唐慧喬 王 輝

2017年，趙有文創(chuàng)辦了珠海鼎泰芯源晶體有限公司

20世紀(jì)中葉，單晶硅和半導(dǎo)體晶體管的發(fā)明及其硅集成電路的研制成功，成為電子工業(yè)革命的濫觴，隨后光纖通信技術(shù)迅速發(fā)展并逐步形成高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，則是人類進(jìn)入信息時代的重要標(biāo)志；而隨著超晶格概念的提出及半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料的誕生，納米技術(shù)的發(fā)展與運用推動半導(dǎo)體進(jìn)入納米時代。時至今日，大到通信、計算機、消費電子、汽車電子、航空航天、國防軍工等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，小到人臉識別、血氧測量等日常應(yīng)用，都有半導(dǎo)體材料的參與。與半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展和半導(dǎo)體材料研究相伴生的，是各種各樣新的半導(dǎo)體材料不斷出現(xiàn)并拓展出越來越多的全新應(yīng)用場景，磷化銦、銻化鎵等材料更是一躍成為化合物半導(dǎo)體及器件的重要材料。

作為我國半導(dǎo)體研究及行業(yè)發(fā)展的見證者和參與者，中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所研究員趙有文對此有著獨特的見解。由于種種原因，我國曾一度與世界半導(dǎo)體技術(shù)差距巨大，相關(guān)研究也走過了一段在黑暗中探索的艱辛路；在我國半導(dǎo)體行業(yè)走向?qū)嵺`、奮起直指之時，又面臨了更為復(fù)雜的困難和挑戰(zhàn)。盡管如此，經(jīng)歷過一代代科研人和產(chǎn)業(yè)人的共同努力，我國半導(dǎo)體研究及行業(yè)發(fā)展仍以堅韌的面貌成長起來，并逐漸走出一條具有自己特色的路。而對于趙有文來說，耐得住寂寞、沉得下身子，是他在從研從業(yè)過程中感悟的真諦，亦是鞭策他前行的向?qū)А?/p>

守得云開見月明

“底子差、市場小”，在趙有文投身半導(dǎo)體材料研究之初，面對的就是這樣的窘境。“相較于發(fā)達(dá)國家，20世紀(jì)80年代國內(nèi)半導(dǎo)體材料的研究者和從業(yè)者雖然已經(jīng)看到以磷化銦為代表的半導(dǎo)體材料具有廣闊的應(yīng)用前景，但相關(guān)的市場需求還是很小，完整產(chǎn)業(yè)鏈尚未建立，磷化銦‘英雄無用武之地’，啟動相關(guān)研究的動力嚴(yán)重不足?！壁w有文回憶道。以給未來產(chǎn)業(yè)攢足發(fā)展動力為出發(fā)點，相關(guān)部門高瞻遠(yuǎn)矚，部署了相當(dāng)數(shù)量的科研項目及專題為我國半導(dǎo)體材料提供“燃料”，而當(dāng)時正在河北半導(dǎo)體研究所攻讀碩士的趙有文，也在這個時間段初次接觸了磷化銦這種材料，就此開啟了他與半導(dǎo)體材料的不解之緣。

從1986年入學(xué)以來，趙有文在導(dǎo)師孫同年的帶領(lǐng)下，在河北半導(dǎo)體研究所度過了打基礎(chǔ)、做研究、積極創(chuàng)新的10年。他們在設(shè)備短缺、經(jīng)驗為零、技術(shù)封鎖的重重困難之下，逐漸研制出了我國首臺高壓單晶爐，并摸索出多項磷化銦合成制備的理論及工藝，為我國磷化銦器件的發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。

