矢志國產儀器研發 堅持產學研用結合

謝明昊

科學技術是第一生產力，而高端儀器設備作為探索前沿科學的工具，則是發展第一生產力的關鍵要素。據報道，我國超90%的高端儀器依賴進口，并在部分儀器購置上遭受嚴重壟斷。2020年，美國出臺芯片禁令，阻斷幾乎所有芯片代工廠為我國頭部企業加工制造芯片，其背后所折射的問題便是我國在高端儀器設備研發中所遭受的巨大困境。

在2021年軟科世界一流學科排名中，中國多所大學的儀器科學與技術學科名列前茅。但在世界科研儀器產業領域，全球前20強科研儀器生產商中，卻沒有一家中國企業。“中國做了這么多科研，卻一直在用國外的儀器。”每當想到這種情況，都讓北京航空航天大學青島研究院（簡稱“北航青島研究院”）微電子分院副院長張學瑩倍感唏噓。

張學瑩

工欲善其事，必先利其器。在張學瑩看來，加強高端儀器設備的自主研發能力，是我國目前所面臨的緊迫任務。多年來輾轉北京、青島從事微電子測試技術開發與設備研發、自旋電子器件設計等研究，張學瑩在基礎研發以及產業化一線扎根探索，為中國高端儀器設備的自主創新不斷添磚加瓦，作出了一系列貢獻。

中法多元教育，打下堅實科研根基

張學瑩基礎研究與產業應用并行的思想，與他在海內外的學習積累密不可分。

本科與研究生階段，張學瑩就讀于北京航空航天大學中法工程師學院。在這里他不僅練就了良好的法語能力，還在通識教育的培養中，鍛煉、打造了交叉學科思想。2014年，在順利獲得北京航空航天大學中法工程師學院工學碩士/法國通用工程師學位后，張學瑩決心投身微電子領域，在北京航空航天大學師從趙巍勝教授攻讀微電子學與固體電子學博士學位。

2015年9月—2017年4月，張學瑩在國家留學基金委的資助下，前往法國巴黎薩克雷大學攻讀物理學博士學位。在這所高校，他不僅進一步夯實了自己在自旋電子學領域的研究優勢，還在導師的帶領下增強了自己實驗研究的嚴謹性以及動手能力。“在巴黎的這段研究經歷和所受的實驗方法訓練，讓我受益終生。”張學瑩說。

北京航空航天大學作為一所工科特色院校，從成立之初發展到現在，始終瞄準國家的戰略需求。在北京航空航天大學攻讀博士學位期間，張學瑩的博士課題偏向于自旋電子器件應用開發，為自旋電子芯片的工程應用進行產業化探索。而在法國留學期間，張學瑩的研究課題則更偏向于自旋電子學的物理和實驗測試。基礎研究和應用開發的雙重探索，讓張學瑩受益匪淺。經過近4年的學習和研究，張學瑩分別完成了中國和法國兩個獨立的博士課題和學位論文，分別于2018年5月和6月順利獲得了法國巴黎薩克雷大學物理學博士學位和北京航空航天大學工學博士學位，其博士論文也被評為北航優秀博士學位論文。

落地青島，創新微電子測試設備研發

北航青島研究院于2016年5月28日正式成立，自成立以來緊緊圍繞國家戰略需求和青島市經濟社會發展需要，全力服務青島市產業結構升級。在張學瑩看來，青島具有扎實的工業基礎，但是隨著現代信息革命浪潮來襲，其傳統產業活力慢慢減弱，競爭力也逐漸降低。基于國家和地方對現代信息產業特別是微電子領域的需求，張學瑩和研究團隊將科研成果瞄準實用，以磁性微電子測試設備研發為切入點，在這里開啟了一段產學研結合的科研創新之旅。

自古以來，“磁”就與人們的社會生活密不可分。早在兩千年前，中國人就發明了世界上最早的磁性指南工具——司南。現如今我們所使用的智能手機中的指南針也是用磁性材料來指引方向的。目前，張學瑩團隊所致力的自旋電子芯片開發研究就是傳統磁性材料和微電子結合的學科，其在航天領域以及便攜式電子設備中都有著廣泛的應用前景。

