APP 作為新工業(yè)革命時(shí)代的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性產(chǎn)業(yè)，集成電路產(chǎn)業(yè)是現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系的核心樞紐，也是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展、實(shí)現(xiàn)中國(guó)式現(xiàn)代化進(jìn)程的關(guān)鍵所在。它不僅在能源安全與碳中和方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，同時(shí)也是智能機(jī)器人和數(shù)字中國(guó)建設(shè)的重要基礎(chǔ)。集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)于提升國(guó)家戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)力和國(guó)際地位具有重要意義。
當(dāng)前，在全球范圍內(nèi)，集成電路技術(shù)正處于快速變革與創(chuàng)新的新時(shí)期。目前，集成電路器件工藝發(fā)展受限，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)工具效率低下，各種架構(gòu)快速興起，作為一個(gè)高度交叉的學(xué)科，集成電路學(xué)科亟須從器件工藝、設(shè)計(jì)方法與工具、芯片架構(gòu)直到頂層應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化等多個(gè)層次協(xié)同發(fā)展。
▲許凱
“在中國(guó)大陸市場(chǎng)所用的芯片中，超過(guò)70%為國(guó)外產(chǎn)品。市場(chǎng)需求大，又高度依賴進(jìn)口，‘卡脖子’問(wèn)題依然突出。”浙江大學(xué)杭州國(guó)際科創(chuàng)中心研究員許凱說(shuō)。立足于我國(guó)的集成電路產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，他不斷創(chuàng)新集成電路器件研究，矢志通過(guò)不懈的科研探索，為中國(guó)的“缺芯之痛”貢獻(xiàn)科研力量。
馳騁國(guó)內(nèi)外，追夢(mèng)不停歇
從本科階段至今，許凱的研究方向始終和物理息息相關(guān)。許凱是如何與這一領(lǐng)域研究結(jié)緣的，還得追溯到其碩博連讀時(shí)期。
2013年，曾任英特爾總設(shè)計(jì)師的鮑勃·寇威爾先生預(yù)測(cè)，2020年可能是摩爾定律失效的最早時(shí)間。2015年，摩爾先生本人再次預(yù)測(cè)，摩爾定律將于2025年失效。關(guān)于摩爾定律快要失效了，摩爾定律已經(jīng)逼近極限……這樣的聲音不絕于耳。
“摩爾定律為什么會(huì)失效？我們又能在其中做些什么呢？”在這一背景下，許凱逐漸對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)產(chǎn)生了極大的好奇心。在國(guó)家納米科學(xué)中心何軍教授的引領(lǐng)下，許凱逐漸投身于半導(dǎo)體器件和材料的相關(guān)研究中，并對(duì)這一領(lǐng)域的研究?jī)?nèi)容產(chǎn)生了極大的興趣。
為了能夠深入這一領(lǐng)域?qū)W習(xí)更多前沿科研知識(shí)，2017年許凱獲得國(guó)家納米科學(xué)中心的博士學(xué)位后，同年便赴美國(guó)伊利諾伊大學(xué)厄巴納香檳分校電子計(jì)算機(jī)工程系從事博士后研究工作?！耙晾Z伊大學(xué)厄巴納香檳分校在集成電路領(lǐng)域有著深厚的研究基礎(chǔ)，晶體管的發(fā)明者之一約翰·巴丁曾是該校的名譽(yù)教授，并兩次榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，到那里，我希望能夠接觸到相關(guān)領(lǐng)域更加先進(jìn)的技術(shù)。”許凱說(shuō)。
