微纳加工与表征开放服务平台建设若干问题的思考

李攀　曾成　夏金松　卢宏

摘要：高校公共开放加工实验平台的建设，应围绕国家需求和国家战略，服务前沿科学领域，保障高校承接的国家重大科研项目顺利实施。微纳平台依托高校和试点国家实验室优势学科群，战略任务是“海陆空天一体化光网络”，覆盖集成光子学、光子辐射与探测、光电信息存储三个子方向;面向信息光电子领域的信息获取、传输、交换、运算、处理及信息存储等，重点开展核心光电子器件、集成、系统及关键技术的应用基础研究工作;探索改善器件性能与存储新能的新机理，新材料，新结构和新工艺;聚焦可持续提升信息容量的新技术，从根本上解决信息光电子发展过程中卡脖子的关键器件和芯片国产化问题，服务于国家信息领域重大战略需求。

关键词：开放服务平台;微纳加工;光电子

近年来，国家优化调整国家重点实验室《国家科技创新基地优化整合方案》（国科发基〔2017〕250号），在现有试点国家实验室和已形成优势学科群基础上，组建（地名加学科名）国家研究中心，纳入国家重点实验室序列管理。2017年11月21日，科技部下发了《科技部关于批准组建北京分子科学等6个国家研究中心的通知》（国科发基〔2017〕358号），批准组建武汉光电国家研究中心。2018年国家重点研发计划“光电子与微电子器件及集成”重点专项启动。

武汉光电国家研究中心以海陆空天一体化光网络、绿色高效光子循环与光子制造、脑连接图谱与类脑智能等三大战略任务为牵引，围绕集成光子学、光子辐射与探测、光电信息存储、激光科学与技术、能源光子学、生物医学光子学、多模态分子影像、生命分子网络与谱学等8个方向，开展前瞻性、战略性、前沿性基础研究。为了支撑各研究方向的工作，研究中心将建设微纳工艺与表征、太瓦激光、生物医学成像等三个具有国际领先水平的重大基础条件平台，提升源头创新能力，产出原创性成果，培育国际并跑和领跑学科。平台本身的建设将造就一支高素质的人才队伍，而平台的建成更能吸引一大批高素质的科研人员入驻，聚焦国家战略需求，支撑国家重大科技计划与国际大科学工程项目的实施。基础条件平台将由多学科背景的专业研究人员和工程师队伍进行管理，通过开放共享，汇聚国内外优势研究资源，将研究中心建设成为国际光电领域领先的学术创新中心。

本文通过调研国内外同类开放服务平台的建设，对微纳工艺与表征平台建设的目标、与开放方式进行了探讨，阐述了微纳平台建设构想和建设规划。对开放服务平台的组织结构，人员规模、管理方式、设备能力建设方案进行了探索。回答了“为什么要建微纳平台？”、“如何建？”以及建成后“如何运行？”等问题。

1国内外微纳平台建设调研

通过在海外国内外同类微纳平台留学、工作过的人员座谈会、网络文献调研的方式，调研了加州大学-圣塔芭芭拉纳米实验室（UniversityofCalifornia，SantaBarbaraNanofab）、斯坦福大学纳米制造平台（StanfordNanofabricationFacility）、美国橡树岭国家实验室（OakRidgeNationalLaboratory，ORNL）纳米应用中心、比利时微电子研究中心（InteruniversityMicroelectronicsCentre，IMEC）、香港科技大学纳米系统制造研究所、上海交通大学先进电子材料与器件校级平台（AEMD）、中科院微电子所硅光工艺平台、中科院苏州纳米加工平台和清华大学微纳加工平台等平台的情况。总结出以下几点。

1.1平台运行压力小，高质量服务是关键

多数高校平台无需考虑运行和维修维护费用，少数平台要自负盈亏。多数平台进行成本核算收费，少数要盈利。橡树岭国家实验室测试不收钱，要求用户在平台上出成果，需要用户的成果体现平台的价值。

1.2考核简化，重视用户评价

苏州纳米所不以文章数量和申请项目数量及经费数量为考核目标。建立以服务质量、技术开发、设备研发、平台运行为主的考核体系。

1.3重视人才培养

清华大学微纳加工平台的职称激励：设置正高、高工平台与教学分开单独评聘;两奖拉动：实验技术成果奖和优秀实验技术人员奖;基金助推：实验室创新基金，鼓励实验技术和装置研究;培训提升：出国，每年1-2名，6-12个月;队伍改革：试点先行，进行中，如高工评审下放至平台。

