古文名篇《核舟记》中，曾详细记述了古代工匠在不盈一寸的桃核上，以高超技艺雕刻出人物、画船乃至茶壶、念珠等精细形象，巧夺天工，令人赞叹。

如今，随着技术的发展与需求的推动，人类的加工精度已经打破肉眼可见的极限，实现纳米甚至原子级别的控制，由此带来一大批尖端科技的突破。在新材料研发与应用过程中，精密加工技术更是不可或缺的关键能力。

松山湖材料实验室布局的四大核心板块之一——公共技术平台和大科学装置，就专门设置了“微加工与器件平台”。该平台正立足于微纳加工技术前沿及半导体器件产业发展趋势，加快建成集先进材料加工、器件工艺制备及特殊工艺开发为一体的综合性研发平台。

不久前，该平台贾海强研究员与汪洋博士两位骨干负责人接受采访，就平台建设、团队搭建、技术特色、未来目标等方面情况进行了详细介绍。

材料微纳加工是材料研究的重要方面

在黄色室灯的照映下，微加工与器件平台超洁净实验室光刻间形成了宛如胶片暗房一般的特殊环境。工作人员从工作台上取出一片泛着哑光的晶圆片置入光刻机中，片刻之后，一次超越肉眼的亚微米级“雕刻”就已经完成。

紫外光刻机、晶圆键合机、显影台、介质磁控、感应耦合等离子体刻蚀机、高倍显微镜、探针台……作为公共技术平台核心板块之一，大量的尖端仪器设备是微加工与器件平台的一大特点。

贾海强研究员介绍道，微加工与器件平台希望通过先进设备的引进、定制及合理配置，建设形成器件工艺制备、先进材料加工、在线测试分析及工艺研发为一体的综合研发平台，实现新材料从微米到纳米甚至原子级别的结构与器件的可控加工与测试，并提供个性化的工艺技术及器件的解决方案。

贾海强研究员

“任何一种材料，例如钢铁，都要做成特定的形状或者结构才能发挥作用，这就需要用各种手段将它加工成想要的形状以具备相应功能。”贾海强表示，微纳加工就是在微观层面对材料进行操作和加工，空间尺度至少是微米以下，甚至达到纳米量级。在这个尺度下，传统的加工方式已经无能为力。

“以芯片加工为例，我们在芯片常用的硅衬底基础上，可能要去掉几纳米的厚度，同时还可能要在纳米级别的局部区域，给它的表面生长一层薄膜。整个过程中，既有材料的制备，也有材料的加工。”贾海强进一步举例道，众多微小区域多点位、多层次的不同材料结构和材料体系的组合，最后形成了半导体芯片，犹如建设一栋结构复杂的大楼，并在其中铺设电路。

根据当下技术发展趋势，又出现了3D混合集成技术，在单个器件结构基础上，把不同种类的器件进行对接整合。“原来的芯片好比一个小的工厂区，现在要在上面加建一层生活区，下面增加一个仓库区，三个不同的功能器件需要集成到一块去。”

实际上，这样的加工难度堪比在一颗沙粒上建造一座微型城市，需要高超的微纳加工能力支撑。

“材料微纳加工本身就是材料研究的重要方面。”贾海强说道，目前微加工平台已经具备多种材料的复合和综合加工能力，包括以光刻为代表的微纳图形制备工艺，镀膜工艺，刻蚀工艺，高温工艺，表面处理工艺，离子注入工艺等，这些基本覆盖了微纳加工的主要工艺手段。

所有微纳器件与集成芯片的制程，基本都是上述工艺手段的排列组合，每一个单独的器件工艺都需要经过工艺整合后，最终形成一套标准工艺。

与此同时，材料领域非常宽泛，微加工平台当前主要聚焦于几大方面的加工能力建设，其中包括：硅、砷化镓、磷化铟、氮化镓、碳化硅、氧化镓、金刚石等为代表的第一代至第三代半导体材料；石英等氧化物材料；金、铜、钼等金属材料；二硫化钼等二维材料，等等。

而从器件类别上看，微加工与器件平台则涵盖了光电子工艺、微电子工艺、MEMS微机电系统、硅基光电子集成等多领域的先进材料加工工艺。

完备的硬件条件之外，优秀的人才队伍为这一平台顺利运行提供了有力支撑。贾海强介绍道，平台当前主要进行半导体微纳加工能力的布局，具有明显的多学科交叉特点，因此团队20多位成员的专业背景跨越了半导体材料、物理、化学、器件工艺、机电等不同领域。更重要的是，平台还汇聚了产业界具有长期研发经验的资深技术人员，以及科研一线与产业界合作密切的科研骨干，为平台长期发展提供了重要动力和保障。

同时兼顾科研探索与产业发展需求

场地与硬件设施配备、人才团队搭建、器件制备及研发能力布局，是微加工与器件平台第一阶段的三项主要工作，而这些实质上都是为后续真正发挥平台作用所做的必要准备。

按照构想，该平台建设立足于国际前沿，面向国家和地方科技创新，满足前沿多领域的新材料工艺制备、器件加工与新型器件开发的需求，同时为国家、广东省以及粤港澳大湾区的新材料和新器件研发提供技术支撑服务，推动相关可产业化技术的转移转化。