讀博和從事博士后研究期間，為了解決硅基集成電路在摩爾定律失效先進(jìn)制程的瓶頸問(wèn)題，許凱和研究團(tuán)隊(duì)利用低維半導(dǎo)體材料制成了7nm的晶體管，用科學(xué)研究證明了這種物理材料的潛力及可行性，為其今后科研工作的開展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
立足產(chǎn)業(yè)一線，大膽科研創(chuàng)新
“美國(guó)的集成電路產(chǎn)業(yè)十分發(fā)達(dá)，在國(guó)外留學(xué)期間，我清楚地看到中美之間存在的差異，當(dāng)時(shí)就想著盡快回國(guó)，投身于相關(guān)領(lǐng)域創(chuàng)新研究中?！痹S凱說(shuō)。2021年10月，闊別祖國(guó)多年的許凱回國(guó)加入浙江大學(xué)杭州國(guó)際科創(chuàng)中心，開始了全新的科研之旅。
浙江大學(xué)杭州國(guó)際科創(chuàng)中心成立于2019年2月28日，是新時(shí)代浙江大學(xué)和杭州市全面深化市校戰(zhàn)略合作共建的重大科技創(chuàng)新平臺(tái)。中心主要聚焦物質(zhì)科學(xué)、信息科學(xué)、生命科學(xué)的會(huì)聚融通，打通前沿科學(xué)研究、顛覆性技術(shù)研發(fā)和成果產(chǎn)業(yè)化的全鏈條。立足我國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與浙江大學(xué)杭州國(guó)際科創(chuàng)中心的平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，回國(guó)后的許凱在吳漢明院士的鼓勵(lì)和引領(lǐng)下，大膽突破自己的舒適圈，積極投身到集成電路領(lǐng)域的相關(guān)創(chuàng)新研究中。“吳漢明院士40歲左右從理論物理領(lǐng)域跨越到集成電路研究中，他的經(jīng)歷一直鼓勵(lì)著我，只要想做，什么時(shí)候都不晚?！痹S凱說(shuō)。
近年來(lái)，中國(guó)集成電路行業(yè)持續(xù)高速發(fā)展，已經(jīng)成為全球集成電路市場(chǎng)的重要力量。作為全國(guó)唯一一個(gè)12英寸CMOS集成電路芯片設(shè)計(jì)與制造成套工藝的技術(shù)研發(fā)平臺(tái)，許凱目前在浙江省集成電路創(chuàng)新平臺(tái)主要負(fù)責(zé)集成電路器件的仿真搭建、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，還有器件性能調(diào)試。除此之外，基于其博士、博士后階段的研究基礎(chǔ)，他還將大量的心血放在了利用低維半導(dǎo)體材料搭建微納器件，用于解決傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料的瓶頸上。
通過(guò)對(duì)中國(guó)的集成電路市場(chǎng)進(jìn)行分析，許凱發(fā)現(xiàn)我國(guó)在模擬芯片領(lǐng)域還與國(guó)外存在著較大的技術(shù)壁壘。目前中國(guó)是全世界最大的模擬芯片市場(chǎng)，且需求還在逐年增加。模擬芯片設(shè)計(jì)的根基在于工藝，也即應(yīng)用廣泛、性能卓越的BCD（Bipolar-CMOS-DMOS）工藝。它集中了Bipolar晶體管的精度高、跨導(dǎo)大，CMOS晶體管高集成度、低功耗，DMOS器件耐壓高、輸入阻抗高等特點(diǎn)，通過(guò)將不同功能模塊集成，減少了系統(tǒng)內(nèi)部的互聯(lián)，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力、穩(wěn)定性和可靠性等。
▲集成電路器件研發(fā)團(tuán)隊(duì)合照
在浙江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支撐下，許凱及其科研團(tuán)隊(duì)將立足國(guó)內(nèi)先進(jìn)的BCD工藝技術(shù)空白，中高端應(yīng)用領(lǐng)域的供給明顯不足的現(xiàn)狀，和團(tuán)隊(duì)成員一起攻關(guān)建設(shè)先進(jìn)BCD工藝線，突破關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)集成電路技術(shù)的自主可控，加快解決集成電路“缺芯少核”問(wèn)題。
