微納加工與表征開放服務平臺建設若干問題的思考

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，應圍繞國家需求和國家戰略，服務前沿科學領域，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勢學科群，戰略任務是“海陸空天一體化光網絡”，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、系統及關鍵技術的應用基礎研究工作;探索改善器件性能與存儲新能的新機理，新材料，新結構和新工藝;聚焦可持續提升信息容量的新技術，從根本上解決信息光電子發展過程中卡脖子的關鍵器件和芯片國產化問題，服務于國家信息領域重大戰略需求。

關鍵詞：開放服務平臺;微納加工;光電子

近年來，國家優化調整國家重點實驗室《國家科技創新基地優化整合方案》（國科發基〔2017〕250號），在現有試點國家實驗室和已形成優勢學科群基礎上，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，科技部下發了《科技部關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絡、綠色高效光子循環與光子制造、腦連接圖譜與類腦智能等三大戰略任務為牽引，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、能源光子學、生物醫學光子學、多模態分子影像、生命分子網絡與譜學等8個方向，開展前瞻性、戰略性、前沿性基礎研究。為了支撐各研究方向的工作，研究中心將建設微納工藝與表征、太瓦激光、生物醫學成像等三個具有國際領先水平的重大基礎條件平臺，提升源頭創新能力，產出原創性成果，培育國際并跑和領跑學科。平臺本身的建設將造就一支高素質的人才隊伍，而平臺的建成更能吸引一大批高素質的科研人員入駐，聚焦國家戰略需求，支撐國家重大科技計劃與國際大科學工程項目的實施。基礎條件平臺將由多學科背景的專業研究人員和工程師隊伍進行管理，通過開放共享，匯聚國內外優勢研究資源，將研究中心建設成為國際光電領域領先的學術創新中心。

本文通過調研國內外同類開放服務平臺的建設，對微納工藝與表征平臺建設的目標、與開放方式進行了探討，闡述了微納平臺建設構想和建設規劃。對開放服務平臺的組織結構，人員規模、管理方式、設備能力建設方案進行了探索。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國內外微納平臺建設調研

通過在海外國內外同類微納平臺留學、工作過的人員座談會、網絡文獻調研的方式，調研了加州大學-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。總結出以下幾點。

1.1平臺運行壓力小，高質量服務是關鍵

多數高校平臺無需考慮運行和維修維護費用，少數平臺要自負盈虧。多數平臺進行成本核算收費，少數要盈利。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量和申請項目數量及經費數量為考核目標。建立以服務質量、技術開發、設備研發、平臺運行為主的考核體系。

1.3重視人才培養

清華大學微納加工平臺的職稱激勵：設置正高、高工平臺與教學分開單獨評聘;兩獎拉動：實驗技術成果獎和優秀實驗技術人員獎;基金助推：實驗室創新基金，鼓勵實驗技術和裝置研究;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專業化隊伍，技術水平高

美國斯坦福大學納米制造平臺建設及開放共享與隊伍建設和人員管理密切關聯，隊伍能力水平、專業化、投入和專注度是關鍵。國外平臺能夠招聘和穩定住高水平技術人員。該平臺23個全職人員享有以下待遇：

（1）穩定的工作機會。

（2）能夠有機會指導學生，產生影響。

（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，應服務于國家需求和國家戰略，服務于前沿科學領域，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）優勢學科群，作為武漢光電國家研究中心建設的三大平臺之一，戰略任務是面向“海陸空天一體化光網絡”，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、系統及關鍵技術的應用基礎研究工作;探索改善器件性能與存儲新能的新機理、新材料、新結構和新工藝;聚焦可持續提升信息容量的新技術;從根本上解決信息光電子發展的卡脖子的關鍵器件和芯片國產化問題;為提升國家信息領域核心競爭力，服務重大戰略需求提供保障。

2.1半導體工藝的發展趨勢

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。國內外先進的微納加工平臺和流片基地發展迅速，而武漢光電國家研究中心的微納加工平臺目前存在設備種類少，設備性能差，年限長，不能滿足發展需求的問題。近幾年，國內光電子、信息產業發展迅速，5G、虛擬現實、量子通信、量子計算、人工智能等新技術不斷取得突破。社會上的企業都是大型工業化生產線，工藝參數不允許隨意改變，亟需中試、小試等配套科研型設備設施。