1.4專业化队伍，技术水平高

美国斯坦福大学纳米制造平台建设及开放共享与队伍建设和人员管理密切关联，队伍能力水平、专业化、投入和专注度是关键。国外平台能够招聘和稳定住高水平技术人员。该平台23个全职人员享有以下待遇：

（1）稳定的工作机会。

（2）能够有机会指导学生，产生影响。

（3）斯坦福大学的助学计划（TuitionPlans）：在斯坦福大学工作5年以上，学校会负担该员工子女读大学的大部分学费。

2微纳平台目标和定位

微纳加工与表征平台的建设，应服务于国家需求和国家战略，服务于前沿科学领域，保障高校承接的国家重大科研项目顺利实施。依托华中科技大学武汉光电国家实验室（筹）优势学科群，作为武汉光电国家研究中心建设的三大平台之一，战略任务是面向“海陆空天一体化光网络”，覆盖集成光子学、光子辐射与探测、光电信息存储三个子方向;面向信息光电子领域的信息获取、传输、交换、运算、处理及信息存储等;重点开展核心光电子器件、集成、系统及关键技术的应用基础研究工作;探索改善器件性能与存储新能的新机理、新材料、新结构和新工艺;聚焦可持续提升信息容量的新技术;从根本上解决信息光电子发展的卡脖子的关键器件和芯片国产化问题;为提升国家信息领域核心竞争力，服务重大战略需求提供保障。

2.1半导体工艺的发展趋势

晶体管栅极尺寸越来越小，存储器中器件的堆叠层数越来越多。先进半导体器件和光电子器件所需要的加工和测试条件也变得越来越先进和苛刻。国内外先进的微纳加工平台和流片基地发展迅速，而武汉光电国家研究中心的微纳加工平台目前存在设备种类少，设备性能差，年限长，不能满足发展需求的问题。近几年，国内光电子、信息产业发展迅速，5G、虚拟现实、量子通信、量子计算、人工智能等新技术不断取得突破。社会上的企业都是大型工业化生产线，工艺参数不允许随意改变，亟需中试、小试等配套科研型设备设施。

2.2信息光电子的重点方向

轨道角动量光通信/光互连、光信号处理器件及集成技术、微波光子技术及器件集成、半导体激光器及阵列、高速高效调制器和探测器，硅基微纳光电子器件与集成，主动对象海量存储系统及关键技术，面向大数據的万片低能耗光盘库，混合云存储系统与关键技术。在信息光电子领用和海陆空天一体化的国家战略指引下，出现了400G光模块、5G通信、硅基光互连、铌酸锂高速调制器等热点研究内容，研究中心在信息光电子领域积极布局，在信息光电子领用，重点研究方向有：轨道角动量光通信/光互连、光信号处理器件及集成技术、微波光子技术及器件集成、半导体激光器及阵列、高速高效调制器和探测器，硅基微纳光电子器件与集成，主动对象海量存储系统及关键技术，面向大数据的万片低能耗光盘库，混合云存储系统与关键技术等。

针对国家战略和国家需求，国家研究中心所凝练出来了一系列重大课题，如：高速相干光通信网络核心集成光电子器件及关键技术，面向高新能计算的光互连及光子信息处理集成芯片等。这些重大课题所需要的关键芯片和器件，比如阵列激光器、高速探测器、高速调制器，光逻辑运算芯片等，这些芯片和器件的国产化需要先进的微纳加工条件和芯片表征测试条件。在平台的支持下一些老师做出了一系列先进的科研成果，取得了丰硕的成绩。

2.3微纳平台定位

微纳平台重点支持的研究方向应该面向新一代网络、数据中心光互联、5G等信息光电子应用领域，在高端材料生长、核心光电子芯片工艺方面突破关键技术和共性技术瓶颈，掌握信息光电子芯片和器件的核心技术。重点建设以下几个方向，争取早日取得突破性成果。

