APP 作為新工業(yè)革命時代的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性和先導性產(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，也是推動經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展、實現(xiàn)中國式現(xiàn)代化進程的關(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，同時也是智能機器人和數(shù)字中國建設(shè)的重要基礎(chǔ)。集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，對于提升國家戰(zhàn)略競爭力和國際地位具有重要意義。
當前，在全球范圍內(nèi)，集成電路技術(shù)正處于快速變革與創(chuàng)新的新時期。目前，集成電路器件工藝發(fā)展受限，傳統(tǒng)設(shè)計工具效率低下，各種架構(gòu)快速興起，作為一個高度交叉的學科，集成電路學科亟須從器件工藝、設(shè)計方法與工具、芯片架構(gòu)直到頂層應用和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化等多個層次協(xié)同發(fā)展。
▲許凱
“在中國大陸市場所用的芯片中，超過70%為國外產(chǎn)品。市場需求大，又高度依賴進口，‘卡脖子’問題依然突出。”浙江大學杭州國際科創(chuàng)中心研究員許凱說。立足于我國的集成電路產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，他不斷創(chuàng)新集成電路器件研究，矢志通過不懈的科研探索，為中國的“缺芯之痛”貢獻科研力量。
馳騁國內(nèi)外，追夢不停歇
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期。
2013年，曾任英特爾總設(shè)計師的鮑勃·寇威爾先生預測，2020年可能是摩爾定律失效的最早時間。2015年，摩爾先生本人再次預測，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，許凱逐漸對半導體行業(yè)產(chǎn)生了極大的好奇心。在國家納米科學中心何軍教授的引領(lǐng)下，許凱逐漸投身于半導體器件和材料的相關(guān)研究中，并對這一領(lǐng)域的研究內(nèi)容產(chǎn)生了極大的興趣。
為了能夠深入這一領(lǐng)域?qū)W習更多前沿科研知識，2017年許凱獲得國家納米科學中心的博士學位后，同年便赴美國伊利諾伊大學厄巴納香檳分校電子計算機工程系從事博士后研究工作。“伊利諾伊大學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教授，并兩次榮獲諾貝爾物理學獎，到那里，我希望能夠接觸到相關(guān)領(lǐng)域更加先進的技術(shù)?！痹S凱說。
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制程的瓶頸問題，許凱和研究團隊利用低維半導體材料制成了7nm的晶體管，用科學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實的基礎(chǔ)。
立足產(chǎn)業(yè)一線，大膽科研創(chuàng)新
“美國的集成電路產(chǎn)業(yè)十分發(fā)達，在國外留學期間，我清楚地看到中美之間存在的差異，當時就想著盡快回國，投身于相關(guān)領(lǐng)域創(chuàng)新研究中。”許凱說。2021年10月，闊別祖國多年的許凱回國加入浙江大學杭州國際科創(chuàng)中心，開始了全新的科研之旅。
浙江大學杭州國際科創(chuàng)中心成立于2019年2月28日，是新時代浙江大學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。中心主要聚焦物質(zhì)科學、信息科學、生命科學的會聚融通，打通前沿科學研究、顛覆性技術(shù)研發(fā)和成果產(chǎn)業(yè)化的全鏈條。立足我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與浙江大學杭州國際科創(chuàng)中心的平臺優(yōu)勢，回國后的許凱在吳漢明院士的鼓勵和引領(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?！皡菨h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)歷一直鼓勵著我，只要想做，什么時候都不晚?！痹S凱說。
近年來，中國集成電路行業(yè)持續(xù)高速發(fā)展，已經(jīng)成為全球集成電路市場的重要力量。作為全國唯一一個12英寸CMOS集成電路芯片設(shè)計與制造成套工藝的技術(shù)研發(fā)平臺，許凱目前在浙江省集成電路創(chuàng)新平臺主要負責集成電路器件的仿真搭建、實驗設(shè)計，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體材料搭建微納器件，用于解決傳統(tǒng)半導體材料的瓶頸上。
通過對中國的集成電路市場進行分析，許凱發(fā)現(xiàn)我國在模擬芯片領(lǐng)域還與國外存在著較大的技術(shù)壁壘。目前中國是全世界最大的模擬芯片市場，且需求還在逐年增加。模擬芯片設(shè)計的根基在于工藝，也即應用廣泛、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，通過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)團隊合照
在浙江省重點研發(fā)計劃的支撐下，許凱及其科研團隊將立足國內(nèi)先進的BCD工藝技術(shù)空白，中高端應用領(lǐng)域的供給明顯不足的現(xiàn)狀，和團隊成員一起攻關(guān)建設(shè)先進BCD工藝線，突破關(guān)鍵技術(shù)指標，實現(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”問題。
近些年來，隨著5G、AI、IoT、VR/AR、高性能運算等技術(shù)應用的不斷推進，我國集成電路的產(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。在信息技術(shù)的快速發(fā)展和智能化、數(shù)字化的快速演進下，中國集成電路市場呈現(xiàn)出爆炸性增長，消費電子、通信、計算機、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，許凱及其科研團隊還將利用先進的人工智能技術(shù)，如機器學習、數(shù)據(jù)分析等，進一步實現(xiàn)集成電路智能制造流程的精益化和自動化。
團隊協(xié)作，共拓科研之路
科學是一條長長的河流，在涉水過河的過程中難免會遇到很多困難?！凹呻娐菲骷圃焓且粋€多人協(xié)作的過程，有時候整個制造過程需要上千個步驟，只要其中一個步驟出現(xiàn)問題，就可能耗費更長的時間去尋找問題的成因，而這個過程就需要科研人員具備充足的耐心與恒心。”許凱說。在這一過程中，他最感謝的就是和自己一路并肩前行的團隊成員。在他看來，集成電路器件的制造是團隊集體力量的集成，每個成員都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。“集成電路器件制作不僅需要團隊成員具備知識的深度與廣度，更需要團隊的每個部門都不能有短板，如果某個部門或者某個人掉了鏈子，那么結(jié)果就不一定是好的?！痹S凱說。
轉(zhuǎn)眼間，許凱來到浙江大學杭州國際科創(chuàng)中心這一平臺已將近3年。這段時間，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，每個集成電路領(lǐng)域的從業(yè)者，在真正步入社會從事這一領(lǐng)域的研究工作之前，都需要對這一領(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)問題。因此，學生在碩博階段，許凱就引領(lǐng)他們立足于平臺開展相關(guān)的研究工作，讓他們在學校期間就提早認識并了解到集成電路行業(yè)是如何運轉(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)科研問題。
篤行不怠，履踐致遠。近些年來，浙江大學杭州國際科創(chuàng)中心的科研團隊也在日益壯大，作為中心的管理人員，許凱也一直在學習如何更好地管理團隊，將團隊中每個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?！皬氖贾两K，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)一線進行人才輸送和落地應用，未來我也希望我們所做的工作能夠更好地得到市場的檢驗，為我國的集成電路領(lǐng)域發(fā)展作出更大貢獻。”許凱堅定地說。
