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(dàxué)刘宏教授、孙德辉教授率领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(yīngcùn)（直径(zhíjìng) 300mm）的超大尺寸光学级铌酸锂晶体(jīngtǐ)。这一重大突破——“ 12 英寸光学级铌酸锂晶体”成功(chénggōng)入选2024年度山东省十大科技创新成果榜单(bǎngdān)。山东省十大科技创新成果榜单是由山东省科学技术厅(tīng)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，这为济南的科技发展添上浓墨重彩的一笔。 “揭榜(jiēbǎng)挂帅”：汇聚科研力量，开启攻坚征程 回溯至(zhì)三年前，济南市高瞻远瞩地推出 “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。 济南大学科研团队以其(qí)深厚的科研积淀，在 8 英寸(yīngcùn)(yīngcùn)铌酸锂晶体科研成果基础上深度发力，为 12 英寸晶体研发注入强大动力(dònglì)。团队大胆创新，在世界上首次(shǒucì)提出研发 12 英寸铌酸锂晶体生长技术的构想，并成功入选 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(jīngtǐ)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(fǎngzhēn)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(guójì)瓶颈、实现弯道超车的希望所在，承载着无数科研人(rén)的梦想与国家科技(kējì)发展的重任。 披荆斩棘(pījīngzhǎnjí)：两年砥砺奋进，攻克重重难关 项目(xiàngmù)启动后，科研团队旋即踏入充满荆棘的探索之(zhī)路，迎接他们的是前所未有的重重困难，每一步都充满艰辛与挑战。 生产设备和热场的设计(shèjì)堪称(kānchēng)首道 “天堑”。要(yào)实现 12 英寸铌酸锂(lǐ)晶体稳定生长，常规生长设备参数与热场架构远远无法满足需求。孙德辉(sūndéhuī)教授和他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(yígè)零部件选材、加工精度，都经过无数次斟酌调整(tiáozhěng)，最终打造出能够适合超大尺寸铌酸锂晶体的生长设备，为晶体生长奠定硬件基础。 然而，晶体(jīngtǐ)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(shāo)有(yǒu)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。最初几个(jǐgè)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(què)在‘告诉’我们问题所在，给我们指明了改进方向，当我们把该(gāi)遇到的问题都见(jiàn)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。博士生韩文(hánwén)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(zhèyàng)形状的(de)晶体对于后期的加工极为(jíwéi)不利，当时我心里特别着急。” 韩文斌回忆(huíyì)道。他迅速将几次(jǐcì)实验的参数拿给孙德辉老师讨论，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(xiāngyìng)理论结果，有力支撑了项目推进。随后(suíhòu)，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(chǐcùn)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(zhuìluò)，开裂了，这让大家心疼不已。韩文斌和团队成员们没有气馁，立刻深入分析原因，发现是下种孔道温度低，温度下降太快导致应力不均所致(suǒzhì)。他们迅速采取措施(cǎiqǔcuòshī)，增加这个部位的保温，精心改进降温参数，经过多次(duōcì)尝试，最终(zuìzhōng)成功取出完整的 12 英寸晶体。 功夫不负有心人，这场艰苦卓绝(jiānkǔzhuójué)的科研战役后，最终突破 12 英寸铌酸锂晶体生长技术，实现从(cóng)追随者到开拓者的华丽转身。 铌酸锂(lǐ)之光：开启光子芯片新纪元 铌(ní)酸锂(lǐ)晶体，无疑是材料科学领域的璀璨明珠，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。现代研究更是揭开其惊人潜力：基于铌酸锂光学平台开发的微波光子芯片(xīnpiàn)，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(píngjǐng)提供革命性方案。 在后摩尔时代，光子芯片以速度(sùdù)快、能耗低、性能稳优势，成为科学界(kēxuéjiè)和产业界(chǎnyèjiè)共同瞩目(zhǔmù)的(de)焦点。而大(dà)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过程中(zhōng)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，为未来光子产业发展做好技术储备。 产业新航标：济南光电子(guāngdiànzi)产业乘风破浪 12 英寸铌酸锂晶体研制成功，犹如在济南(jǐnán)集成光电子产业大海上扬起巨型风帆，助力其加速远航。这一(zhèyī)成果不仅(bùjǐn)彰显(zhāngxiǎn)济南在光电子关键材料制备技术上的世界领先地位，更如涟漪般向外扩散，带动上下游产业协同发展。 现如今，铌酸锂(lǐ)产业已经成为山东省、济南市重点发展的(de)产业方向。2024年山东省科学技术厅批复了(le)山东省铌酸锂光电集成功能材料重点实验室的筹建(chóujiàn)方案，就是刘宏、孙德辉教授(jiàoshòu)团队依托济南大学，联合济南市内上下游企业济南晶正电子科技有限公司(yǒuxiàngōngsī)、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，科研团队将扎根省重点实验室，向着更(gèng)高性能材料、更先进制备工艺进发，培养(péiyǎng)更多光电子(guāngdiànzi)领域专业人才，为产业持续注入新鲜血液。 闪电新闻记者(xīnwénjìzhě) 冯诗惠 通讯员 刘珂珂 刘哲 报道