創(chuàng)新為魂 匠心鑄夢訪國家“千人計(jì)劃”特聘專家、河南科技大學(xué)高純材料研究中心主任王廣欣教授

◎ 文/段佳佳

在這個炎炎夏日，經(jīng)過再三約訪，終于有機(jī)會走近這位謙謙學(xué)者——王廣欣教授。

提起高純材料，王廣欣教授侃侃而談，在他看來，高純材料就是純度很高、所含雜質(zhì)常以百萬分之幾計(jì)算的材料，如制備半導(dǎo)體材料用的鋁、銅、鈷、鈦、鉭等金屬必須要求達(dá)到99.999%以上的純度。這些高純金屬主要用來制造高純金屬濺射靶材，是集成電路工藝所需的關(guān)鍵支撐材料，應(yīng)用于各種功能薄膜的制備。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)的升級，集成電路產(chǎn)業(yè)對各種高純金屬材料及濺射靶材的需求量將越來越大，為高端有色金屬材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了機(jī)遇。

夢之源起——行走在高純金屬世界的科學(xué)家

王廣欣教授長期活躍于新技術(shù)、新工藝、新材料的研發(fā)生產(chǎn)，在超高純金屬靶材、高純電子材料等方面多有建樹，是國際上高純靶材方面少數(shù)掌握核心技術(shù)的華人專家之一。他是我國恢復(fù)高考制度后的第一批大學(xué)生，也是改革開放后的第一批公派留德研究生。碩士畢業(yè)于德國亞深工業(yè)大學(xué)，博士畢業(yè)于德國不萊梅大學(xué)，而后在德國GKSS研究中心做過5年的博士后。在浙江大學(xué)短期工作后，于1997年開始先后在美國霍尼韋爾（Honeywell）電子材料公司、奇美（Kemet）電子原件公司和威廉姆斯（Williams）先進(jìn)材料公司工作，分別擔(dān)任首席工程師、首席科學(xué)家等高級技術(shù)職務(wù)，主要從事高純材料、材料表面工程等方向的研究。2015年5月，在德國、美國工作多年的他作為高端引進(jìn)人才正式加盟河南科技大學(xué)。

回國后，王廣欣教授一心想在新材料領(lǐng)域拓展一片屬于自己的天空。他作為學(xué)術(shù)帶頭人，2015年5月負(fù)責(zé)組建了河南科技大學(xué)高純材料研究中心，專門從事高純材料、濺射靶材等先進(jìn)電子功能材料研究與應(yīng)用開發(fā)，并在很短的時間內(nèi)在科學(xué)研究、人才培養(yǎng)和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等方面都取得了顯著的成績，使該校高純材料學(xué)科方向的研發(fā)團(tuán)隊(duì)從無到有，從小到大，不僅具備了在該領(lǐng)域從事重要科學(xué)研究的能力，而且培養(yǎng)了一批高素質(zhì)的人才。

該中心在科研隊(duì)伍建設(shè)過程中，十分注重高水平人才的遴選和引進(jìn)，有國家“千人計(jì)劃”專家3人，其中包括外專千人計(jì)劃專家Heinz-Rolf Stock和Akiyoshi Osaka教 授。經(jīng)過僅僅3年多的發(fā)展，研究隊(duì)伍從剛回國時的單槍匹馬，發(fā)展到目前20多人的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。中心立足于國家重點(diǎn)發(fā)展的有色金屬新材料領(lǐng)域和電子信息領(lǐng)域，面向芯片、平板顯示、特種合金等先進(jìn)技術(shù)行業(yè)，經(jīng)過3年多的發(fā)展，在整體規(guī)模、隊(duì)伍建設(shè)、平臺建設(shè)和科研水平等方面都取得了長足進(jìn)步，產(chǎn)生了一大批重要的科技成果。

王廣欣教授作為團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)陸續(xù)承擔(dān)了國家02專項(xiàng)支持的“超高純Co金屬材料產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研發(fā)”等重大項(xiàng)目，建成河南省高純材料及濺射靶材工程中心和河南省高端裝備用高純材料制備與應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新引智基地，入選河南省創(chuàng)新型科技團(tuán)隊(duì)。組建時間雖短，但是他們每一步都走得格外扎實(shí)和有力。團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持把科研和地方經(jīng)濟(jì)社會需求相結(jié)合，在堅(jiān)持原有研究特色和方向的基礎(chǔ)上，不斷追求和探索新的學(xué)科領(lǐng)域和研究方向，堅(jiān)持研究工作的前沿性、創(chuàng)新性、系統(tǒng)性和深入性，現(xiàn)已成為綜合實(shí)力較強(qiáng)的高純材料研發(fā)機(jī)構(gòu)之一。

