博觀而約取 厚積而薄發
——記北京清華大學微電子學研究所副研究員付軍

李 剛

付軍

如果說集成電路產業是一座大廈，那么制造就是這個大廈的地基，而離開了制造這一地基，再好的設計藍圖也不過是空中樓閣。其中，作為地基的集成電路制造又涉及設備、材料和工藝等重要領域。多年來，清華大學微電子學研究所副研究員付軍所在研究組專注于以鍺硅為代表的硅基射頻集成電路工藝的研究方向，孜孜以求于SiGe HBT（鍺硅異質結雙極晶體管）、SiGe BiCMOS（鍺硅雙極晶體管-互補金屬氧化物半導體場效應晶體管）和Si CMOS（硅互補金屬氧化物半導體場效應晶體管）等技術的研究和開發。

回國以來的十幾載科研筑夢，在國家亟須開展自主創新的今天，付軍仍時刻銘記著自己身為一名科研人的職責。如今，他唯一不變的愿望就是將多年積累和正在研發的科研成果，真正推向產業化并造福于社會，為我國自主可控集成電路制造工藝技術的奠基與夯實添磚加瓦。

筑夢清華孜孜不倦

景昃鳴禽集，水木湛清華。付軍的人生理想就是在清華這一沃土之上萌芽的。1987年9月，他以優異的成績考入清華大學電子工程系半導體物理與器件專業，開始了自己的人生新階段。本科畢業后，付軍繼續扎根在清華大學微電子學研究所作為直博生攻讀博士學位。

靜坐聽雨無畏，無問西東求真。讀博階段，是付軍科研之路的真正起點，他主要從事深亞微米SOI MOSFET（絕緣體上硅金屬氧化物半導體場效應晶體管）器件及SiGe（鍺硅）溝道SOI MOSFET器件的研究。鍺硅是硅和鍺通過外延生長共價鍵結合形成的半導體合金材料，不僅具有比硅更高的載流子遷移率，而且鍺組分的引入還使得禁帶寬度變窄，替代硅作為基區就可以將傳統的硅雙極晶體管（Si BJT）升級為鍺硅異質結雙極晶體管（SiGe HBT）。自20世紀80年代后期誕生以來，歷經30多年的快速發展，國際上鍺硅工藝技術至今已發展到第四代，并在無線通信、無線接入網、有線通信、廣播電視、雷達、導航等多種民用和軍用領域都獲得了廣泛應用。初涉鍺硅這一研究領域，付軍就產生了濃厚的興趣，其獨特的物理特性和技術優勢更激發了他不斷深入探索的動力與決心。

以夢想為馬，付軍的科研腳步從未停歇。為了開闊自己的研究視野，取得博士學位之后，1999年6月，付軍又前往荷蘭Delft理工大學微電子及亞微米技術研究所從事半導體集成電路工藝和器件仿真與優化的博士后研究工作，通過參與“通過多柵格和并行方法提高工藝模擬性能”的STW項目的研究和探索不斷打磨，積累了豐富的經驗。

基礎研究是從事科研工作的根基，而產業化應用便是引領科研成果落地生根的必由之路。2001年9月至2006年8月，付軍受雇為德國X-FAB Semiconductor Foundries AG公司的工藝開發項目主管從事半導體集成電路工藝研發工作，主要負責SiGe BiCMOS工藝開發并擔任RF CMOS（射頻互補金屬氧化物半導體場效應晶體管）工藝特性表征的項目負責人。多年的企業任職經歷，讓產業化思想逐漸在付軍的心中根深蒂固，如何讓自己所獲得的科研成果更好地服務于社會？付軍從未放棄對這一問題的思考。

將科研成果寫在祖國大地

行路致遠，砥礪前行。2006年9月，付軍回國來到清華大學微電子學研究所固體器件與集成技術研究室開展科研工作，并從2016年起加入了硅基智能傳感器研究團隊，從事面向通信、雷達、傳感以及空間探測等應用領域的SiGe HBT、SiGe BiCMOS、Si CMOS等硅基微波和毫米波射頻集成電路工藝及其器件模型的技術研發，一步一個腳印，進而開啟了相關的產業化應用，并為進一步拓展和推廣科研成果打下了堅實的根基。

