九峰山實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，科研人員在檢查芯片晶圓完整度。    （湖北日?qǐng)?bào)全媒記者 魏錸 攝）

湖北日?qǐng)?bào)全媒記者 張真真 馬文俊

通訊員 朱凌燕 張希為

在中國(guó)光谷，一家新型實(shí)驗(yàn)室引人注目——

它于2023年3月投入運(yùn)行。截至今年11月底，不到兩年時(shí)間內(nèi)，就有30多家創(chuàng)新企業(yè)在它周圍聚集，總估值超過(guò)百億元。

這家實(shí)驗(yàn)室與企業(yè)聯(lián)合攻關(guān)，共同研制出晶圓切割、晶圓封測(cè)等半導(dǎo)體領(lǐng)域關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)備，誕生了全球綜合性能最優(yōu)的光電集成芯片。

它，是十大湖北實(shí)驗(yàn)室之一的九峰山實(shí)驗(yàn)室。

這家實(shí)驗(yàn)室為何如此高效？

“心理學(xué)上有一個(gè)術(shù)語(yǔ)叫‘耦合效應(yīng)’，是指群體中兩個(gè)或以上的個(gè)體，通過(guò)相互作用而彼此影響，從而聯(lián)合起來(lái)產(chǎn)生增力的現(xiàn)象?！比A中科技大學(xué)公共管理學(xué)院教授鐘書(shū)華認(rèn)為，九峰山實(shí)驗(yàn)室通過(guò)深化科技體制改革，鏈接起裝備、人才、市場(chǎng)乃至生態(tài)，“耦合效應(yīng)”開(kāi)始發(fā)生，產(chǎn)生越來(lái)越強(qiáng)的增力。

鏈接科研項(xiàng)目與市場(chǎng)

讓“聽(tīng)得見(jiàn)炮聲的人”提需求

2021年2月，九峰山實(shí)驗(yàn)室成立，定位于化合物半導(dǎo)體領(lǐng)域的研發(fā)。

實(shí)驗(yàn)室所在的武漢東湖高新區(qū)相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，九峰山實(shí)驗(yàn)室作為湖北實(shí)驗(yàn)室之一，是湖北深化科技體制改革打造的新型研發(fā)機(jī)構(gòu)，為獨(dú)立法人事業(yè)單位，實(shí)行理事會(huì)領(lǐng)導(dǎo)下的主任負(fù)責(zé)制。理事會(huì)只確定發(fā)展方向，實(shí)驗(yàn)室敞開(kāi)大門、市場(chǎng)化開(kāi)放運(yùn)行。

傳統(tǒng)科研機(jī)構(gòu)“重論文、輕應(yīng)用”“重申報(bào)、輕成果”，與市場(chǎng)對(duì)接動(dòng)力不足。作為一家新生的新型研發(fā)機(jī)構(gòu)，九峰山實(shí)驗(yàn)室怎樣解決這一“頑疾”？

武漢驛天諾科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱“驛天諾”）主要研發(fā)芯片封測(cè)設(shè)備，公司董事長(zhǎng)單娜介紹，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈很長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)不少企業(yè)起步不久，研發(fā)出來(lái)的半導(dǎo)體設(shè)備、產(chǎn)品都需要中試才能進(jìn)入市場(chǎng)，“市場(chǎng)都希望你能給成品，但是沒(méi)有中試哪有成品？而且，中試必須要用到的晶圓，每一片都是上萬(wàn)美金，哪一家企業(yè)能單獨(dú)承擔(dān)得起？”

中試環(huán)節(jié)，成了中國(guó)很多半導(dǎo)體企業(yè)的“梗阻”。

“只有建好中試平臺(tái)，才能更好對(duì)接市場(chǎng)?！本欧迳綄?shí)驗(yàn)室主任丁琪超說(shuō)，2023年3月，實(shí)驗(yàn)室建成了全球化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)最先進(jìn)、規(guī)模最大的科研及中試平臺(tái)，正式投入運(yùn)行，“中試平臺(tái)保持公共、開(kāi)放、中立、共享，讓產(chǎn)業(yè)界‘聽(tīng)得見(jiàn)炮聲的人’給我們提需求，他們才會(huì)真正用起來(lái)?！?/p>

