济南大学率先研制出12英寸铌酸锂晶体

齐鲁(qílǔ)网·闪电新闻5月26日讯 由济南大学刘宏(liúhóng)教授、孙德辉教授率领的山东恒元半导体科技有限公司(yǒuxiàngōngsī)-济南大学联合科研团队，经过(jīngguò)两年(liǎngnián)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成果榜单(bǎngdān)。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研究院组织下，经数十名院士专家从省重大科技成果(kējìchéngguǒ)库中层层筛选、投票选出，这为济南的科技发展添上浓墨重彩的一笔(yībǐ)。 “揭榜挂帅”：汇聚(huìjù)科研力量，开启攻坚征程 回溯至三年前，济南市高瞻远瞩地推出 “揭榜挂帅”科技计划(jìhuà)，犹如吹响了向光电子领域科研高峰冲锋(chōngfēng)的号角。 济南大学科研团队(tuánduì)以其(qí)深厚的科研积淀，在 8 英寸(yīngcùn)铌(ní)酸锂晶体科研成果基础上深度发力，为 12 英寸晶体研发注入强大动力。团队大胆创新，在世界上(zàishìjièshàng)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。 济南大学科研团队(tuánduì)投身项目伊始，便凭借多年专注铌酸锂(lǐ)晶体研究积累的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(jīchǔlǐlùn)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，此次科研攻关不仅关乎企业的发展，更是我国光电子产业突破国际瓶颈、实现弯道超车的希望(xīwàng)所在，承载着无数科研人的梦想与国家科技(kējì)发展的重任(zhòngrèn)。 披荆斩棘：两年(liǎngnián)砥砺奋进，攻克重重难关 项目启动后(hòu)，科研团队旋即踏入(tàrù)充满荆棘的探索之路，迎接他们的是前所未有的重重困难，每一步都充满艰辛与挑战。 生产设备和热场的(de)设计堪称首道 “天堑”。要实现 12 英寸铌酸锂晶体稳定生长，常规生长设备参数与(yǔ)热场架构远远无法满足需求。孙德辉教授和他的学生便整日泡在实验室与车间，反复模拟、测试(cèshì)、优化(yōuhuà)。孙德辉凭借(píngjiè)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(dōu)经过无数次(wúshùcì)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，为晶体生长奠定硬件基础。 然而(ránér)，晶体(jīngtǐ)(jīngtǐ)生长过程才是真正的(de) “硬骨头”。铌酸锂晶体生长宛如一场微观世界(wēiguānshìjiè)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(zuìchū)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(dàn)孙教授总是给大家鼓舞士气：“失败是成功路上的垫脚石，这些晶体虽有缺陷，却在‘告诉’我们问题所在，给我们指明了改进方向，当我们把该遇到的问题都见一遍，那时候(shíhòu)我们就能摸到12英寸晶体了。” 在 12 寸晶体生长工作中(zhōng)，难题接踵而至。博士生韩文斌就遇到(yùdào)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(zhèyàng)形状(xíngzhuàng)的晶体对于后期的加工极为不利，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(cānshù)拿给孙(sūn)德辉老师讨论，孙老师凭借深厚的专业知识，一针见血地指出关键：晶体尺寸太大，越接近(jiējìn)边缘线速度越快，晶体在边缘结晶就成了奇特的 “飞碟” 模样(múyàng)。与此同时，团队做理论计算的李陈哲通过计算机模拟(mónǐ)，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。 一波未平一波又起，晶体(jīngtǐ)尺寸大、重量高又引发新(xīn)危机。好不容易生长的(de)晶体，在得到晶体前的降温冷却阶段，籽晶(zǐjīng)断裂坠落，开裂了，这让大家心疼不已。韩文斌和团队成员们没有气馁，立刻深入分析原因(yuányīn)，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(bùwèi)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(de)科研战役后，最终突破 12 英寸(yīngcùn)铌酸锂晶体生长技术，实现从追随者到开拓者的华丽转身。 铌酸锂之光：开启光子芯片(xīnpiàn)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(guāngxué)等多种独特效应于一身，当之无愧(dāngzhīwúkuì)成为集成光电子技术核心基础材料。现代研究更是揭开其惊人潜力：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(chuántǒng)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(gémìngxìng)方案。 在(zài)后摩尔时代，光子芯片(xīnpiàn)以速度快、能耗低、性能稳优势，成为(wèi)科学界和产业界共同瞩目的焦点(jiāodiǎn)。而大尺寸(chǐcùn)铌酸锂晶体恰是光子芯片迈向产业化关键基石(jīshí)。孙德辉说：“晶体尺寸越大，单位芯片成本越低，这是光子芯片大规模普及的经济学根基。” 济南大学-山东恒元(héngyuán)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，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12 英寸铌酸锂晶体生长技术，为未来光子产业发展做好(zuòhǎo)技术储备。 产业(chǎnyè)新航标：济南光电子产业乘风破浪 12 英寸(yīngcùn)铌酸锂晶体研制成功，犹如在济南(jǐnán)集成光电子产业(chǎnyè)(chǎnyè)大海上扬起巨型风帆，助力其加速远航。这一成果不仅彰显济南在光电子关键材料制备技术上的世界领先地位，更如涟漪般向外扩散，带动上下游产业协同发展。 现如今，铌酸锂产业已经成为山东省、济南市(jǐnánshì)重点发展的产业方向。2024年山东省科学技术厅批复了山东省铌酸锂光电集成功能(gōngnéng)材料(cáiliào)重点实验室(shíyànshì)的筹建方案，就是(jiùshì)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(jīng)正电子科技有限公司、山东恒元半导体科技有限公司共同筹建的，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，科研团队将扎根省重点实验室(shíyànshì)，向着更高性能材料、更先进制备工艺进发，培养更多光电子领域(lǐngyù)专业人才(zhuānyèréncái)，为产业持续注入新鲜血液。 闪电新闻记者(xīnwénjìzhě) 冯诗惠 通讯员 刘珂珂 刘哲 报道