學(xué)而不思則罔，思而不學(xué)則殆。1996年，已經(jīng)擁有10年科研一線工作經(jīng)驗的趙有文聽從孫同年“學(xué)習(xí)前沿知識、提升自身水平”的建議，赴香港大學(xué)攻讀碩士學(xué)位。3年后，他以優(yōu)異的成績順利畢業(yè)，隨后以研究員的身份進(jìn)入中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所。談及這段時光，趙有文感慨地說道：“在河北半導(dǎo)體研究所工作的10年，是我與磷化銦相遇、相知，打下扎實基礎(chǔ)的10年；而在中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所，我得以對半導(dǎo)體材料有了更多、更深的了解，也驗證了其更多的應(yīng)用可能。”

趙有文所謂更深的了解，不惟停留于對相關(guān)材料優(yōu)勢的剖析，他同樣關(guān)注其“弱點”所在。以磷化銦材料為出發(fā)點，他所取得的“磷化銦單晶缺陷”“磷化銦和氧化鋅材料缺陷研究”“化學(xué)物半導(dǎo)體磷化銦”等研究成果分別獲得國家級、部委級和省級獎勵。在此基礎(chǔ)上他還先后開發(fā)了十余項專利技術(shù)，也成為磷化銦材料從實驗室走向應(yīng)用的重要推力。

珠海鼎泰芯源公司全體員工2019年公司年會合影留念

對半導(dǎo)體材料了解愈深，對其探索欲愈盛。在紅外激光器、探測器、熱光伏電池及高速低功耗集成電路器件等領(lǐng)域具有巨大應(yīng)用潛力的第四代半導(dǎo)體材料——銻化鎵成為趙有文團(tuán)隊著力探索的新領(lǐng)域。據(jù)趙有文介紹，銻化鎵為直接帶隙半導(dǎo)體材料，光譜響應(yīng)范圍廣，特別是中長波段（8～14μ m）紅外探測器在天文觀測、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)學(xué)診斷、消防、導(dǎo)彈制導(dǎo)及預(yù)警等民用和軍用領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值和前景?；谄淞孔有矢?、暗電流小、探測率高、大尺寸成本低并具有較好的光譜調(diào)節(jié)能力等優(yōu)勢，趙有文決定“知其所以然”，從基礎(chǔ)物性的角度對其展開研究。依托國家自然科學(xué)基金項目“新型紅外探測器應(yīng)用相關(guān)的銻化鎵單晶雜質(zhì)、缺陷及物性”，他錨定銻化鎵材料中存在的雜質(zhì)、缺陷及缺陷屬性和形成機理、缺陷之間、缺陷與雜質(zhì)的相互作用和變化過程，揭示了銻化鎵材料中雜質(zhì)和缺陷的產(chǎn)生規(guī)律、缺陷對材料性質(zhì)的影響，以及缺陷自身的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和相互作用等，對于豐富和發(fā)展材料物理科學(xué)內(nèi)容、探索有關(guān)的物理規(guī)律、提高晶體質(zhì)量及器件性能等產(chǎn)生了積極影響。

在看好銻化鎵材料發(fā)展前景的同時，趙有文也敏銳地意識到我國發(fā)展銻化鎵產(chǎn)業(yè)的掣肘因素——“銻化鎵單晶是制備Ⅱ類超晶格中長波紅外探測器及焦平面陣列（F P A）的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，鑒于新一代紅外探測器的重要性和發(fā)展趨勢，用于研制砷化銦/銻化鎵超晶格紅外焦平面陣列的銻化鎵單晶襯底晶片已被歐美國家列為對中國禁售的材料。雖然目前利用國產(chǎn)銻化鎵單晶襯底可以實現(xiàn)砷化銦/銻化鎵超晶格結(jié)構(gòu)的生長，但是有關(guān)銻化鎵材料基礎(chǔ)物性的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上器件研制的進(jìn)展，襯底材料的質(zhì)量問題成為限制器件發(fā)展的重要因素?！壁w有文解釋道，“半導(dǎo)體器件性能的好壞和成品率除了與生長方法和工藝有關(guān)外，還與襯底材料的質(zhì)量有很大的關(guān)系，其中襯底材料的表面特性是決定器件性能的關(guān)鍵因素。如果襯底材料表面粗糙，表面成分偏離化學(xué)計量比，氧化層較厚或者表面缺陷濃度非常高，在器件的外延生長過程中便會以此為基點產(chǎn)生應(yīng)力，甚至?xí)纬晌诲e等缺陷，從而對器件性能產(chǎn)生致命的影響。面對砷化銦/銻化鎵Ⅱ類超晶格紅外探測器日益提高的性能要求，對銻化鎵單晶襯底材料的表面、異質(zhì)結(jié)界面進(jìn)行系統(tǒng)研究具有重大的現(xiàn)實意義?！?/p>