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、微波光子技術及器件集成、半導體激光器及陣列、高速高效調制器和探測器，硅基微納光電子器件與集成，主動對象海量存儲系統及關鍵技術，面向大數據的萬片低能耗光盤庫，混合云存儲系統與關鍵技術。在信息光電子領用和海陸空天一體化的國家戰略指引下，出現了400G光模塊、5G通信、硅基光互連、鈮酸鋰高速調制器等熱點研究內容，研究中心在信息光電子領域積極布局，在信息光電子領用，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、微波光子技術及器件集成、半導體激光器及陣列、高速高效調制器和探測器，硅基微納光電子器件與集成，主動對象海量存儲系統及關鍵技術，面向大數據的萬片低能耗光盤庫，混合云存儲系統與關鍵技術等。

針對國家戰略和國家需求，國家研究中心所凝練出來了一系列重大課題，如：高速相干光通信網絡核心集成光電子器件及關鍵技術，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鍵芯片和器件，比如陣列激光器、高速探測器、高速調制器，光邏輯運算芯片等，這些芯片和器件的國產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絡、數據中心光互聯、5G等信息光電子應用領域，在高端材料生長、核心光電子芯片工藝方面突破關鍵技術和共性技術瓶頸，掌握信息光電子芯片和器件的核心技術。重點建設以下幾個方向，爭取早日取得突破性成果。

（1）高速相干光通信網絡核心集成光電子器件及關鍵技術。

（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等研發提供技術和服務。支撐海陸空天一體化光網絡;支撐WNLO產生重大原創成果、重要技術創新、重大技術應用;兼顧對外開放服務，并具備自造血能力。

2.5技術目標

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

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”為平臺的監督與決策機構。平臺實行集中管理，下設行政管理、工藝管理、廠務管理、設備維護等部門，組織機構圖見下圖。

教授委員會是微納平臺的咨詢、監督與決策機構，直接對實驗室領導負責，職責是制定平臺發展規劃與發展目標，決定需要購買的設備，為平臺爭取經費資源以及對平臺的績效進行考核等。平臺專職人員總數約需30-50人。

4建設內容

圍繞科學目標和技術目標，微納平臺將從信息光電子器件的幾個主流材料系列著手，建立起一個服務于全社會的信息光電子器件芯片工藝技術支撐平臺，同時也建立起與信息光電子器件芯片產品制造和應用相關的先進檢測測試和器件封裝工藝技術平臺。培養一大批既懂得芯片理論設計又具有豐富產品工藝經驗的高端產品技術人才，促進上述各類高端應用產品的研究開發，加快技術成果轉化和信息光電子產業化的發展。重點建設硅基、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）共性設備建設：濕法腐蝕成套設備設施、成套光刻工藝設備及凈化間、金屬及介質膜成膜設備、芯片封裝設備、測試設備。

（2）專用設備建設：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）在現有基礎上，補足短板，增加必要的具有國際先進水平的關鍵設備。

（4）建立健全制度規范，建設安全體系、質量體系。

（5）通過CNAS、CMA、ILACMRA等專業機構的認證，提高平臺的管理水平、服務質量和服務能力。

5人才培養

為鼓勵大型機組操作人員對外服務，出臺有關政策，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，以及為實驗技術人員年度績效考核評價依據。

建立支撐體系的考核機制，不以文章數量和申請項目數量及經費數量為考核目標。建立以服務質量、技術開發、設備研發、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研討活動，例如舉辦學術年會或專題研討會。加大實驗技術人員的培訓力度，著力建立一支在實驗技術人員規模、層次和結構上與學校整體戰略目標相匹配的大型儀器操作隊伍。

6總結和展望

微納工藝與表征平臺的目標。為國家重大戰略需求服務，解決卡脖子的關鍵器件和芯片國產化問題。為研究中心的重大科研方向服務，保障研究中心老師的科研項目有實施的條件和平臺。為科研成果的轉化服務，作為科研平臺，使得芯片從理論走向實踐，為中國光谷，乃至全國的相關單位的研發提供服務。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，通過體制機制創新，加大光電子基礎研究、光電子器件前沿技術及芯片重大共性關鍵技術研究，培養一批具有工匠精神的專業化工程師隊伍，為國家光電子信息產業培養人才，為光電子信息產業的發展提供助力，服務光電前沿科學領域，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。