信息光電子領(lǐng)域的信息獲取、傳輸、交換、運算、處理及信息存儲等，重點開展核心光電子器件、集成、系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)的應用基礎(chǔ)研究工作;探索改善器件性能與存儲新能的新機理，新材料，新結(jié)構(gòu)和新工藝;聚焦可持續(xù)提升信息容量的新技術(shù)，從根本上解決信息光電子發(fā)展過程中卡脖子的關(guān)鍵器件和芯片國產(chǎn)化問題，服務(wù)于國家信息領(lǐng)域重大戰(zhàn)略需求。

關(guān)鍵詞：開放服務(wù)平臺;微納加工;光電子

近年來，國家優(yōu)化調(diào)整國家重點實驗室《國家科技創(chuàng)新基地優(yōu)化整合方案》（國科發(fā)基〔2017〕250號），在現(xiàn)有試點國家實驗室和已形成優(yōu)勢學科群基礎(chǔ)上，組建（地名加學科名）國家研究中心，納入國家重點實驗室序列管理。2017年11月21日，科技部下發(fā)了《科技部關(guān)于批準組建北京分子科學等6個國家研究中心的通知》（國科發(fā)基〔2017〕358號），批準組建武漢光電國家研究中心。2018年國家重點研發(fā)計劃“光電子與微電子器件及集成”重點專項啟動。

武漢光電國家研究中心以海陸空天一體化光網(wǎng)絡(luò)、綠色高效光子循環(huán)與光子制造、腦連接圖譜與類腦智能等三大戰(zhàn)略任務(wù)為牽引，圍繞集成光子學、光子輻射與探測、光電信息存儲、激光科學與技術(shù)、能源光子學、生物醫(yī)學光子學、多模態(tài)分子影像、生命分子網(wǎng)絡(luò)與譜學等8個方向，開展前瞻性、戰(zhàn)略性、前沿性基礎(chǔ)研究。為了支撐各研究方向的工作，研究中心將建設(shè)微納工藝與表征、太瓦激光、生物醫(yī)學成像等三個具有國際領(lǐng)先水平的重大基礎(chǔ)條件平臺，提升源頭創(chuàng)新能力，產(chǎn)出原創(chuàng)性成果，培育國際并跑和領(lǐng)跑學科。平臺本身的建設(shè)將造就一支高素質(zhì)的人才隊伍，而平臺的建成更能吸引一大批高素質(zhì)的科研人員入駐，聚焦國家戰(zhàn)略需求，支撐國家重大科技計劃與國際大科學工程項目的實施?；A(chǔ)條件平臺將由多學科背景的專業(yè)研究人員和工程師隊伍進行管理，通過開放共享，匯聚國內(nèi)外優(yōu)勢研究資源，將研究中心建設(shè)成為國際光電領(lǐng)域領(lǐng)先的學術(shù)創(chuàng)新中心。

本文通過調(diào)研國內(nèi)外同類開放服務(wù)平臺的建設(shè)，對微納工藝與表征平臺建設(shè)的目標、與開放方式進行了探討，闡述了微納平臺建設(shè)構(gòu)想和建設(shè)規(guī)劃。對開放服務(wù)平臺的組織結(jié)構(gòu)，人員規(guī)模、管理方式、設(shè)備能力建設(shè)方案進行了探索。回答了“為什么要建微納平臺？”、“如何建？”以及建成后“如何運行？”等問題。

1國內(nèi)外微納平臺建設(shè)調(diào)研

通過在海外國內(nèi)外同類微納平臺留學、工作過的人員座談會、網(wǎng)絡(luò)文獻調(diào)研的方式，調(diào)研了加州大學-圣塔芭芭拉納米實驗室（UniversityofCalifornia，SantaBarbaraNanofab）、斯坦福大學納米制造平臺（StanfordNanofabricationFacility）、美國橡樹嶺國家實驗室（OakRidgeNationalLaboratory，ORNL）納米應用中心、比利時微電子研究中心（InteruniversityMicroelectronicsCentre，IMEC）、香港科技大學納米系統(tǒng)制造研究所、上海交通大學先進電子材料與器件校級平臺（AEMD）、中科院微電子所硅光工藝平臺、中科院蘇州納米加工平臺和清華大學微納加工平臺等平臺的情況。總結(jié)出以下幾點。