“中試平臺(tái)運(yùn)行之前，我們就迫不及待找到了九峰山實(shí)驗(yàn)室。”驛天諾研發(fā)負(fù)責(zé)人鐘濤說(shuō)，當(dāng)時(shí)公司正在研發(fā)高功率晶圓封測(cè)系統(tǒng)。設(shè)備需要在-70℃至350℃的溫度范圍內(nèi)，提供最高10千伏高電壓、600安高電流的極端環(huán)境測(cè)試，“當(dāng)時(shí)設(shè)備在試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)電流異常，我們團(tuán)隊(duì)多方排查找不到癥結(jié)，甚至差點(diǎn)把價(jià)值幾百萬(wàn)元的設(shè)備拆散了?！?/p>

2022年春節(jié)前一個(gè)月，驛天諾的工程師們來(lái)到九峰山實(shí)驗(yàn)室，雙方聯(lián)手，一頭扎進(jìn)尚在建設(shè)中的中試平臺(tái)。

九峰山實(shí)驗(yàn)室專家通過(guò)查閱資料發(fā)現(xiàn)，設(shè)備中某個(gè)材料的絕緣系數(shù)不高，導(dǎo)致漏電。很快，實(shí)驗(yàn)室材料專家提供了絕緣系數(shù)更高的材料，進(jìn)行測(cè)試。

趕在除夕夜前，測(cè)試終于成功，主要性能指標(biāo)與國(guó)外一線產(chǎn)品平齊。很快，雙方聯(lián)手研發(fā)的國(guó)內(nèi)首套高功率晶圓封測(cè)設(shè)備交付?！皼](méi)想到會(huì)這么快，兩邊技術(shù)專家強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，從科研到產(chǎn)業(yè)化的大部分‘坑’，都避開(kāi)了?！?/p>

在九峰山實(shí)驗(yàn)室的助力下，這一設(shè)備不斷迭代，核心零部件實(shí)現(xiàn)100%自研?！霸O(shè)備獲得了大批訂單，公司營(yíng)收連年翻番，今年初完成了數(shù)千萬(wàn)元的pre-A輪融資?！眴文日f(shuō)。

效果立竿見(jiàn)影，“驛天諾們”紛紛前來(lái)合作?！澳壳埃瑢?shí)驗(yàn)室同時(shí)運(yùn)行的科研項(xiàng)目有100多個(gè)。通過(guò)市場(chǎng)化合作，我們很快開(kāi)始‘自我造血’。”丁琪超說(shuō)。

鏈接裝備與人才

讓“一線指揮長(zhǎng)”自主調(diào)配資源

100多個(gè)項(xiàng)目同時(shí)運(yùn)行，科研人員從哪里來(lái)？科研裝備如何調(diào)配？

湖北省科技廳副廳長(zhǎng)杜耘介紹，作為湖北新型研發(fā)機(jī)構(gòu)，九峰山實(shí)驗(yàn)室不定級(jí)別、不設(shè)編制，人員聘用由實(shí)驗(yàn)室自主調(diào)配。

“有了人員調(diào)配權(quán)后，我們通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，以一線城市的待遇引進(jìn)全球人才，將科研產(chǎn)出與待遇掛鉤，給人才最大的自由度?！倍＄鞒f(shuō)。

2022年，在國(guó)外一家知名企業(yè)多年從事前沿半導(dǎo)體工藝研發(fā)的張潔瓊，收到了九峰山實(shí)驗(yàn)室的邀請(qǐng)?！爱?dāng)時(shí)有很多不錯(cuò)的選擇，但了解到九峰山實(shí)驗(yàn)室僅用一年多時(shí)間就建成平臺(tái)，我被這個(gè)效率震驚了！”30歲出頭的她，決定加入九峰山實(shí)驗(yàn)室。