夢之鍛造——超高純鈷煉成“中國純度”

高純材料的純度對集成電路的成品率、電性能和可靠性均有十分重要的影響。制造芯片必須采用純度99.999%以上的高純材料，國內(nèi)極少有廠家能生產(chǎn)純度達(dá)99.999%的高純鈷。在國際上，也只有美日等少數(shù)幾個國家具備生產(chǎn)能力。這些國家的靶材企業(yè)從金屬材料的高純化制備到靶材制造生產(chǎn)具備了完備的技術(shù)垂直整合能力，控制著全球高端電子制造用靶材的主要市場。國內(nèi)有色金屬品種齊全，但關(guān)鍵新材料開發(fā)嚴(yán)重滯后于戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，有些高純金屬材料可以自主研發(fā)獲得，如高純銅、鈦，雖然生產(chǎn)的量不是很大。但更多高純金屬材料需要進(jìn)口。因此，迫切需要提升有色金屬的高純化、精細(xì)化深加工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)材料的高附加值及高效利用。

高純鈷是制備光電器件、磁傳感器和集成電路等元器件的重要材料。5N及以上的超高純鈷主要用來制造超大規(guī)模集成電路行業(yè)用濺射靶材，屬國家戰(zhàn)略性新材料。目前，限于技術(shù)原因，5N及以上的高純鈷需要大量進(jìn)口。因而，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高純鈷制備技術(shù)尤為重要。之前，王廣欣教授在美國霍尼韋爾工作時的第一次任務(wù)就是研究高純鈷，這給他留下了深刻的印象。雖然之前從未接觸過，但他頂住了壓力，在很短的時間內(nèi)圓滿完成了任務(wù)，這為他之后的研究打下了良好的基礎(chǔ)。

“極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝”科技重大專項(xiàng)(簡稱“02專項(xiàng)”)是我國16個科技重大專項(xiàng)之一，旨在開發(fā)集成電路關(guān)鍵制造裝備，掌握具有自主知識產(chǎn)權(quán)的成套先進(jìn)工藝及相關(guān)新材料技術(shù)，打破我國高端集成電路制造裝備與工藝完全依賴進(jìn)口的狀況，帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)提升和結(jié)構(gòu)調(diào)整。2017年，王廣欣教授千人專家團(tuán)隊(duì)聯(lián)合寧波江豐電子材料有限公司、寧波創(chuàng)潤有限公司申報(bào)的課題“集成電路靶材用超高純金屬材料產(chǎn)業(yè)化技術(shù)”成功獲得02專項(xiàng)支持。王廣欣團(tuán)隊(duì)承擔(dān)其中的子課題“超高純鈷金屬材料產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研發(fā)”。王廣欣教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)攻關(guān)，通過超高純鈷金屬材料提純技術(shù)的研究與開發(fā)，確定了制備高純鈷的穩(wěn)定生產(chǎn)工藝，形成超高純材料與高端靶材一體化供應(yīng)體系，打破了國外對超高純鈷及靶材制備技術(shù)和市場壟斷，滿足了我國高端制造業(yè)、戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的需求。正在建設(shè)的年產(chǎn)50噸高純鈷項(xiàng)目將滿足12吋集成電路用靶材對超高純鈷的生產(chǎn)要求，替代進(jìn)口后可大大降低生產(chǎn)成本。該項(xiàng)目擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，將為延伸有色金屬產(chǎn)業(yè)鏈提供核心技術(shù)支撐，帶動我國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

以王廣欣教授為代表的海歸團(tuán)隊(duì)?wèi){著愛國的赤子之心在高純領(lǐng)域煉成了中國純度，助力了蓬勃向前的中國智造。

夢之基石——穩(wěn)步踐行關(guān)鍵材料國產(chǎn)化之路

我國電子信息產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)快速發(fā)展的良好態(tài)勢，產(chǎn)業(yè)規(guī)模位列世界前列。2014年，我國電子信息產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值超過14萬億元。與此同時，對濺射靶材這一具有高附加值的功能材料的需求逐年增加，而且對其技術(shù)指標(biāo)的要求也在不斷提升。據(jù)估計(jì)，2015年度高純金屬靶材市場規(guī)模達(dá)到8.5億元。高純金屬靶材產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大不僅能極大地帶動我國上游傳統(tǒng)有色金屬材料產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級，更能促進(jìn)下游電子制造產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和穩(wěn)定快速發(fā)展。

