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走進山東大學晶體研發車間，一排排高達3.5米的碳化硅單晶生長設備整齊排列，2000多攝氏度的爐腔透出橘紅色光亮，高溫中正進行著神奇的化學反應——一塊塊碳化硅晶體正快速生長。晶體經過滾圓、整形、定向、切割、研磨、拋光等一系列工序后，一片片厚度0.5毫米、直徑200毫米的薄圓片——8英寸碳化硅單晶襯底最終成型。這是國內大尺寸碳化硅生長與加工技術的又一標志性突破。
“近年來，山東大學堅持‘四個面向’，布局構建新一代半導體材料集成攻關大平臺，強化學科交叉融合，組織骨干科研力量組成攻關團隊，不斷優化晶體生產工藝，推動創新鏈、產業鏈、人才鏈深度融合，取得了一系列重大技術突破，持續為高質量發展蓄勢賦能。”山東大學校長、中國工程院院士李術才說。
服務國家重大戰略，聚力開展集成攻關
新一代半導體材料是引領新一輪產業革命的關鍵材料，也是引領新舊動能轉換、保衛國家安全的國之利器。作為國家創新體系的重要組成部分，高校如何助力我國在半導體核心材料領域換道超車，推動我國新一代半導體、集成電路等技術和產業快速發展？
2019年10月，山東大學新一代半導體材料集成攻關大平臺應運而生。作為教育部首批支持建設的集成攻關大平臺之一，該平臺充分發揮學校在半導體材料研究領域的深厚基礎優勢，圍繞國家戰略及核心產業急需，承擔戰略科技任務，瞄準半導體材料技術未來發展方向，強化有組織科研，支撐我國第三代半導體產業高質量發展。
“大平臺一成立就組建了由院士、專家組成的專家委員會，以及由國內高新技術企業技術專家組成的產業委員會，不斷跟蹤領域發展前沿，從我國核心產業中發現真問題、研究真問題、解決真問題。”新一代半導體材料集成攻關大平臺主任徐現剛介紹。
碳化硅的生長與硅有很大不同。硅片不論是什么尺寸，需要的籽晶大小都類似。然而，碳化硅的籽晶需要完全一致的尺寸，即8英寸的碳化硅生長就需要8英寸的籽晶。“8英寸單晶的研發跟種莊稼一樣，要有種子（籽晶）才能長出來。”大平臺碳化硅團隊成員陳秀芳形象地描述。
要生長8英寸的碳化硅單晶，需要利用已有6英寸籽晶，配合擴徑坩堝設計和擴徑的生長工藝，經過若干次生長和加工迭代過程，才能逐步生長到8英寸直徑。整個擴徑過程耗時較長，并且擴徑工藝流程復雜，中間環節多，對各個環節的工藝控制和品質要求極高。
為助力突破“卡脖子”關鍵核心技術，學校一方面集中優勢學科力量，充實平臺的團隊建設，加強科研攻關體系布局；另一方面創新管理制度，賦予平臺人、財、事、物的高度自主權，保障平臺有組織科研高效開展。2019年，大平臺依托材料、物理、化學、微電子、控制、信息等學科，布局五項核心、十項緊密攻關任務，以新一代半導體單晶生長與襯底加工為攻關重點，組建起“小核心大網絡”式科研攻關體系。此外，大平臺實施PI制團隊管理模式，單獨下達教師崗位指標。
大平臺內各學科師生團結協作、各專業資源交叉互補、各任務組全身心專注于集成攻關，碳化硅團隊提前實現擴徑目標，并成功制備出高質量8英寸碳化硅單晶襯底。與此同時，大平臺順利打通半導體單晶生長—襯底加工—外延生長—器件制備等全鏈條研發線，在多個研究方向上實現了重要突破。
堅持政產學研融合，加速技術轉化落地
2022年下半年，國內晶片廠商加快推進8英寸碳化硅單晶和襯底生產試驗，南砂晶圓公司憑借與學校的合作研發，以及公司每年營收占比10%以上的研發投入力度，成為最早宣布試產成功的企業之一。
在碳化硅器件的成本中，襯底、外延、模塊占比分別為46%、23%、20%，晶體生長及襯底加工環節占據了近一半成本。其中，晶體生長環節尤為關鍵。
“實驗過程中的每一次開爐就像在開盲盒。晶體沒有經過準確的儀器測量和全面的計算分析前，永遠不知道這一次能不能成功，會不會有突破。”碳化硅團隊博士研究生仲光磊說。