正值疫情散發(fā)期間，實(shí)驗(yàn)室安排人才專員與張潔瓊對(duì)接，幫她預(yù)訂回國(guó)的機(jī)票，安排好從機(jī)場(chǎng)到實(shí)驗(yàn)室的專車，“我到實(shí)驗(yàn)室報(bào)到時(shí)，人才房的門卡直接交到我手上，拎包入住。那一刻，真有回家的感覺(jué)。”

“如今，我們已匯聚了近500人，研發(fā)人員中碩士、博士占比超95％，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的人員規(guī)模。而且，絕大多數(shù)人是全職，這在國(guó)內(nèi)是很少有的?！倍＄鞒f(shuō)。

在九峰山實(shí)驗(yàn)室，項(xiàng)目由一線研發(fā)人員提出，立項(xiàng)由審核委員會(huì)決定，審核委員會(huì)由不同部門人員組成，大家投票表決，通過(guò)后就立項(xiàng)成功。

“獲得立項(xiàng)后，我可以自由調(diào)配實(shí)驗(yàn)室資源，包括項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)、人員以及不同部門的協(xié)同?！睆垵嵀傉f(shuō)，“這樣的機(jī)制，讓我們可以一心一意搞研發(fā)，提高工作效率?！?/p>

她說(shuō)，目前國(guó)內(nèi)外大多數(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)都是按部門分工，項(xiàng)目實(shí)施時(shí)相互間溝通成本很高。通常，芯片設(shè)計(jì)部門設(shè)計(jì)好芯片后，轉(zhuǎn)給工藝團(tuán)隊(duì)加工芯片，然后又送去檢測(cè)。如果芯片有瑕疵，又會(huì)轉(zhuǎn)給設(shè)計(jì)或工藝部門排查問(wèn)題、解決優(yōu)化，“一來(lái)二去，半年甚至一兩年就過(guò)去了?！?/p>

12月10日，湖北日?qǐng)?bào)全媒記者在九峰山實(shí)驗(yàn)室中試平臺(tái)外看到，一片透明的玻璃墻內(nèi)，材料、工藝、檢測(cè)等不同工種的科研人員，穿著不同顏色的衣服，一起工作?！耙坏┬酒庸こ鰜?lái)，就馬上一站式檢測(cè)分析。如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，就立馬反饋到研發(fā)和工藝環(huán)節(jié)重新優(yōu)化。這樣的響應(yīng)速度，可以將研發(fā)周期從月縮短到周?！?/p>

今年以來(lái)，張潔瓊和團(tuán)隊(duì)成員共同突破了十多種不同材料的異質(zhì)集成鍵合工藝技術(shù)，共性技術(shù)覆蓋十多個(gè)產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目，“相當(dāng)于一年干了原來(lái)兩三年的活兒。這種工作方式，讓人特別開(kāi)心、特別有成就感！”

鏈接團(tuán)隊(duì)與團(tuán)隊(duì)

“集團(tuán)沖鋒”突破共性難題

“在解決一個(gè)個(gè)企業(yè)難題的過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)室能搜集和發(fā)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的共性問(wèn)題?！倍＄鞒f(shuō)。

“這個(gè)時(shí)候，政府共建的優(yōu)勢(shì)就發(fā)揮出來(lái)了。”鐘書(shū)華教授認(rèn)為，九峰山實(shí)驗(yàn)室由湖北省政府共建，以“用”為導(dǎo)向面向市場(chǎng)，這樣就既有市場(chǎng)嗅覺(jué)，又能站在更宏觀的視野關(guān)注整個(gè)產(chǎn)業(yè)，體現(xiàn)研發(fā)的公共性。

鈮酸鋰被業(yè)界稱為“光學(xué)硅”，基于它開(kāi)發(fā)的半導(dǎo)體，比傳統(tǒng)電子芯片的數(shù)據(jù)處理速度快1000倍。隨著人工智能的火爆，鈮酸鋰成為全球半導(dǎo)體行業(yè)的新寵。