洛陽金屬鉬資源十分豐富，是名副其實(shí)的 “中國鉬都”。高熔點(diǎn)、高電導(dǎo)率、較好的耐腐蝕性以及良好的環(huán)保性能，使得鉬和鉬合金濺射可在各類基材上形成薄膜從而廣泛應(yīng)用于電子部件和電子產(chǎn)品。大尺寸高純鉬濺射靶材在TFT-LCD（薄膜晶體管液晶顯示）大量使用，是鉬行業(yè)的新興、高端產(chǎn)品，市場前景十分廣闊，但過去很長時間一直依賴進(jìn)口。

王廣欣教授團(tuán)隊(duì)與洛陽高新四豐電子材料有限公司開展產(chǎn)學(xué)研合作，開發(fā)了高純鉬及高純鉬合金靶材關(guān)鍵技術(shù)，生產(chǎn)的產(chǎn)品化學(xué)成分、物理性能、微觀組織等性能均達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平，純度大于99.95%，致密度為99%以上，項(xiàng)目先后申請多項(xiàng)專利，擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，達(dá)到國際先進(jìn)水平。

高純鉬及鉬合金靶材的研制成功，使河南省高純鉬靶材科研水平處于國內(nèi)領(lǐng)先地位，打破了國外技術(shù)和產(chǎn)品在國內(nèi)市場的壟斷，滿足了航空航天、冶金、化工、電子等行業(yè)發(fā)展的需要，為我國鉬材料提純、冶煉加工到高純鉬濺射靶材制造、平面顯示器和薄膜太陽能產(chǎn)品制造的完整產(chǎn)業(yè)鏈奠定了基礎(chǔ)。

銦是全球分布極不均衡的稀缺稀有金屬，也是重要戰(zhàn)略資源之一。我國是銦資源最豐富的國家，在世界銦儲量的分布占比達(dá)62.5%，已探明儲量占世界總儲量的72.7%。由于銦的下游產(chǎn)業(yè)，特別是ITO靶材市場發(fā)展緩慢，致使我國的金屬銦大量出口，而銦深加工產(chǎn)品——ITO靶材卻高度依賴進(jìn)口。ITO靶材制備幾乎全由日韓壟斷。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國范圍內(nèi)ITO靶材的市場需求量每年以20%的速度增長，我國在銦的深加工方面尚處于初級階段，這就導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)鏈上游的絕對資源優(yōu)勢不能有效發(fā)揮。為了實(shí)現(xiàn)ITO靶材的技術(shù)突破和產(chǎn)能瓶頸，以廣西晶聯(lián)光電材料有限責(zé)任公司為代表，近幾年國內(nèi)的一些企業(yè)紛紛加快了ITO靶材技術(shù)研發(fā)和引進(jìn)。王廣欣教授深知，迎接濺射靶材巨大產(chǎn)業(yè)化機(jī)遇，縮小國內(nèi)外濺射靶材的差距，首先需在產(chǎn)品、工藝、應(yīng)用上突破技術(shù)瓶頸。研制靶材，既要重視基礎(chǔ)研究，也要重視應(yīng)用研究。搭建專業(yè)研發(fā)平臺，產(chǎn)學(xué)研開放合作，積極推進(jìn)科技成果產(chǎn)業(yè)化，使得基礎(chǔ)研究及應(yīng)用研究取得雙豐收。中心打破了跨國公司的市場壟斷和技術(shù)封鎖，填補(bǔ)了這種關(guān)鍵材料的國產(chǎn)化空白，廣西晶聯(lián)也成為唯一一家中資產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)ITO靶材能用到平板顯示行業(yè)的企業(yè)。加速鉬靶材、ITO靶材項(xiàng)目的國產(chǎn)化，對于提升我國靶材產(chǎn)業(yè)總體技術(shù)水平有重大意義，還將帶動精鉬、精銦及其深加工產(chǎn)品在國內(nèi)的消費(fèi)能力，帶動光電子工業(yè)、半導(dǎo)體工業(yè)、新能源工業(yè)等領(lǐng)域的發(fā)展。為實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵戰(zhàn)略材料國產(chǎn)化提供重要保障，助力中國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大。而這，正是王廣欣教授一直執(zhí)著努力的方向。

