为了更好地让应届毕业生适应当代的就业形势,增加复旦学生的就业竞争力,拓展学生的就业视野,学校就业指导中心特别设立了中国之梦·理想之光—复旦大学生涯规划“三行”活动的系列特色项目。受到了学校就业指导中心的项目资助,我们随即于2014年1月10日开展了“感受以纳米科技为核心的交叉技术之魅力-复旦学子赴中科院苏州纳米所之行”的活动。
中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所(以下简称苏州纳米所),于2006年筹建,2010年通过验收从此开始宣告正式成立。它是由中国科学院与江苏省人民政府、苏州市人民政府和苏州工业园区共同出资创建,位于苏州工业园区独墅湖科教创新区内。苏州纳米所面向国际科技前沿、国家战略需求与未来产业发展,开展相关领域基础性、战略性、前瞻性的研究。
在本次考察中,我们以参观学习的形式走访了苏州纳米所的大部分科研部门,并将重点放在了和我们研究生日常科研工作最紧密的纳米加工公共平台。该平台的定位是通过构建布局合理、开放高效、技术先进的大型科学仪器设备资源和信息共享系统,为研究所和企业提供测试、咨询与培训服务。
带领我们参观的是纳米加工平台的曾中明研究员。这次参观主要包含三个部分:参观净化间前的培训和实验仪器参观及讲解以及最后一项也是本次参观的另一个重头戏:与曾老师的访谈环节。
纳米加工平台是一个公共的、开放的服务平台。为了帮助大家熟悉、了解平台内各种仪器的性能指标以及正确的使用方法和基本的操作工艺,即便对于我们这样仅仅是参观访问的同学来说,在进入超净间之前进行短暂的培训也是非常必要的。在培训中,曾研究员简要的介绍了纳米加工平台超净间的总体布局、环境,超净间的管理规定、行为规范,安全知识等。由于纳米材料的生长对大气环境的洁净度、温湿度及压力都有严格的要求,所以整个纳米加工平台从基础工艺到器件测试到器件封装都是在超净间中完成的。这也就要求我们在进入超净间参观之前也是要做好充分的准备工作。在进入超净间之前的准备间内,曾老师已经事先帮我们准备了超净间工作服,并示意我们在超净间第一道门(第一更衣室)前,放下随身的行李,跨过鞋架换上干净的拖鞋。在第一更衣室进入第二道门(风淋室)前,脱去外衣进入风淋室风淋2分钟。进入第三道门(第二更衣室),换上超净间的无菌工作服,还戴上了口罩、手套和鞋套。让人印象深刻的是,除此之外,我们还要带上特制的帽子,可以说当我们在这般“全副武装”之后,即便是天天在一起工作生活学习的同学,我们都很难再认出对方,基本只能通过声音分辨。从这样的细节可以看出研究所管理有方,同时在这里对于实验室人员的洁净要求基本上是顶级的。我们分批通过风淋除去身上的灰尘之后,就慢慢看到了实验室内部的面貌。加工平台空间很大,即便如此,也是精细地规划过的,不重要的设施都被精简了。由于人流不多,楼层之间的楼梯都很窄。不同功能的房间都被隔开,房间门口都有很详细的说明。随处可见的是安全提示,处处体现着管理的贴心和细致。
在曾研究员的引导下,我们参观了各个实验室。纳米所加工平台的设施很先进,除了在我们自己超净间能够见到的用于镀膜的LAB18磁控溅射仪,电子束蒸发设备,原子层沉积设备ALD和金属有机化学气相沉积MOCVD之外,一些较为昂贵的设备比如说低温分子束外延LT-MBE和一些光刻设备如深紫外光刻机等还是只有在这些特定的科研院所才能看到。面对这些陌生的仪器,我们的兴致一下子提升了很多。
通常来说,芯片制造有四个基本工艺:光刻、刻蚀、镀膜和封装。
光刻是通过一系列生产步骤,将晶圆表面薄膜的特定部分除去的工艺。在此之后,晶圆表面会留下带有微图形结构的薄膜。通过光刻工艺过程,最终在晶圆上保留的是特征图形部分。光刻是所有四个基本工艺中最关键的。光刻确定了器件的关键尺寸。光刻过程中的错误可造成图形歪曲,最终可转化为对器件的电学特性产生影响。图形的错位也会导致类似的不良结果。在光刻工艺方面,我们看到了电子束光刻机(JBX5500ZA)、MA6紫外光刻机、六英寸双面对准光刻机(SUSS MA6/BA6)、晶片键合机(SUSS CB6L)等一大批精密的纳米加工仪器。