目前，平台已经开始对外开放技术服务，服务对象包括材料实验室科研团队以及包括东莞企业在内的国内相关高科技企业。平台同时也承担了广东省重点研发领域项目，目前正在开展之中。

汪洋博士

“例如一家初创芯片企业，可以轻资产运行，产生想法之后，我们可以为企业提供先进的设备和工艺线，帮助他们把想法变成一个现实的产品，而不需要他们自己置办所有的工艺设备。”汪洋博士说道。

汪洋是平台骨干负责人之一，毕业于中科院物理所，2007年毕业后进入行业龙头企业，长期从事化合物半导体研发，2019年全职进入微加工与器件平台。特殊的研究及工作经历，使得他非常熟悉科研与产业之间的需求结合点。

“对于一个公司来说，它的产线是针对具体的产品来配置。而我们加工平台则是面向满足不同客户的需求进行配置。所以具体到某一个工艺段来说，我们的配置面向的方向更多、功能更全，实现的性能或特点也更多。”汪洋表示。

实际上，具备微纳加工能力的平台，贾海强及其团队并非首创，在部分高校、科研院所甚至企业都已经有所布局。不过汪洋分析道，依托学校或科研机构搭建的平台，设备主要服务于科研任务，开展前沿研究，寻求新的发现，距离应用较远。

而产业界搭建的平台以盈利为目的，探索的目的性突出，往往只针对某个特定领域，工艺线和功能单一，客户群体也相对小众。

“我们的平台定位，同时要服务科研的需求，也要服务企业的需求。”汪洋表示，这就需要平台在设备配置方面有特别的考量，寻求最优的兼容性，为更多的产业应用服务。同时，也要有专业技术团队把设备用好，充分发挥出设备的能力，形成具备高度稳定性和一致性，再加上深度的、有特色的工艺技术储备，才能做好对外服务。

工艺的一致性和稳定性，同样也是贾海强研究员格外关注的方面。“不管是做具体的产品，或者是给客户提供服务，都要用稳定的、一致的、高可靠的加工技术去实现我们的目标。”

他表示，要实现这一目标，首先要有完善合理的设备布局，其次团队成员要对工艺技术有深厚的掌握和理解。此外，还需要科学的管理体系去保证相关工艺技术的稳定性和一致性，这几个方面缺一不可。

产业发展催生对加工服务平台的迫切需求

贾海强作为中科院物理所与松山湖材料实验室双聘研究员，从上世纪90年代起开始从事半导体材料与器件研究，曾获国家科技进步奖二等奖，并且曾参与创办多家半导体光电领域产业化公司，具有深厚的学术研究功底与产业化经验。从事产业化工作期间，贾海强就多次来到东莞、深圳与供应链企业对接。

“目前东莞整体的环境很好。东莞紧邻深圳，松山湖也吸引了很多大企业入驻，带动了很多相关产业的集聚，我们平台很大一部分服务对象就在其中。”贾海强表示，松山湖材料实验室依托于中科院物理所，有良好的研究氛围；同时，在材料实验室体系下，团队与产业链之间也有紧密结合。产学研的交叉结合，更容易碰撞出创新的想法，避免了闭门造车。

不过，在他看来，与长三角相比，珠三角高水平科研机构与高校相对缺乏，科研创新活动对于产业发展的支撑性有待进一步增强。

中科院苏州纳米所成立于2006年，定位于纳米技术的应用基础研究和产业化，在纳米科技与信息科学、生命科学等方面产生了一批重要成果。特别是其中设置的公共技术平台与微加工平台目前所开展的工作有不少共通之处，催生了众多产业化应用。

“可以说，长三角的产业发展，把苏州纳米所的对外加工服务平台推了出来；然后苏州纳米所对外加工服务平台成立，又促进了长三角产业的发展。”贾海强认为，当下广东产业发展开始向前端延伸，对加工服务平台产生了迫切需求，这一点在平台建设过程中就已经有深刻感受。很多企业纷纷前来接洽询问，是否具备某方面加工能力等等。

贾海强表示，目前围绕微加工与器件平台建设，已经分别制定了短期和中长期目标。短期内，将致力于形成较为完备的微纳加工能力，加工精度覆盖10纳米到微米尺度，加工尺寸从8英寸向下兼容，同时具备第一到三代半导体光电子与微电子等分立器件设计、制备能力；具备主流硅基微机电系统器件与光电子集成器件制备能力等。

长期来看，平台着力布局微纳加工先进工艺开发与完整工艺整合的能力，并将拓展3D混合集成工艺、单片集成工艺、先进封装与测试等领域的相关功能。贾海强展望道，“力争打造一个材料微纳加工领域有影响力的公共技术平台。”

撰稿：综合事务管理部 × 南方日报