1.1平臺運行壓力小，高質(zhì)量服務(wù)是關(guān)鍵

多數(shù)高校平臺無需考慮運行和維修維護費用，少數(shù)平臺要自負盈虧。多數(shù)平臺進行成本核算收費，少數(shù)要盈利。橡樹嶺國家實驗室測試不收錢，要求用戶在平臺上出成果，需要用戶的成果體現(xiàn)平臺的價值。

1.2考核簡化，重視用戶評價

蘇州納米所不以文章數(shù)量和申請項目數(shù)量及經(jīng)費數(shù)量為考核目標。建立以服務(wù)質(zhì)量、技術(shù)開發(fā)、設(shè)備研發(fā)、平臺運行為主的考核體系。

1.3重視人才培養(yǎng)

清華大學微納加工平臺的職稱激勵：設(shè)置正高、高工平臺與教學分開單獨評聘;兩獎拉動：實驗技術(shù)成果獎和優(yōu)秀實驗技術(shù)人員獎;基金助推：實驗室創(chuàng)新基金，鼓勵實驗技術(shù)和裝置研究;培訓提升：出國，每年1-2名，6-12個月;隊伍改革：試點先行，進行中，如高工評審下放至平臺。

1.4專業(yè)化隊伍，技術(shù)水平高

美國斯坦福大學納米制造平臺建設(shè)及開放共享與隊伍建設(shè)和人員管理密切關(guān)聯(lián)，隊伍能力水平、專業(yè)化、投入和專注度是關(guān)鍵。國外平臺能夠招聘和穩(wěn)定住高水平技術(shù)人員。該平臺23個全職人員享有以下待遇：

（1）穩(wěn)定的工作機會。

（2）能夠有機會指導學生，產(chǎn)生影響。

（3）斯坦福大學的助學計劃（TuitionPlans）：在斯坦福大學工作5年以上，學校會負擔該員工子女讀大學的大部分學費。

2微納平臺目標和定位

微納加工與表征平臺的建設(shè)，應服務(wù)于國家需求和國家戰(zhàn)略，服務(wù)于前沿科學領(lǐng)域，保障高校承接的國家重大科研項目順利實施。依托華中科技大學武漢光電國家實驗室（籌）優(yōu)勢學科群，作為武漢光電國家研究中心建設(shè)的三大平臺之一，戰(zhàn)略任務(wù)是面向“海陸空天一體化光網(wǎng)絡(luò)”，覆蓋集成光子學、光子輻射與探測、光電信息存儲三個子方向;面向信息光電子領(lǐng)域的信息獲取、傳輸、交換、運算、處理及信息存儲等;重點開展核心光電子器件、集成、系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)的應用基礎(chǔ)研究工作;探索改善器件性能與存儲新能的新機理、新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝;聚焦可持續(xù)提升信息容量的新技術(shù);從根本上解決信息光電子發(fā)展的卡脖子的關(guān)鍵器件和芯片國產(chǎn)化問題;為提升國家信息領(lǐng)域核心競爭力，服務(wù)重大戰(zhàn)略需求提供保障。

2.1半導體工藝的發(fā)展趨勢

晶體管柵極尺寸越來越小，存儲器中器件的堆疊層數(shù)越來越多。先進半導體器件和光電子器件所需要的加工和測試條件也變得越來越先進和苛刻。國內(nèi)外先進的微納加工平臺和流片基地發(fā)展迅速，而武漢光電國家研究中心的微納加工平臺目前存在設(shè)備種類少，設(shè)備性能差，年限長，不能滿足發(fā)展需求的問題。近幾年，國內(nèi)光電子、信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，5G、虛擬現(xiàn)實、量子通信、量子計算、人工智能等新技術(shù)不斷取得突破。社會上的企業(yè)都是大型工業(yè)化生產(chǎn)線，工藝參數(shù)不允許隨意改變，亟需中試、小試等配套科研型設(shè)備設(shè)施。