為此，在國家自然科學(xué)基金項目“內(nèi)生富鎵對銻化鎵單晶表面、異質(zhì)結(jié)界面及相關(guān)性質(zhì)的影響”中，趙有文帶領(lǐng)課題組的謝輝、沈桂英、王鳳華、劉京明、王俊、楊俊等幾位科研骨干就富鎵對銻化鎵單表面氧化和雜質(zhì)吸附動力學(xué)的影響、富鎵對銻化鎵單晶表面晶體結(jié)構(gòu)的影響、富鎵對表面和界面原子擴(kuò)散的影響和銻注入對表面氧化行為及外延生長效果的影響等內(nèi)容進(jìn)行攻關(guān)，解決了制備高質(zhì)量銻化鎵單晶襯底材料的關(guān)鍵技術(shù)，建立了一套實用化的拋洗工藝技術(shù)，使得銻化鎵襯底批量應(yīng)用于高質(zhì)量Ⅱ類超晶格材料和紅外探測器的生產(chǎn)，為相關(guān)單位科研和生產(chǎn)提供了有力的保障。

回首從小眾研究走向大眾產(chǎn)業(yè)的科研之路，趙有文很少談及其中的辛苦。他說：“能夠收獲這樣的成果，我要感謝老師前輩的指導(dǎo)和信任，更要感謝國家項目的大力支持。在我進(jìn)入這一領(lǐng)域時，這塊科研土壤還很貧瘠，甚至一度有‘前路未明’的迷茫感；而如今在相關(guān)研究的加持下，相關(guān)產(chǎn)業(yè)得以快速發(fā)展，良性循環(huán)的產(chǎn)業(yè)鏈正在逐漸形成，可以說行業(yè)的曙光已經(jīng)到來。我能在其中做一些研究工作，我覺得挺幸運的?！?/p>

趙有文與兩位博士研究生沈桂英和謝輝2019年10月份參加在德國柏林召開的半導(dǎo)體缺陷識別國際學(xué)術(shù)會議

絕知此事要躬行

對于半導(dǎo)體材料如數(shù)家珍的趙有文，并不希望這些材料只停留在實驗室中?！拔乙恢庇幸粋€夢想，要把材料從實驗室弄到企業(yè)去，最終變成產(chǎn)品造福百姓?！彼麍远ǖ卣f道。在他眼中，“科研成果如果只停留在科研這一步，不去做轉(zhuǎn)化，其實意義不是很大。只發(fā)個文章、申請一項新的專利，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的；把它做成一個產(chǎn)品，讓這些材料成為實用化的材料，在市場上發(fā)揮它的用處，這對科研、對社會、對國家發(fā)展都是一件大有裨益的事情，也是我對于科研意義的最高理解”。

2017年，懷揣著這樣的夢想，趙有文勇敢地走出了成果產(chǎn)業(yè)化的新路。以“成為國際一流的化合物半導(dǎo)體晶體材料供應(yīng)商”為目標(biāo)的珠海鼎泰芯源晶體有限公司應(yīng)運而生，趙有文出任首席科學(xué)家兼總工程師。從實驗室走向市場，他不僅要面對激烈的市場競爭，更需要為以磷化銦為主的半導(dǎo)體單晶材料國產(chǎn)化事業(yè)作出自己的貢獻(xiàn)。

