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 由济南大学刘宏教授、孙德辉教授率领(shuàilǐng)的山东恒元半导体科技有限公司-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(guāngxué)级铌酸(suān)锂晶体。这一重大突破——“ 12 英寸光学级铌酸锂晶体”成功(chénggōng)入选2024年度山东省(shāndōngshěng)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，经数十名院士专家从省重大科技成果库中层层筛选、投票选出(xuǎnchū)，这为济南的科技发展添上浓墨重彩的一笔。 “揭榜挂帅”：汇聚科研力量，开启攻坚(gōngjiān)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，犹如吹响了(le)向光电子领域(lǐngyù)科研高峰冲锋的号角。 济南大学科研团队以其深厚的科研积淀，在(zài) 8 英寸铌酸锂晶体(jīngtǐ)科研成果基础上深度发力，为 12 英寸晶体研发注入(zhùrù)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(jìshù)的构想，并成功入选 2022 年(nián)济南市“揭榜挂帅”重点项目。 济南大学(dàxué)科研团队投身项目伊始，便凭借多年(duōnián)专注铌酸(suān)锂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”。从晶体生长的基础理论研究，到实验室初步方案设计，团队成员(chéngyuán)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(qǐyè)的发展，更是我国光电子产业突破国际瓶颈、实现弯道超车(chāochē)的希望所在，承载(chéngzài)着无数科研人的梦想与国家科技发展的重任。 披荆斩棘：两年砥砺(dǐlì)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，迎接他们的是前所未有的重重困难(chóngchóngkùnnán)，每一步(yībù)都充满艰辛与挑战。 生产设备(shèbèi)和热场的设计堪称首道 “天堑”。要实现 12 英寸铌酸(suān)锂晶体稳定生长(shēngzhǎng)(shēngzhǎng)，常规生长设备参数与热场架构远远无法满足需求。孙德辉教授和他(tā)的学生便整日泡在实验室与车间，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(dǎzàochū)能够(nénggòu)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，晶体生长过程才是真正的 “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(piānchā)、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(shībài)。最初几个月，科研团队(tuánduì)遭遇数十次(shùshícì)失败，看着生长失败的晶体，大家心情沉重。但孙教授总是(zǒngshì)给大家鼓舞士气(gǔwǔshìqì)：“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(wǒmen)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，那时候我们就能摸(mō)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(jiù)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)(de)晶体对于后期的加工(jiāgōng)极为不利，当时我心里特别着急。” 韩文斌回忆道(dào)。他迅速将几次实验的参数拿给孙德辉老师讨论，孙老师凭借(píngjiè)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。 一波未平一波又起，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冷却阶段，籽晶断裂坠落，开裂了，这让大家心疼不已。韩文斌和团队成员(chéngyuán)们没有气馁，立刻深入分析(shēnrùfēnxī)原因，发现(fāxiàn)是(shì)下种孔道温度低，温度下降太快导致应力不均所致。他们(tāmen)迅速采取措施，增加这个(zhègè)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(zhèchǎng)艰苦卓绝的(de)科研战役后，最终突破 12 英寸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(guāngzi)芯片新纪元 铌酸锂晶体，无疑是材料(cáiliào)科学领域的(de)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，当之无愧成为集成光电子(diànzi)技术核心基础材料。现代研究更是揭开(jiēkāi)其惊人潜力：基于铌酸锂光学平台开发的微波光子(guāngzi)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，光子芯片以(yǐ)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(de)焦点。而大尺寸铌(ní)酸锂晶体(jīngtǐ)恰是光子芯片迈向产业化关键基石(jīshí)。孙德辉(sūndéhuī)说：“晶体尺寸越大(yuèdà)，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(wèilái)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(chǎnyè)大(dà)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(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(xiànrújīn)，铌酸锂产业已经成为山东省、济南市重点(zhòngdiǎn)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)材料重点实验室(shíyànshì)的筹建方案，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(shàngxiàyóu)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筹建的，孙德辉教授年仅38岁(suì)就担任了重点实验室主任。 孙德辉(sūndéhuī)表示，展望未来，科研团队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 冯诗惠 通讯员 刘珂(liúkē)珂 刘哲 报道