济南大学率先研制出12英寸铌酸锂晶体

齐鲁网·闪电新闻5月26日讯 由(yóu)济南(jǐnán)大学刘宏教授、孙德辉教授率领的山东恒元半导体科技(kējì)有限公司(yǒuxiàngōngsī)-济南大学联合科研团队，经过两年艰苦卓绝的奋战，率先研制出 12 英寸（直径 300mm）的超大尺寸光学级铌酸锂晶体。这一重大突破——“ 12 英寸光学级铌酸锂晶体”成功入选2024年度山东省十大科技创新(chuàngxīn)成果榜单。山东省十大科技创新成果榜单是由山东省科学技术厅创新发展(fāzhǎn)研究院组织下，经数十名院士(yuànshì)专家从省重大科技成果库中层层筛选、投票选出，这为(zhèwèi)济南的科技发展添上浓墨重彩的一笔。 “揭榜挂帅(guàshuài)”：汇聚科研力量，开启攻坚征程 回溯至三年前，济南市(jǐnánshì)高瞻远瞩地推出 “揭榜挂帅”科技计划，犹如吹响了向光电子领域科研高峰冲锋(chōngfēng)的号角。 济南大学科研(kēyán)团队以其深厚的科研积淀，在 8 英寸铌酸锂晶体(jīngtǐ)(jīngtǐ)科研成果基础上(shàng)深度(shēndù)发力，为 12 英寸晶体研发注入强大动力。团队大胆创新，在世界上首次提出研发 12 英寸铌酸锂晶体生长技术的构想，并成功入选 2022 年济南市“揭榜挂帅”重点项目。 济南大学科研(kēyán)团队投身项目伊始，便凭借多年专注铌酸锂晶体研究积累的(de)理论知识与实践经验，成为项目团队中的 “智囊团”。从晶体生长(jīngtǐshēngzhǎng)的基础理论研究，到实验室初步方案设计，团队成员充分发挥专业优势，运用先进的晶体生长动力学、有限元仿真学等知识，为项目搭建起坚实的理论框架。他们深知，此次科研攻关不仅(bùjǐn)关乎企业的发展，更是我国光电子产业突破国际(guójì)瓶颈、实现弯道超车的希望所在，承载着无数(wúshù)科研人的梦想与国家(guójiā)科技发展的重任。 披荆斩棘：两年(liǎngnián)砥砺奋进，攻克重重难关 项目启动后，科研团队旋即踏入充满荆棘的探索之路，迎接他们的是(shì)前所未有的重重困难(chóngchóngkùnnán)，每一步都充满艰辛与挑战。 生产设备和热场的设计(shèjì)堪称(kānchēng)首道 “天堑”。要实现(shíxiàn) 12 英寸铌酸锂晶体(jīngtǐ)稳定生长，常规生长设备参数与热场架构远远无法满足(mǎnzú)需求。孙德辉教授和他的学生便整日(zhěngrì)泡在实验室与车间，反复模拟、测试、优化。孙德辉凭借多年经验，为生长设备关键部件改良提出诸多建设性意见。从设备整体架构设计，到每一个零部件选材、加工精度，都经过无数次斟酌调整，最终打造出能够适合超大尺寸铌酸锂晶体的生长设备，为晶体生长奠定(diàndìng)硬件基础。 然而，晶体生长(shēngzhǎng)过程才是真正的(de) “硬骨头”。铌酸锂晶体生长宛如一场微观世界的精细舞蹈，温度稍有偏差、热场梯度微小波动，或生长速率控制不当，都会导致晶体出现瑕疵甚至生长失败。最初几个月，科研团队遭遇数十次失败，看着生长失败的晶体，大家心情沉重。但孙教授(jiàoshòu)总是给大家鼓舞士气：“失败是成功路上(lùshàng)的垫脚石，这些晶体虽有缺陷，却在‘告诉’我们(wǒmen)(wǒmen)问题所在，给我们指明(zhǐmíng)了改进方向，当我们把该遇到的问题都见一遍，那时候我们就能(néng)摸到12英寸晶体了。” 在 12 寸晶体生长工作中，难题接踵而至。博士生韩文斌就遇到了棘手状况，实验中连续出现几个异形晶体，形似飞碟状。