近些年來(lái)，隨著5G、AI、IoT、VR/AR、高性能運(yùn)算等技術(shù)應(yīng)用的不斷推進(jìn)，我國(guó)集成電路的產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷壯大，產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力大幅增強(qiáng)。在信息技術(shù)的快速發(fā)展和智能化、數(shù)字化的快速演進(jìn)下，中國(guó)集成電路市場(chǎng)呈現(xiàn)出爆炸性增長(zhǎng)，消費(fèi)電子、通信、計(jì)算機(jī)、汽車電子等領(lǐng)域?qū)呻娐返男枨蟪掷m(xù)增加。在這一背景下，許凱及其科研團(tuán)隊(duì)還將利用先進(jìn)的人工智能技術(shù)，如機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)分析等，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)集成電路智能制造流程的精益化和自動(dòng)化。
團(tuán)隊(duì)協(xié)作，共拓科研之路
科學(xué)是一條長(zhǎng)長(zhǎng)的河流，在涉水過(guò)河的過(guò)程中難免會(huì)遇到很多困難?！凹呻娐菲骷圃焓且粋€(gè)多人協(xié)作的過(guò)程，有時(shí)候整個(gè)制造過(guò)程需要上千個(gè)步驟，只要其中一個(gè)步驟出現(xiàn)問(wèn)題，就可能耗費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間去尋找問(wèn)題的成因，而這個(gè)過(guò)程就需要科研人員具備充足的耐心與恒心?！痹S凱說(shuō)。在這一過(guò)程中，他最感謝的就是和自己一路并肩前行的團(tuán)隊(duì)成員。在他看來(lái)，集成電路器件的制造是團(tuán)隊(duì)集體力量的集成，每個(gè)成員都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用?！凹呻娐菲骷谱鞑粌H需要團(tuán)隊(duì)成員具備知識(shí)的深度與廣度，更需要團(tuán)隊(duì)的每個(gè)部門都不能有短板，如果某個(gè)部門或者某個(gè)人掉了鏈子，那么結(jié)果就不一定是好的。”許凱說(shuō)。
轉(zhuǎn)眼間，許凱來(lái)到浙江大學(xué)杭州國(guó)際科創(chuàng)中心這一平臺(tái)已將近3年。這段時(shí)間，他將研究立足產(chǎn)業(yè)一線不斷摸索、錘煉自己的研究技能，對(duì)集成電路器件領(lǐng)域的研究創(chuàng)新與人才培養(yǎng)有了更加深度的思考。
在許凱看來(lái)，每個(gè)集成電路領(lǐng)域的從業(yè)者，在真正步入社會(huì)從事這一領(lǐng)域的研究工作之前，都需要對(duì)這一領(lǐng)域研究有一定的熟悉度，只有這樣才能真正深入產(chǎn)業(yè)一線，解決相關(guān)行業(yè)問(wèn)題。因此，學(xué)生在碩博階段，許凱就引領(lǐng)他們立足于平臺(tái)開展相關(guān)的研究工作，讓他們?cè)趯W(xué)校期間就提早認(rèn)識(shí)并了解到集成電路行業(yè)是如何運(yùn)轉(zhuǎn)的，以便今后從事研究工作能夠更好地根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，解決相關(guān)科研問(wèn)題。
篤行不怠，履踐致遠(yuǎn)。近些年來(lái)，浙江大學(xué)杭州國(guó)際科創(chuàng)中心的科研團(tuán)隊(duì)也在日益壯大，作為中心的管理人員，許凱也一直在學(xué)習(xí)如何更好地管理團(tuán)隊(duì)，將團(tuán)隊(duì)中每個(gè)人的力量擰成一股繩，形成更大的合力，更好地投身到集成電路的相關(guān)研究工作中。“從始至終，不管是人才培養(yǎng)還是科研創(chuàng)新，我們始終面向產(chǎn)業(yè)一線進(jìn)行人才輸送和落地應(yīng)用，未來(lái)我也希望我們所做的工作能夠更好地得到市場(chǎng)的檢驗(yàn)，為我國(guó)的集成電路領(lǐng)域發(fā)展作出更大貢獻(xiàn)?！痹S凱堅(jiān)定地說(shuō)。
