济南大学率先研制出12英寸铌酸锂晶体

齐鲁网·闪电(shǎndiàn)新闻5月26日讯 由济南(jǐnán)大学刘宏教授(jiàoshòu)、孙德辉教授率领的(de)山东恒元半导体(bàndǎotǐ)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(chǐcùn)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。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(xià)，经数十名院士专家从省重大科技成果库中层层(céngcéng)筛选、投票选出，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(kēyán)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(guàshuài)”科技计划，犹如吹响了向光电子领域科研高峰冲锋的号角。 济南大学(dàxué)科研团队(tuánduì)以其深厚的(de)科研积淀，在 8 英寸铌酸锂晶体科研成果基础上深度发力(fālì)，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(rùxuǎn) 2022 年济南市“揭榜挂帅”重点项目。 济南大学科研团队投身项目伊始，便凭借多年专注铌酸锂晶体研究积累的理论知识(zhīshí)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(zhuānyè)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(qǐ)坚实的理论框架。他们深知，此次科研攻关(gōngguān)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(wāndào)超车的希望所在，承载着(zhe)无数科研人的梦想与国家科技发展的重任。 披荆斩棘：两年(liǎngnián)砥砺奋进，攻克重重难关 项目启动(qǐdòng)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)，每一步都充满艰辛与挑战。 生产设备和热场的设计堪称首道 “天堑”。要实现 12 英寸铌酸锂晶体稳定生长(shēngzhǎng)，常规生长设备参数与热场架构远远无法满足需求。孙德辉教授和他的学生便整日泡在实验室与车间，反复(fǎnfù)模拟、测试(cèshì)、优化。孙德辉凭借多年经验，为生长设备关键部件改良(gǎiliáng)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(xuǎncái)、加工精度，都经过无数次斟酌(zhēnzhuó)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(jīngtǐshēngzhǎng)奠定硬件基础。 然而，晶体生长(jīngtǐshēngzhǎng)过程(guòchéng)才是真正的 “硬骨头”。铌(ní)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(sùlǜ)控制(kòngzhì)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(zài)‘告诉’我们问题所在，给我们指明了(le)改进方向(fāngxiàng)，当我们把该遇到的问题都见一遍，那时候我们就能摸到12英寸晶体了。” 在 12 寸晶体生长工作中，难题接踵而至(jiēzhǒngérzhì)。博士生韩文(hánwén)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不利，当时(dāngshí)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(nágěi)孙德辉老师(lǎoshī)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，越接近边缘线速度越快，晶体在边缘结晶(jiéjīng)就成了奇特的 “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(jiějué)这一难题。 一波未平一波又起，晶体尺寸大(dà)、重量高又引发新危机。好不容易生长的晶体，在得到晶体前(qián)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(bīn)和团队成员们没有气馁(qìněi)，立刻深入分析原因，发现是下种孔道温度低(dī)，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(wánzhěng)的 12 英寸晶体。 功夫不负有心人，这场艰苦卓绝的(de)科研(kēyán)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(kāiqǐ)光子芯片新纪元 铌酸锂晶体，无疑是材料科学领域的璀璨(cuǐcàn)明珠，集压电、电光、声光(shēngguāng)及(jí)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技术核心基础材料。现代研究更是(gèngshì)揭开其惊人潜力：基于铌酸锂光学平台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(chǔlǐqì)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(guāngzi)芯片(xīnpiàn)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(ní)酸锂晶体恰是光子芯片迈向产业化关键基石。孙德辉(sūndéhuī)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-山东恒元半导体科研团队在此(cǐ)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(tígāo)良品率；另一方面，抢占(qiǎngzhàn)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。 产业新航标：济南(jǐnán)光电子产业乘风破浪 12 英寸铌酸锂晶体(jīngtǐ)研制成功，犹如在济南集成光电子产业大海上(shàng)扬起巨型风帆(fēngfān)，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(liányī)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、济南市重点(zhòngdiǎn)(zhòngdiǎn)发展的产业方向(fāngxiàng)。2024年山东省科学技术厅批复(pīfù)了山东省铌酸锂光电集成功能材料重点实验室的筹建方案，就是刘宏、孙德辉教授团队依托济南大学，联合济南市内(nèi)上下游企业济南晶正电子科技(kējì)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(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(péiyǎng)更多光电子领域(lǐngyù)专业人才，为产业持续注入新鲜血液。 闪电新闻记者 冯诗惠 通讯员(tōngxùnyuán) 刘珂珂 刘哲 报道