晶體生長的過程中需要憑借專業和經驗，對工藝參數靈活調整，目前產品成本控制和產能擴大的制約主要在于人才短缺。“碳化硅產業技術門檻高，專業人才緊缺，”南砂晶圓公司董事長王垚浩介紹，“與山東大學的密切合作解決了我們的急需，讓我們對未來行業和市場的發展更有信心。”
近年來，徐現剛多次帶領團隊成員赴南砂晶圓公司開展技術指導，推進產業化工作。在一次次實地考察和交流合作下，團隊解決了碳化硅批次穩定、缺陷控制等關鍵技術問題，優化了碳化硅制備工藝。材料的研發需經歷多個階段，除了需要科研人員“十年磨一劍、甘坐冷板凳”的堅守，還需要高校、企業、政府等各方共同努力，讓技術發展成為成熟的產業技術，真正落地轉化，支撐裝備和產業升級。
大平臺對政產學研融合推進技術落地持十分開放的態度，建立“一中心多基地”模式，通過技術轉移轉化、合作承擔重大任務等模式，與高新技術企業緊密合作，既充分發揮了高校的技術與人才優勢，又發揮了企業的規模與市場優勢，在政府和各方資金的引導促進下，可以更快實現技術成果向成熟產品的轉化。
“我們幫助企業解決技術難題，同時學校也在幫助我們深化校企合作，推動成果產業化落地。無論是在政策規劃上‘把方向’，還是在合同簽訂、程序管理等具體事務上‘促落實’，大平臺政產學研融合成效離不開學校的支持。”碳化硅團隊成員彭燕介紹。
近年來，學校堅決貫徹落實“服務山東”戰略，緊密圍繞地方創新發展需求，著力推動科技成果轉化提升。聯合濟南市政府規劃建設“中國晶谷”，以“小晶體”帶動“大產業”，打造晶體技術創新高地，為地方高質量發展提供了有力支撐。
深化評價機制改革，激發人才創新活力
走進新一代半導體材料集成攻關大平臺的實驗室，所到之處都有忙碌的研究人員，有的埋頭計算著數據，有的站在設備前專注實驗……他們滿懷熱情，投身于科技創新攻堅戰之中。
作為學校的“學術特區”，大平臺肩負著深化人事體制機制改革“試驗田”的重任。2020年5月，學校出臺集成攻關大平臺體制機制運行方案，賦予平臺人、財、事、物的自主權，支持平臺以任務為導向，自主組建團隊、開展人員評聘、支配經費工作。
立足核心攻關任務、淡化“身份管理”，大平臺采取校內校外相結合、固定與流動相結合、專職與兼職相結合的模式，迅速匯聚起一支具有物理、化學、微電子、機械、控制、信息等多個相關學科背景的科研團隊，有效支撐大平臺的發展。
徐明升是微電子學院的一名教師，在大平臺成立后入職開展科研工作，但其人事關系依然保留在學院，承擔學院本科教學工作。大平臺不僅為徐明升提供了科研辦公保障條件，也支持其依托大平臺進行專業職務的晉升。“大平臺的科研方向聚焦國家戰略需求，不同團隊之間可以實現上下游協作，進行全鏈條閉環研發。我可以更專注于半導體工藝研發過程，更好地實現個人價值。”徐明升信心滿滿。
學校不僅在人才聘用政策上給予大平臺傾斜支持，也鼓勵大平臺開展多元評價，暢通科研人員晉升通道。
2022年度專業技術職務及崗位聘任中，學校首次設立“長聘研究員”序列。對于長期開展重大關鍵技術攻關的科研人員，通過小同行評價等方式，考察其科研產出的質量和貢獻，弱化論文、專利等量化標準，支持其心無旁騖服務重大科技任務攻關。除此之外，大平臺高度重視人才引育，專門成立人才工作領導小組，利用“山東大學齊魯青年論壇”等各類品牌活動，面向海內外吸引集聚高水平創新人才。
“學校將以主題教育開展為契機，堅持不懈用習近平新時代中國特色社會主義思想‘金鑰匙’凝心鑄魂、破解難題、推動發展，以對黨和國家、歷史和未來負責的態度推動新一代半導體材料集成攻關大平臺持續上水平、提質量，在服務國家戰略和區域經濟社會發展、優化布局結構的先行先試中作表率，為加快實現高水平科技自立自強作出山大貢獻。”山東大學黨委書記郭新立說。