“我們過去在實驗室做項目、做課題，基本上做出個樣品就可以了。但做產(chǎn)品不一樣，產(chǎn)品滿足大批量生產(chǎn)、質(zhì)量穩(wěn)定等要求，對成品重復(fù)性、一致性的要求相當(dāng)高，這也促使我們在整個生產(chǎn)過程中加強管理，對工藝、制度、流程、標(biāo)準(zhǔn)都制定了很高的標(biāo)準(zhǔn)?！壁w有文說道，“因為生產(chǎn)過程中人工參與的過程相對較多，我們還逐步完善了人員的準(zhǔn)入和培訓(xùn)制度，以保證產(chǎn)品的穩(wěn)定性?！?/p>

在解決了產(chǎn)品穩(wěn)定性的問題后，如何讓其與市場上成熟的國際產(chǎn)品進(jìn)行競爭，成了趙有文面對的新問題。“經(jīng)過多年發(fā)展，盡管國內(nèi)已經(jīng)形成了相對完整的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈，但當(dāng)時我們的產(chǎn)品與國外產(chǎn)品尚有一定差距。對于已經(jīng)形成使用習(xí)慣的企業(yè)，想要完成半導(dǎo)體產(chǎn)品的國產(chǎn)化替代，需要我們的產(chǎn)品做到和國外產(chǎn)品一樣好，甚至要更好才能實現(xiàn)?！?/p>

想通了這一點，趙有文帶著“人有我優(yōu)”的思路投身成果轉(zhuǎn)化的實踐工作中。據(jù)他介紹，磷化銦材料在光通信、毫米波高頻、低噪聲、寬帶微電子集成等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用。磷化銦基的長波長（1.3～1.55μ m）發(fā)光二極管、激光器和探測器已廣泛用于光纖通信系統(tǒng)，磷化銦基的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（H B T）、高電子遷移率晶體管（H E M T）也已用于新一代高速通信系統(tǒng)，磷化銦還是太赫茲領(lǐng)域的首選材料之一；磷化銦制造的高頻低噪聲器件更是新一代雷達(dá)通信、衛(wèi)星通信的關(guān)鍵元器件。然而目前國內(nèi)使用的磷化銦單晶片以進(jìn)口為主，國產(chǎn)磷化銦晶片仍處于試用階段，主要包含光電器件用導(dǎo)通襯底和應(yīng)用于微波器件及高速電路的半絕緣襯底等。磷化銦單晶生長需要高純的磷化銦多晶為原料，而國產(chǎn)多晶純度、電學(xué)性能和穩(wěn)定性與國外水平還存在一定差距，這也是導(dǎo)致磷化銦多晶原料基本依賴進(jìn)口的主要原因之一。換言之，高純的磷化銦多晶國產(chǎn)化問題是磷化銦產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化配套中的薄弱環(huán)節(jié)。為此，在院企合作項目“磷化銦晶體制備技術(shù)開發(fā)”中，趙有文團(tuán)隊就磷化銦多晶合成工藝技術(shù)、低位錯磷化銦單晶生長技術(shù)和磷化銦單晶襯底制備技術(shù)展開開發(fā)和研究，通過開展高品質(zhì)磷化銦多晶和單晶材料制備工藝的國產(chǎn)化開發(fā)以完善我國磷化銦產(chǎn)業(yè)鏈配套，進(jìn)而為磷化銦基器件的發(fā)展應(yīng)用提供材料保障。

在“行穩(wěn)”的基礎(chǔ)上，趙有文團(tuán)隊立志創(chuàng)新，他們同樣關(guān)注著行業(yè)內(nèi)不斷涌現(xiàn)的半導(dǎo)體新材料。在自主立項的“高質(zhì)量砷化銦單晶襯底制備技術(shù)研發(fā)”中，趙有文團(tuán)隊就砷化銦/銻化鎵材料，展開了砷化銦單晶的垂直梯度凝固法（VGF）生長技術(shù)、砷化銦單晶的孿晶控制技術(shù)、砷化銦單晶缺陷及其影響及砷化銦襯底高精度加工技術(shù)的系統(tǒng)研究。