微波射頻集成電路芯片歷史上一直采用以GaAs和InP為代表的Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體工藝技術。在Si BJT基礎上通過硅基能帶工程衍生和發展出的SiGe HBT，在有效提高器件性能的同時，還保持了與硅工藝的完全兼容，且可與主流Si CMOS集成而實現SiGe BiCMOS工藝，因而鍺硅技術同時具備高頻、高速、低噪聲系數、低相位噪聲、高線性度和較高功率輸出能力以及高集成度、低功耗和低成本等綜合優勢，開創了新一代硅基射頻集成電路芯片技術。針對我國在這一領域相對落后的研究現狀，立項開展鍺硅工藝技術的研發和產業化對于擺脫在核心器件的工藝基礎方面受制于人的被動局面具有非常重要的戰略意義。

作為極大規模集成電路制造裝備及成套工藝重大科技專項“0.18微米/0.13微米鍺硅BiCMOS成套工藝技術-器件模型、參數提取及先導產品設計”課題負責人，自2009年，付軍就開始和研究小組一起展開了相關科研攻關工作。經過多年不懈努力，完成了SiGe HBT的器件模型及其參數提取研究、微波器件及其集成電路先導產品設計及其工藝開發等課題任務，實現了這一領域的創新性科研突破。

科學研究的最終意義在于將科研成果造福社會。基于與相關聯合單位的密切合作，他們首先將自己開發的fT超過25GHz的SiGe HBT工藝成功轉移到合作企業的生產線，進而成功開發了BVCEO擊穿電壓大于7V、截止頻率fT高于20GHz、最高振蕩頻率fmax高于65GHz的高性能功率SiGe HBT工藝。基于上述鍺硅工藝，他們設計并與相關聯合單位合作開發了兩款低噪聲射頻晶體管、一款中等功率射頻晶體管和一款50歐姆內匹配微波單片集成電路（MMIC）芯片，其主要性能指標都接近、達到或超過了計劃替代的國外產品水平，且兩款低噪聲產品已通過了相應可靠性測試評估，并已實現批量生產和市場銷售，截至課題結題時（2013年）累計銷售已超過3000萬只。

長風破浪會有時

科研路上坎坷常在。近年來，年邁的父母先后生病，讓付軍深刻認識到了生命的脆弱與親情的珍貴，并促使他對人生的意義進行了重新思考。一路走來的經歷，鍛造了他對待挫折與苦難的樂觀精神以及堅毅、務實的品質，讓他在追逐科研理想的道路上更加明白自己內心想要的是什么。

為師為研，不忘初心。付軍總是常懷感恩之心。在他看來，自己能取得目前的科研成績，與讀博期間的導師錢佩信教授（清華大學微電子學研究所前所長、國內鍺硅技術奠基人之一）等老師的教導與引領息息相關。如今，身為一名師者，他也在努力播撒一片繁蔭，滋養后學之士。在研究開展過程中，付軍也希望自己的學生們不要僅僅將科研當成謀求個人職業發展的工具，而要從專業成長中領悟到事業和人生的哲理，塑造自己的人格。“這對于我們一生的成長都是有幫助的。”付軍說。

路雖遠行則將至，事雖難做則必成。對于科學研究，付軍直言自己是十分較真的一個人。有時候科研工作開展得并沒有想象中順利，但付軍從未給自己找過理由，在他看來，研究工作一定要講究實事求是，在研究遇到瓶頸時，就要總結經驗吸取教訓，相信以后還有更大的發展空間等待著他去探索。

付軍說，集成電路工藝研究，是需要長期積累，一點一點從底層做起的。可喜的是，他參與聯合研發的國內自主SiGe BiCMOS工藝已經達到國際上第二代技術的水平，并已成功實現初步商用代工。雖然在大規模推廣和升級方面還有待改進，但面對技術和市場方面的困難他并沒有氣餒。博觀而約取，厚積而薄發。未來，他還將在先進鍺硅工藝技術升級開發中不斷開拓，致力于在國內建立更加先進的自主可控鍺硅生產線，為徹底彌補我國在這一領域的短板而竭力前行。