2.2信息光電子的重點方向

軌道角動量光通信/光互連、光信號處理器件及集成技術(shù)、微波光子技術(shù)及器件集成、半導體激光器及陣列、高速高效調(diào)制器和探測器，硅基微納光電子器件與集成，主動對象海量存儲系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)，面向大數(shù)據(jù)的萬片低能耗光盤庫，混合云存儲系統(tǒng)與關(guān)鍵技術(shù)。在信息光電子領(lǐng)用和海陸空天一體化的國家戰(zhàn)略指引下，出現(xiàn)了400G光模塊、5G通信、硅基光互連、鈮酸鋰高速調(diào)制器等熱點研究內(nèi)容，研究中心在信息光電子領(lǐng)域積極布局，在信息光電子領(lǐng)用，重點研究方向有：軌道角動量光通信/光互連、光信號處理器件及集成技術(shù)、微波光子技術(shù)及器件集成、半導體激光器及陣列、高速高效調(diào)制器和探測器，硅基微納光電子器件與集成，主動對象海量存儲系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)，面向大數(shù)據(jù)的萬片低能耗光盤庫，混合云存儲系統(tǒng)與關(guān)鍵技術(shù)等。

針對國家戰(zhàn)略和國家需求，國家研究中心所凝練出來了一系列重大課題，如：高速相干光通信網(wǎng)絡(luò)核心集成光電子器件及關(guān)鍵技術(shù)，面向高新能計算的光互連及光子信息處理集成芯片等。這些重大課題所需要的關(guān)鍵芯片和器件，比如陣列激光器、高速探測器、高速調(diào)制器，光邏輯運算芯片等，這些芯片和器件的國產(chǎn)化需要先進的微納加工條件和芯片表征測試條件。在平臺的支持下一些老師做出了一系列先進的科研成果，取得了豐碩的成績。

2.3微納平臺定位

微納平臺重點支持的研究方向應該面向新一代網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心光互聯(lián)、5G等信息光電子應用領(lǐng)域，在高端材料生長、核心光電子芯片工藝方面突破關(guān)鍵技術(shù)和共性技術(shù)瓶頸，掌握信息光電子芯片和器件的核心技術(shù)。重點建設(shè)以下幾個方向，爭取早日取得突破性成果。

（1）高速相干光通信網(wǎng)絡(luò)核心集成光電子器件及關(guān)鍵技術(shù)。

（2）面向高新能計算的光互連及光子信息處理集成芯片。

（3）特種光束通信及非通信應用。

（4）用于微波和太赫茲光子學的集成光子器件。

（5）納米光子學器件中的新現(xiàn)象及機理。

2.4科學目標

為高端光電子芯片、先進集成電路、MEMS等研發(fā)提供技術(shù)和服務(wù)。支撐海陸空天一體化光網(wǎng)絡(luò);支撐WNLO產(chǎn)生重大原創(chuàng)成果、重要技術(shù)創(chuàng)新、重大技術(shù)應用;兼顧對外開放服務(wù)，并具備自造血能力。

2.5技術(shù)目標

重點解決56Gb/s電吸收調(diào)制激光器芯片、400Gb/s硅基集成光收發(fā)芯片、量子芯片等關(guān)鍵共性技術(shù)的開發(fā)。開展以GaN、InP基材料為代表的三五族半導體技術(shù)研發(fā)。開展高速硅基光電子集成芯片產(chǎn)品技術(shù)的研發(fā)。

3管理方式

微納工藝與表征平臺直屬武漢光電國家研究中心，組建“教授委員會”為平臺的監(jiān)督與決策機構(gòu)。平臺實行集中管理，下設(shè)行政管理、工藝管理、廠務(wù)管理、設(shè)備維護等部門，組織機構(gòu)圖見下圖。

教授委員會是微納平臺的咨詢、監(jiān)督與決策機構(gòu)，直接對實驗室領(lǐng)導負責，職責是制定平臺發(fā)展規(guī)劃與發(fā)展目標，決定需要購買的設(shè)備，為平臺爭取經(jīng)費資源以及對平臺的績效進行考核等。平臺專職人員總數(shù)約需30-50人。