為什么是砷化銦/銻化鎵？趙有文給出了非常詳細(xì)的解答——隨著紅外光電探測技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用，中遠(yuǎn)紅外（3～14μ m）波段已成為紅外技術(shù)應(yīng)用的主要大氣窗口，這也要求下一代探測器必須具備高速響應(yīng)、高探測率、多波段探測識別、小像元、大規(guī)模面陣等性能，之前及現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于第一、二代紅外探測器上的汞碲化鎘、量子阱光探測、硅化鉑、可降解塑料等材料已無法滿足第三代高性能紅外焦平面系統(tǒng)的要求，而具有Ⅱ型能帶結(jié)構(gòu)、寬譜覆蓋、高探測效率等優(yōu)點的砷化銦/銻化鎵超晶格材料則成為這一領(lǐng)域的“后起之秀”?；谏榛?銻化鎵超晶格焦平面紅外探測器在夜視、通信、氣象、大氣監(jiān)測、工業(yè)探傷、地球資源探測、醫(yī)學(xué)診斷、消防、導(dǎo)彈制導(dǎo)及預(yù)警等民用和軍用領(lǐng)域的重要應(yīng)用價值和前景，它被公認(rèn)為是下一代高性能紅外探測器的理想材料體系之一。正是看中了其廣闊的發(fā)展前景，趙有文團(tuán)隊毅然踏入這一領(lǐng)域，為研發(fā)和制備國產(chǎn)化相關(guān)器件貢獻(xiàn)自己的力量。

苦心人，天不負(fù)。在團(tuán)隊的共同努力下，一些在傳統(tǒng)砷化銦/銻化鎵制備過程中容易出現(xiàn)的諸如熱應(yīng)力導(dǎo)致晶格滑移產(chǎn)生大量位錯，砷化銦單晶背景雜質(zhì)濃度升高、易產(chǎn)生點缺陷及復(fù)合體缺陷、位錯和缺陷影響器件的性能和壽命等棘手問題被逐一克服，新的砷化銦單晶生長方法正在逐步成形，這對國產(chǎn)砷化銦單晶材料應(yīng)用和器件發(fā)展都極具重要意義和積極的推動作用。

如今，珠海鼎泰芯源晶體有限公司已獲得A輪融資，并已成為國內(nèi)多家企業(yè)的重要戰(zhàn)略伙伴之一?！鞍雽?dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展回報周期比較長、認(rèn)證門檻高，對產(chǎn)品的要求也很高，這注定了我們要走過一條充滿挑戰(zhàn)的長路。然而我們當(dāng)初進(jìn)行半導(dǎo)體研究時同樣走過這樣一條路并取得了不錯的成果，所以即使過程很艱難，我們也滿懷信心，堅定地走在這條路上?！壁w有文如是說道。

百尺竿頭須進(jìn)步

一身承擔(dān)著中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所研究員和珠海鼎泰芯源晶體有限公司首席科學(xué)家兼總工程師等重要職務(wù)，趙有文的生活忙碌而充實。在行業(yè)內(nèi)深耕多年，如今已成長為團(tuán)隊帶頭人的他也更加重視團(tuán)隊的力量。在他的引導(dǎo)和培養(yǎng)下，一批科研新人和產(chǎn)業(yè)化新人以蓬勃之姿成長起來，并逐步成為推動行業(yè)發(fā)展的中堅力量。