集成電路的核心載體是芯片，每顆集成電路芯片在使用前都需要封裝測試。隨著芯片集成度的不斷提高，芯片封裝的作用正變得越來越重要，它直接影響到芯片自身性能的發(fā)揮和與之連接的印刷電路板的設(shè)計(jì)與制造，不僅起著安放、固定、密封、保護(hù)芯片的作用，而且還是溝通芯片內(nèi)部世界與外部電路的橋梁。芯片的封裝技術(shù)種類多種多樣，如DIP、QFP、TSOP等，近年來，新的封裝方式——球柵陣列封裝，簡稱BGA封裝技術(shù)以其封裝高可靠性、兼容性高以及更佳的電特性等優(yōu)點(diǎn)在大規(guī)模集成電路的封裝領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計(jì)，2017年我國集成電路產(chǎn)業(yè)銷售額達(dá)到5411億元，同比增長24.8%，其中BGA焊球需求量超過20億元，且市場呈快速增長趨勢。國內(nèi)封裝企業(yè)使用的BGA產(chǎn)品主要進(jìn)口自日本、韓國。

為了解決這一困境，王廣欣教授團(tuán)隊(duì)和上海錫喜材料科技有限公司開展了產(chǎn)學(xué)研合作，研發(fā)了基于射流不穩(wěn)定原理的振動制球機(jī)、鏡面對輥篩分機(jī)等核心設(shè)備，開發(fā)了熔煉——制球——冷卻收集——篩分——拋光——清洗——除靜電的整套工藝流程，成球率可達(dá)80%以上。開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的BGA焊球生產(chǎn)系統(tǒng)，在自主研發(fā)設(shè)備基礎(chǔ)上形成了BGA焊球生產(chǎn)工藝，項(xiàng)目技術(shù)總體達(dá)到國際先進(jìn)水平。該技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)大封裝企業(yè)得到廣泛使用。

夢之起航——寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來

近30年來，王廣欣教授沒有停止攀登科學(xué)高峰的步伐，在高純金屬材料的基礎(chǔ)理論與實(shí)際應(yīng)用方面，通過不斷探索和學(xué)術(shù)積累，王廣欣和其領(lǐng)導(dǎo)的學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)取得了一系列突破性進(jìn)展。

王廣欣教授十分重視科研成果向現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化，重視新產(chǎn)品的研發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化。他在美國工作期間，就已獲得10項(xiàng)美國授權(quán)發(fā)明專利；回國后又申報(bào)了32項(xiàng)中國發(fā)明專利，其中22項(xiàng)已獲得授權(quán)。另外，在國內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物發(fā)表了80余篇論文，大部分為SCI、EI收 錄。他利用自己在高純金屬材料方面的領(lǐng)先技術(shù)與知識產(chǎn)權(quán)，按照“產(chǎn)、學(xué)、研”相結(jié)合的運(yùn)作模式，已成功將高純鈷、高純鉬、高純銦等材料研發(fā)出來并取得了實(shí)際應(yīng)用，受到了合作單位的一致好評。

筆者在和王廣欣教授交流的過程中，提起自己曾獲得過的榮譽(yù)和獎項(xiàng)他都一帶而過，但卻對獲獎科研項(xiàng)目的工作歷程記憶深刻。他提到，令他最激動的不是閃光的獎杯，也不是站在國際講臺上作報(bào)告的時刻，而是一個個新成果誕生的瞬間，那是真正的永恒的屬于他自己的東西。正如王廣欣教授所說：“科學(xué)家的工作，就是要讓全體百姓都能享受科技發(fā)展的成果?！?/p>

在王廣欣教授的帶領(lǐng)下，高純金屬材料取得一系列的技術(shù)突破，解決了我國幾十年來的技術(shù)難題，打破了國外長期的技術(shù)封鎖和產(chǎn)品壟斷，也實(shí)現(xiàn)了中國擁有國產(chǎn)高純材料的夢想。對于高純金屬材料的光輝明天，我們期待王廣欣教授能給我們創(chuàng)造更多奇跡！