4建設(shè)內(nèi)容

圍繞科學目標和技術(shù)目標，微納平臺將從信息光電子器件的幾個主流材料系列著手，建立起一個服務(wù)于全社會的信息光電子器件芯片工藝技術(shù)支撐平臺，同時也建立起與信息光電子器件芯片產(chǎn)品制造和應用相關(guān)的先進檢測測試和器件封裝工藝技術(shù)平臺。培養(yǎng)一大批既懂得芯片理論設(shè)計又具有豐富產(chǎn)品工藝經(jīng)驗的高端產(chǎn)品技術(shù)人才，促進上述各類高端應用產(chǎn)品的研究開發(fā)，加快技術(shù)成果轉(zhuǎn)化和信息光電子產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。重點建設(shè)硅基、三五族、多材料體系三類工藝線，形成具有國際一流水平的光電子芯片加工、測試平臺。

（1）共性設(shè)備建設(shè)：濕法腐蝕成套設(shè)備設(shè)施、成套光刻工藝設(shè)備及凈化間、金屬及介質(zhì)膜成膜設(shè)備、芯片封裝設(shè)備、測試設(shè)備。

（2）專用設(shè)備建設(shè)：干法刻蝕、材料外延，搭建硅基、三五族、多材料體系三類工藝線。

（3）在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，補足短板，增加必要的具有國際先進水平的關(guān)鍵設(shè)備。

（4）建立健全制度規(guī)范，建設(shè)安全體系、質(zhì)量體系。

（5）通過CNAS、CMA、ILACMRA等專業(yè)機構(gòu)的認證，提高平臺的管理水平、服務(wù)質(zhì)量和服務(wù)能力。

5人才培養(yǎng)

為鼓勵大型機組操作人員對外服務(wù)，出臺有關(guān)政策，依照儀器類別按不同比例向機組人員返還測試收入，部分可作為獎勵勞酬，以及為實驗技術(shù)人員年度績效考核評價依據(jù)。

建立支撐體系的考核機制，不以文章數(shù)量和申請項目數(shù)量及經(jīng)費數(shù)量為考核目標。建立以服務(wù)質(zhì)量、技術(shù)開發(fā)、設(shè)備研發(fā)、平臺運行為主的考核體系。

組織開展大型儀器開放共享服務(wù)研討活動，例如舉辦學術(shù)年會或?qū)ｎ}研討會。加大實驗技術(shù)人員的培訓力度，著力建立一支在實驗技術(shù)人員規(guī)模、層次和結(jié)構(gòu)上與學校整體戰(zhàn)略目標相匹配的大型儀器操作隊伍。

6總結(jié)和展望

微納工藝與表征平臺的目標。為國家重大戰(zhàn)略需求服務(wù)，解決卡脖子的關(guān)鍵器件和芯片國產(chǎn)化問題。為研究中心的重大科研方向服務(wù)，保障研究中心老師的科研項目有實施的條件和平臺。為科研成果的轉(zhuǎn)化服務(wù)，作為科研平臺，使得芯片從理論走向?qū)嵺`，為中國光谷，乃至全國的相關(guān)單位的研發(fā)提供服務(wù)。以第三代半導體材料與半導體照明、新型顯示器、大功率激光材料與器件、高端光電子與微電子器件為重點，通過體制機制創(chuàng)新，加大光電子基礎(chǔ)研究、光電子器件前沿技術(shù)及芯片重大共性關(guān)鍵技術(shù)研究，培養(yǎng)一批具有工匠精神的專業(yè)化工程師隊伍，為國家光電子信息產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)人才，為光電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供助力，服務(wù)光電前沿科學領(lǐng)域，保障中心承接的國家重大科研項目順利實施。

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作者簡介：李攀（1986-），男，碩士，工程師，主要從事ICP刻蝕、PECVD工藝研究，研究方向：成膜與刻蝕。

*通訊作者：盧宏（1965-），博士，高級工程師，作者單位：武漢光電國家研究中心光電子微納制造工藝平臺，研究方向：物理電子學。