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。”

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