（1）高速相干光通信网络核心集成光电子器件及关键技术。

（2）面向高新能计算的光互连及光子信息处理集成芯片。

（3）特种光束通信及非通信应用。

（4）用于微波和太赫兹光子学的集成光子器件。

（5）纳米光子学器件中的新现象及机理。

2.4科学目标

为高端光电子芯片、先进集成电路、MEMS等研发提供技术和服务。支撑海陆空天一体化光网络;支撑WNLO产生重大原创成果、重要技术创新、重大技术应用;兼顾对外开放服务，并具备自造血能力。

2.5技术目标

重点解决56Gb/s电吸收调制激光器芯片、400Gb/s硅基集成光收发芯片、量子芯片等关键共性技术的开发。开展以GaN、InP基材料为代表的三五族半导体技术研发。开展高速硅基光电子集成芯片产品技术的研发。

3管理方式

微纳工艺与表征平台直属武汉光电国家研究中心，组建“教授委员会”为平台的监督与决策机构。平台实行集中管理，下设行政管理、工艺管理、厂务管理、设备维护等部门，组织机构图见下图。

教授委员会是微纳平台的咨询、监督与决策机构，直接对实验室领导负责，职责是制定平台发展规划与发展目标，决定需要购买的设备，为平台争取经费资源以及对平台的绩效进行考核等。平台专职人员总数约需30-50人。

4建设内容

围绕科学目标和技术目标，微纳平台将从信息光电子器件的几个主流材料系列着手，建立起一个服务于全社会的信息光电子器件芯片工艺技术支撑平台，同时也建立起与信息光电子器件芯片产品制造和应用相关的先进检测测试和器件封装工艺技术平台。培养一大批既懂得芯片理论设计又具有丰富产品工艺经验的高端产品技术人才，促进上述各类高端应用产品的研究开发，加快技术成果转化和信息光电子产业化的发展。重点建设硅基、三五族、多材料体系三类工艺线，形成具有国际一流水平的光电子芯片加工、测试平台。

（1）共性设备建设：湿法腐蚀成套设备设施、成套光刻工艺设备及净化间、金属及介质膜成膜设备、芯片封装设备、测试设备。

（2）专用设备建设：干法刻蚀、材料外延，搭建硅基、三五族、多材料体系三类工艺线。

（3）在现有基础上，补足短板，增加必要的具有国际先进水平的关键设备。

（4）建立健全制度规范，建设安全体系、质量体系。

（5）通过CNAS、CMA、ILACMRA等专业机构的认证，提高平台的管理水平、服务质量和服务能力。

5人才培养

为鼓励大型机组操作人员对外服务，出台有关政策，依照仪器类别按不同比例向机组人员返还测试收入，部分可作为奖励劳酬，以及为实验技术人员年度绩效考核评价依据。

建立支撑体系的考核机制，不以文章数量和申请项目数量及经费数量为考核目标。建立以服务质量、技术开发、设备研发、平台运行为主的考核体系。

组织开展大型仪器开放共享服务研讨活动，例如举办学术年会或专题研讨会。加大实验技术人员的培训力度，着力建立一支在实验技术人员规模、层次和结构上与学校整体战略目标相匹配的大型仪器操作队伍。

6总结和展望

微纳工艺与表征平台的目标。为国家重大战略需求服务，解决卡脖子的关键器件和芯片国产化问题。为研究中心的重大科研方向服务，保障研究中心老师的科研项目有实施的条件和平台。为科研成果的转化服务，作为科研平台，使得芯片从理论走向实践，为中国光谷，乃至全国的相关单位的研发提供服务。以第三代半导体材料与半导体照明、新型显示器、大功率激光材料与器件、高端光电子与微电子器件为重点，通过体制机制创新，加大光电子基础研究、光电子器件前沿技术及芯片重大共性关键技术研究，培养一批具有工匠精神的专业化工程师队伍，为国家光电子信息产业培养人才，为光电子信息产业的发展提供助力，服务光电前沿科学领域，保障中心承接的国家重大科研项目顺利实施。

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作者简介：李攀（1986-），男，硕士，工程师，主要从事ICP刻蚀、PECVD工艺研究，研究方向：成膜与刻蚀。

*通讯作者：卢宏（1965-），博士，高级工程师，作者单位：武汉光电国家研究中心光电子微纳制造工艺平台，研究方向：物理电子学。