來到北航青島研究院之后，張學瑩就和團隊積極投身公共建設類的項目研發中。在青島市政府、嶗山區政府以及歌爾集團的支持下，張學瑩所在團隊不斷進行實踐與創新，并成功建成了中國唯一一條具有全閉環研發能力的8英寸磁性微電子工藝測試公共平臺。這一項目的建設完成彌補了我國磁性微電子工藝領域的多項空白，對青島地方微電子產業發展產生了巨大的推動作用。

磁光測試是研發磁性芯片的一個重要測試手段，而企業想要進行磁性芯片的研發，就需要相關的磁光測試設備。但是，目前國內在磁光測試設備開發領域，幾乎處于空白狀態。為了打破這種困境，張學瑩團隊在北京航空航天大學、北航青島研究院和相關企業的共同協作下建立了磁光測試實驗室，以此為實驗支撐平臺，展開了一系列自主研發工作。

針對普通顯微鏡難以觀察到芯片單元內部的磁性變化的現狀，張學瑩團隊通過創新實踐，研發了一款特種顯微鏡，這款顯微鏡便是中國首款商用磁光克爾顯微鏡，分辨率達到300nm。此前，磁光克爾顯微鏡只能依賴進口，單臺售價高達200萬元人民幣。在此之后，張學瑩和團隊成員成功將自主研發的磁光克爾顯微鏡設備推向市場，并大幅降低了其售賣價格，不僅讓更多科研單位用得起該設備，還消除了“卡脖子”隱患。目前，這款設備已經在清華大學、中國科學院物理所等頂尖科研機構裝機使用。團隊繼續努力，在2021年夏天，又成功研發了中國首臺產業級晶圓磁光測試儀，打破了美國科磊半導體公司在該領域的壟斷，為我國磁性芯片量產提供了測試設備支撐，這項成果也標志著團隊的產品邁向了微電子產業領域。

團隊合影

產業落地，培養實踐型人才

科技是第一生產力，是促進國民經濟發展的支撐動力。“但是科技的落地并不是一蹴而就的，從原理到設備再到真正的產業化，我們需要走的路還有很長。”張學瑩說。為了能將自己的科研技術盡快與產業發展相協同，張學瑩團隊于2019年7月創立了致真精密儀器（青島）有限公司，由張學瑩擔任執行董事/首席技術官，致力于通過公司的商業模式，完成研發設備的真正工程化。

“因為儀器行業涉及光、電、測控、軟件等各學科，而單學科的科研人才并不能完成整個高端儀器設備的設計制造。”張學瑩說。而這一學科特點，也決定了科研人才必須具有多學科的技術能力以及產業實踐經驗。在這一背景下，張學瑩團隊所倡導的產學研優勢互補，也給人才培養注入了更多新鮮活力。很多學生在項目研發、討論的過程中，懂得了如何將自己所學的知識融合到科研產業化的項目應用中，真正做到“學以致研、學以致用”。

張學瑩團隊始終秉承“尊重科學、精益求精”的精神，在取得系列成果的同時，也獲得多項榮譽，包括青島市“市長杯”創新創業大賽一等獎、“互聯網+”大學生創新創業大賽全國總決賽金獎等，所創立的企業也獲得近千萬元的市場投資。

展望未來，推動企業主導、高校和科研院所支撐的聯合創新體，協同突破關鍵科研技術及高端儀器設備研發是大勢所趨。在這一背景下，張學瑩希望和研究團隊能夠在集成電路、高端儀器設備等領域繼續深耕，將產業模式進一步做大做強，特別是將團隊在磁光測試這一方向中的研究優勢發揮到最大，在3年內在磁性微電子測試領域達到世界前列。而后，通過產學研結合的模式，張學瑩還希望團隊所研發的設備能夠覆蓋整個集成電路制造領域，為更多的芯片研發和生產單位提供服務。

雖然高端科學儀器自主研發路阻且長，但是張學瑩及其研究團隊的信念始終堅定。在由儀器制造大國邁向儀器制造強國的奮進之路中，他們愿做其中的鋪路石，為我國的高端儀器研發奠定根基。