刻蚀,是微电子IC制造工艺以及微纳制造工艺中的一种相当重要的步骤。是与光刻相联系的图形化(pattern)处理的一种主要工艺。所谓刻蚀,实际上狭义理解就是光刻腐蚀,先通过光刻将光刻胶进行光刻曝光处理,然后通过其它方式腐蚀处理掉所需除去的部分。随着微制造工艺的发展;广义上来讲,刻蚀成了通过溶液、反应离子或其它机械方式来剥离、去除材料的一种统称,成为微加工制造的一种普适叫法。在这里,离子束刻蚀机(IBE-A-150)和深硅刻蚀(STS HRM)等刻蚀设备也是应有尽有。其中离子束刻蚀机的原理是利用辉光放电原理将氩气分解为氩离子,氩离子经过阳极电场的加速对样品表面进行物理轰击,以达到刻蚀的作用。
镀膜设备,可以说是该平台具有最多的了,除了上面提到的磁控溅射、热蒸发、原子层沉积、低温分子束外延和金属氧化物化学气相沉积外,还有离子注入机和等离子体增强化学气相沉积(简称为PECVD,是借助于辉光放电等离子体使含有薄膜组成的气态物质发生化学反应, 从而实现薄膜材料生长的一种新的制备技术)等其他各类设备。有趣的是,我们的团队成员关雷雷同学还注意到研磨/CMP抛光机(AL-380L/P)对于他目前项目的后续计划提供了一种新的路径。他说道,对于纳米级结构的纳米材料进行硬度测试一般都是利用压痕硬度测试仪,这种方法的缺点就是被测材料一定要能提供一个较大的测试平面,对于他使用的具有纳米量级结构的纳米材料就不能很好的提供这个较大测试平面,有了这个纳米级的抛光机我们可以尽量有选择性的制造出我们需要的测试面。
作为四大基本工艺的最后一个,半导体封装,是指将通过测试的晶圆按照产品型号及功能需求加工得到独立芯片的过程。因为我们平时的科研还没有涉及到制造器件的环节,所以这部分的内容对我们来说是全新的,很多设备的名字和都是第一次听到。比如说倒装焊机(FC150)等。
除此之外,曾老师还兴致勃勃地给我们介绍了这里的台阶仪和快速退火炉(RTP-500)。快速热处理技术(RTP)近年来得到越来越广泛的应用,可用于硅及化合物半导体材料离子注入后的退火,硅化物形成,欧姆接触制备以及快速氧化,快速氮化等方面。该设备具有很好的长时间工作稳定性以及快速升降温,慢速升降温的功能,因此也可用于铁电膜的制备以及各种半导体材料CVD工艺的热处理。
值得注意的是,我们此次参观的大部分设备都是可以批量生长纳米材料的,他们还有更加专业的分析测试平台。该平台配备了先进的分析表征设备,具备全面的纳米尺度下的单分子和纳米结构的表征技术与测试手段,拥有丰富的理论计算手段,实验和理论紧密结合,为研究所的纳米材料和器件、生物医学、仿生、纳米安全等各个科研方向提供全面的科技支撑服务。这个分析测试平台包括电子显微镜实验室、扫描探针实验室、光电实验室、结构分析实验室,及计算分析中心等若干实验室。
在如数家珍的介绍加工平台现有设备的同时,曾老师也告诉我们,在这个加工平台内,很多使用和合作没有外界想象得复杂,只要有相应的需求,纳米所都能提供加工的机会,合作也是很欢迎的。相应的,这也就到了此次参访的另一个重要环节,我们与曾中明研究员的访谈环节。
访谈的两个核心要点在于,第一,苏州纳米所是如何做到产学研的高度结合;第二,这样的高度整合对于我们学生的就业有哪些帮助。