2023年3月，8英寸薄膜鈮酸鋰晶圓項(xiàng)目在九峰山實(shí)驗(yàn)室立項(xiàng)。

“晶圓尺寸越大，研發(fā)難度成倍增加。當(dāng)時(shí)，業(yè)內(nèi)主要集中在3英寸、4英寸和6英寸，我們上馬8英寸項(xiàng)目，在很多人看來(lái)太過(guò)超前?！痹擁?xiàng)目負(fù)責(zé)人權(quán)志恒，同團(tuán)隊(duì)很多成員一樣，心懷忐忑。

這是因?yàn)?，鈮酸鋰薄膜十分脆弱，極易破損。制備大尺寸的薄膜材料并完成芯片封裝，需要將一塊幾百微米厚的鈮酸鋰材料，剝離成只有不到一微米厚的薄膜，將其“貼服”在晶圓上，再在上面進(jìn)行復(fù)雜的微納米級(jí)加工。

“這就像給你一個(gè)雞蛋，不是剝殼，而是完整剝出殼里面那層膜，還要在蛋膜上設(shè)計(jì)出多層‘高速公路’，相當(dāng)于在雞蛋膜上雕花?！睓?quán)志恒托起手掌大小的晶圓邊演示邊說(shuō)。

“攻就要攻最難的，把炮彈往一個(gè)城墻口上砸！”丁琪超表示，實(shí)驗(yàn)室集結(jié)精銳，將攻關(guān)難點(diǎn)“化整為零”，分為材料、設(shè)計(jì)、工藝等多個(gè)小分隊(duì)，將難題各個(gè)擊破。

今年2月，全球首片8英寸硅光薄膜鈮酸鋰光電集成晶圓在九峰山實(shí)驗(yàn)室成功下線，成為目前全球綜合性能最優(yōu)的光電集成芯片?！斑@樣的研發(fā)，國(guó)外同行通常需要3年左右，我們一年就突破了。這一突破，為全球驗(yàn)證了大尺寸薄膜鈮酸鋰晶圓的可行性?！倍＄鞒f(shuō)。

集中火力“集團(tuán)沖鋒”，突破一個(gè)個(gè)行業(yè)共性難題。今年10月，九峰山實(shí)驗(yàn)室在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)“芯片出光”，用傳輸性能更好的光信號(hào)替代電信號(hào)，解決了當(dāng)前芯片間用電信號(hào)傳輸已接近物理極限的問(wèn)題，填補(bǔ)了我國(guó)光電子領(lǐng)域在國(guó)際上僅剩不多的空白環(huán)節(jié)。

2024年度國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目中，九峰山實(shí)驗(yàn)室獲批2項(xiàng)。

眼下，實(shí)驗(yàn)室周圍，英諾賽科、先導(dǎo)科技、中科飛測(cè)等30多家化合物半導(dǎo)體創(chuàng)新企業(yè)接連落戶。

因九峰山實(shí)驗(yàn)室而聚集的企業(yè)越來(lái)越多。與九峰山實(shí)驗(yàn)室一街之隔的九峰山科技園，正在加快施工。建設(shè)方介紹，園區(qū)將于明年年底建成投用，目前已被全部預(yù)定。

光谷創(chuàng)新發(fā)展研究院院長(zhǎng)趙榮凱認(rèn)為，九峰山實(shí)驗(yàn)室正從一個(gè)科創(chuàng)平臺(tái)，變成了產(chǎn)業(yè)聚合平臺(tái)。越來(lái)越多的化合物半導(dǎo)體企業(yè)聚集在它周圍，所發(fā)生的“耦合效應(yīng)”，讓這里加速形成產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

按規(guī)劃，到2025年，這里將聚集企業(yè)100家以上；到2035年，將建成全球化合物半導(dǎo)體領(lǐng)域最重要的科研和產(chǎn)業(yè)高地。