“这样形状的(de)晶体对于后期的加工极为(jíwéi)不利，当时我心里特别着急。” 韩文斌回忆道。他迅速将几次实验的参数拿给孙德辉老师讨论(tǎolùn)，孙老师凭借深厚的专业知识，一针见血地指出关键(guānjiàn)：晶体尺寸太(tài)大(dà)，越接近边缘线速度(xiànsùdù)越快，晶体在边缘结晶就成了奇特(qítè)的 “飞碟” 模样。与此同时，团队做理论计算(jìsuàn)的李陈哲通过计算机模拟，得出相应理论结果，有力支撑了项目推进。随后，他们依据分析果断调整晶体生长参数，成功解决这一难题。 一波未平(yībōwèipíng)一波又(yòu)起，晶体尺寸大、重量高又引发新危机。好不容易生长的晶体，在得到晶体前的降温(jiàngwēn)冷却阶段，籽晶(zǐjīng)断裂坠落，开裂了，这让大家(dàjiā)心疼不已。韩文斌和团队(tuánduì)成员们没有气馁，立刻深入分析原因，发现是下种孔道温度低，温度下降太快导致应力不均所致。他们迅速采取措施，增加这个部位的保温，精心改进降温参数，经过多次尝试，最终成功取出完整的 12 英寸晶体。 功夫不负有心人，这场艰苦卓绝的科研战役后(hòu)，最终突破 12 英寸铌酸锂晶体生长技术，实现从(cóng)追随者到开拓者的华丽转身。 铌酸锂(lǐ)之光：开启光子芯片新纪元 铌酸锂晶体，无疑是材料科学领域的璀璨明珠，集压电、电光、声光及非线性光学等多种独特效应于一身(yīshēn)，当之无愧成为集成光电子(guāngdiànzi)技术核心基础材料。现代研究更是揭开其(qí)惊人潜力(qiánlì)：基于铌酸锂光学平台(píngtái)开发的微波光子芯片，运算速度堪称 “闪电”，比传统电子处理器快 1000 倍，为解决当下电子芯片算力瓶颈提供革命性方案。 在后摩尔时代(shídài)，光子芯片以速度快、能耗低、性能稳优势，成为科学界和产业界共同瞩目的焦点。而大尺寸铌酸锂晶体恰是光子芯片迈向产业化关键基石。孙德辉说(shuō)：“晶体尺寸越大，单位芯片成本(chéngběn)越低(yuèdī)，这是光子芯片大规模普及的经济学(jīngjìxué)根基。” 济南(jǐnán)大学-山东恒元半导体科研团队在此过程中持续发力，一方面深入研究优化 8英寸铌酸锂晶体产业化技术(jìshù)，提高良品率；另一方面，抢占下一代晶圆材料的技术高地，率先突破(tūpò)12 英寸铌酸锂晶体生长技术，为未来光子产业发展做好技术储备。 产业(chǎnyè)新航标：济南光电子产业乘风破浪 12 英寸铌酸锂晶体研制成功，犹如在济南集成光电子产业大海上(hǎishàng)扬起巨型风帆，助力其(qí)加速远航。这一成果不仅彰显济南在光电子关键材料(cáiliào)制备技术上的世界领先地位，更如涟漪般向外扩散，带动(dàidòng)上下游产业协同发展。 现如今，铌酸锂(lǐ)产业已经成为山东省(shāndōngshěng)、济南市重点发展的产业方向。2024年山东省科学技术厅批复(pīfù)了山东省铌酸锂光电集成(jíchéng)功能材料重点实验室的筹建(chóujiàn)方案，就是刘宏、孙德辉教授团队依托济南大学，联合济南市内上下游企业济南晶正电子科技有限公司、山东恒元半导体科技有限公司共同(gòngtóng)筹建的，孙德辉教授年仅38岁就担任了重点实验室主任。 孙德辉表示，展望未来，科研团队(tuánduì)将扎根省重点实验室，向着更高性能材料、更先进制备工艺进发，培养更多(duō)光电子领域专业人才，为产业持续(chíxù)注入新鲜血液。 闪电新闻记者 冯诗惠 通讯员 刘珂(liúkē)珂 刘哲 报道