在中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所，由趙有文牽頭成立的課題組擁有20余名成員?；诶鄯e的理論成果和不斷更新的生產(chǎn)設(shè)備，課題組先后承擔(dān)了多項國家級重要項目及院企合作項目，在前沿科研和應(yīng)用轉(zhuǎn)化領(lǐng)域都取得了亮眼的成果。對于團(tuán)隊中的年輕人，趙有文寄予厚望，他常說“未來總是要交給年輕人的”。從自己的經(jīng)驗出發(fā)，在教導(dǎo)學(xué)生的過程中，他著重強調(diào)了打好基礎(chǔ)、涉獵廣泛、充分發(fā)揮交叉學(xué)科優(yōu)勢的重要性?！皩τ诎雽?dǎo)體材料的研究歸根到底屬于基礎(chǔ)研究，對理論知識的要求是很高的。所以學(xué)生在‘一入門’的時候，就得掌握好足夠多的理論知識，包括材料生長、晶體生長、半導(dǎo)體材料甚至物理和器件相關(guān)的理論知識，他們都要學(xué)習(xí)。打好理論基礎(chǔ)之后，我還會督促學(xué)生多做實事、多做實驗、多參與實際工作，在實踐中不斷磨煉自己?！壁w有文娓娓道來，“關(guān)于材料的研究相對來說比較枯燥，不像其他行業(yè)趣味性比較強。一個材料實驗可能要經(jīng)歷無數(shù)次反復(fù)，其間更是要面對各種需要解決的問題，諸如如何讓單晶的缺陷降低甚至消除？如何讓材料的品質(zhì)更好？這都需要通過一次次的實驗來找到問題的成因，并在實踐中反復(fù)驗證，最終才有可能解決這個問題。所以我就要求學(xué)生必須參與實際工作，同時他們還要認(rèn)真地去看一些業(yè)內(nèi)資料、研究文獻(xiàn)和專業(yè)書籍，以開拓解決問題的思路，并逐步形成‘博采眾長’的優(yōu)勢?！?/p>

趙有文是一名嚴(yán)師。對于各項學(xué)習(xí)任務(wù)，他制定了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，“該完成的任務(wù)必須完成，絕對不能拖，學(xué)生學(xué)習(xí)的任務(wù)、實驗的進(jìn)度都要抓緊”。在此基礎(chǔ)上，他又是一位給予學(xué)生充分科研空間的導(dǎo)師，他對學(xué)生的各種嘗試活動都很支持，并熱切期待年輕人能更加積極地投入相關(guān)研究中?！俺浞中湃螌W(xué)生的能力，督促他們多參與實踐，反復(fù)進(jìn)行驗證，對自己的研究成果負(fù)責(zé)”，是他教學(xué)工作的真實寫照。

而對于珠海鼎泰芯源晶體有限公司的團(tuán)隊，趙有文一直奉行著“專業(yè)人做專業(yè)事”的原則。針對不同的具體環(huán)節(jié)，在保證科研力量的同時，趙有文邀請有經(jīng)驗的技術(shù)工人、專業(yè)的運營人員加入團(tuán)隊，使公司運行更符合市場規(guī)律，從而實現(xiàn)穩(wěn)定健康的長續(xù)發(fā)展。

被問及兩次走過艱難奮進(jìn)路的動力所在，趙有文將其歸結(jié)為熱愛和沉淀——“我對這份事業(yè)的執(zhí)著，一方面是源于對半導(dǎo)體材料的熱愛，另一方面也是我們做了這么多年相關(guān)研究所累積的信心。其他國家的人能做好的事情，我們也能做好。我就秉持著這樣的信念，一做就是幾十年。”與此同時，趙有文對于成果轉(zhuǎn)化的堅定選擇，也成為他前行的堅定動力：“我感到驕傲的地方，就是能夠?qū)⒀芯砍晒度雽嶋H應(yīng)用。真正的產(chǎn)品要對社會有貢獻(xiàn)，對產(chǎn)業(yè)發(fā)展有作用，這是最有意義的事。雖然這一路上有時候還是挺煎熬的，我們在做項目、做產(chǎn)品時都曾遇到過很多次失敗，但我們堅信，失敗了就繼續(xù)做，總能迎來成功的一天?！?/p>