曾老师在回答中和我们谈到:苏州纳米所在2012年获得了“中国产学研合作创新奖(单位)”,苏州纳米所和苏州纳维科技有限公司联合申报的“第三代半导体产业发展关键材料—氮化镓(GaN)晶片开发及产业化”项目也获得了“2012年中国产学研合作创新成果奖”。同时苏州纳米所也会定期或者不定期地与园区企业开展产学研合作沙龙,这是为了加强纳米所与企业界的交流,增强纳米所与园区企业的彼此了解,创造产学研的合作机遇。未来纳米所还将不断地探索产学研高度整合的思路。纳米产业是21世纪国际产业竞争的制高点,已经渗透诸多领域如材料和制备、微电子和计算机技术、医学与健康、航天和航空、环境和能源、生物技术和农产品等,逐渐成为推动世界各国经济发展的驱动力之一。苏州纳米所定位于纳米技术的应用基础研究和产业化,主要围绕能源、环境、信息、生命与医药四大应用领域开展研发工作,设有纳米器件、纳米生物、纳米仿生、系统集成与IC设计、学科交叉、国际实验室及印刷电子学七个研究部门,拥有纳米加工平台、测试分析平台、计算平台、太阳能电池检测分析中心等技术支撑机构和工程化中心、技术转移中心和技术培训中心等成果转移转化机构。所以举办类似的产学研合作沙龙将组织企业与苏州纳米所进行技术交流对接,带领大家走进神奇的纳米世界,并在交流中寻求合作机会。
另一方面,曾老师也说到,加工平台的所有设备对研究所、高校、企业甚至个人全部开放,申请人经过加工平台的技术人员培训获得上岗资格后可以独立使用平台的设备从事科研和产品的研发。纳米加工平台可以为申请单位提供独立的超净空间和办公室,申请单位可以独立的使用所申请的超净空间,安置研发设备配合加工平台所提供的设备进行研发。纳米加工平台可以向申请单位或个人提供技术人员,在申请单位允许和满足一定的申请条件下,平台可以提供工艺技术人员或学生可以参与申请者非核心的技术工作或者开发性的研究工作。纳米加工平台本着开放的原则,提倡一般加工技术共享,可以向平台的使用单位或个人提供一般的技术支持,在双方的协议下也可以相互提供核心的技术支持,以促进加工技术的进步,降低使用者的研发技术成本。
我们了解到纳米加工平台作为支撑部门,是纳米所的公共资源,为各研究部项目的实施提供工艺条件,利用平台的公共服务和广泛接触的优势,为所属各类研发单元的有效合作提供建设性建议。这里的研究同应用联系的相当紧密,因而吸引了大量人才来纳米所进行产业化研究,开放的纳米加工平台不仅是科学工作者之间的学术交流平台,更重要的成为企业和科研、企业和企业之间的桥梁;不仅是先进的技术加工平台,还是微纳加工技术领域的人才培训基地。使用纳米加工平台的可以是单位、项目组或个人可以成立研发实验室、成立产品开发性公司、研制科研项目等各种形式。开放也分成四个内容:设备资源开放、研究场地开放、人才开放以及技术开放。这样可以最大化为满足需要纳米加工的项目和团队。
第二个问题是关于学生就业的,当然这也是此次考察的另一个重要方面。对于这个问题,曾老师很坦白的告诉我们,纳米所现在仍然处于筹建的过程中,不论是物理、光学、化学、生物、医学等各类基础学科还是工程技术、计算机、材料等应用类学科,对人才的需求是迫切的。另一方面,纳米所自身也有自己的科研团队,曾老师本身就在带研究生做科研。他表示,不论毕业的学生是希望继续进入课题组来苏州纳米所深造,还是想留在所里支持纳米所的发展,都是欢迎的。
美好的时光总是让人觉得短暂。在我们即将离开苏州纳米所之时,思想碰撞的火花仍然在我们的大脑兴奋着,从一个突触传到另一个突触,实在是意犹未尽。交叉技术、产学研等称呼将不再是一个称呼,而是实实在在的一种模式,苏州纳米所的成立以及未来正是要践行这种模式,而像我们这样具备光学及其相关专业背景的研究生必将在这次高度整合的浪潮中获益匪浅。
感谢复旦大学就业指导中心的大力支持,感谢信息学院党委副书记张荣君老师和光科学工程系朱鹤元老师、戴祝萍老师的亲切关心,感谢光科系2011级博士研究生梁佩佩、2012级硕士研究生关雷雷、王子仪、游庆虎、张哲的积极参与和共同规划,没有你们的鼎力相助就没有这次活动的顺利开展。在此,再次衷心感谢各位。
供稿:袁昊辰(项目负责人,12级博士生)