博觀而約取 厚積而薄發(fā)

李剛

如果說集成電路產(chǎn)業(yè)是一座大廈，那么制造就是這個大廈的地基，而離開了制造這一地基，再好的設(shè)計藍(lán)圖也不過是空中樓閣。其中，作為地基的集成電路制造又涉及設(shè)備、材料和工藝等重要領(lǐng)域。多年來，清華大學(xué)微電子學(xué)研究所副研究員付軍所在研究組專注于以鍺硅為代表的硅基射頻集成電路工藝的研究方向，孜孜以求于SiGe HBT（鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管）、SiGe BiCMOS（鍺硅雙極晶體管-互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管）和Si CMOS（硅互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管）等技術(shù)的研究和開發(fā)。

回國以來的十幾載科研筑夢，在國家亟須開展自主創(chuàng)新的今天，付軍仍時刻銘記著自己身為一名科研人的職責(zé)。如今，他唯一不變的愿望就是將多年積累和正在研發(fā)的科研成果，真正推向產(chǎn)業(yè)化并造福于社會，為我國自主可控集成電路制造工藝技術(shù)的奠基與夯實(shí)添磚加瓦。

筑夢清華孜孜不倦

景昃鳴禽集，水木湛清華。付軍的人生理想就是在清華這一沃土之上萌芽的。1987年9月，他以優(yōu)異的成績考入清華大學(xué)電子工程系半導(dǎo)體物理與器件專業(yè)，開始了自己的人生新階段。本科畢業(yè)后，付軍繼續(xù)扎根在清華大學(xué)微電子學(xué)研究所作為直博生攻讀博士學(xué)位。

靜坐聽雨無畏，無問西東求真。讀博階段，是付軍科研之路的真正起點(diǎn)，他主要從事深亞微米SOI MOSFET（絕緣體上硅金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管）器件及SiGe（鍺硅）溝道SOI MOSFET器件的研究。鍺硅是硅和鍺通過外延生長共價鍵結(jié)合形成的半導(dǎo)體合金材料，不僅具有比硅更高的載流子遷移率，而且鍺組分的引入還使得禁帶寬度變窄，替代硅作為基區(qū)就可以將傳統(tǒng)的硅雙極晶體管（Si BJT）升級為鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（SiGe HBT）。自20世紀(jì)80年代后期誕生以來，歷經(jīng)30多年的快速發(fā)展，國際上鍺硅工藝技術(shù)至今已發(fā)展到第四代，并在無線通信、無線接入網(wǎng)、有線通信、廣播電視、雷達(dá)、導(dǎo)航等多種民用和軍用領(lǐng)域都獲得了廣泛應(yīng)用。初涉鍺硅這一研究領(lǐng)域，付軍就產(chǎn)生了濃厚的興趣，其獨(dú)特的物理特性和技術(shù)優(yōu)勢更激發(fā)了他不斷深入探索的動力與決心。

以夢想為馬，付軍的科研腳步從未停歇。為了開闊自己的研究視野，取得博士學(xué)位之后，1999年6月，付軍又前往荷蘭Delft理工大學(xué)微電子及亞微米技術(shù)研究所從事半導(dǎo)體集成電路工藝和器件仿真與優(yōu)化的博士后研究工作，通過參與“通過多柵格和并行方法提高工藝模擬性能”的STW項目的研究和探索不斷打磨，積累了豐富的經(jīng)驗。

基礎(chǔ)研究是從事科研工作的根基，而產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用便是引領(lǐng)科研成果落地生根的必由之路。2001年9月至2006年8月，付軍受雇為德國X-FAB Semiconductor Foundries AG公司的工藝開發(fā)項目主管從事半導(dǎo)體集成電路工藝研發(fā)工作，主要負(fù)責(zé)SiGe BiCMOS工藝開發(fā)并擔(dān)任RF CMOS（射頻互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管）工藝特性表征的項目負(fù)責(zé)人。多年的企業(yè)任職經(jīng)歷，讓產(chǎn)業(yè)化思想逐漸在付軍的心中根深蒂固，如何讓自己所獲得的科研成果更好地服務(wù)于社會？付軍從未放棄對這一問題的思考。

將科研成果寫在祖國大地

行路致遠(yuǎn)，砥礪前行。2006年9月，付軍回國來到清華大學(xué)微電子學(xué)研究所固體器件與集成技術(shù)研究室開展科研工作，并從2016年起加入了硅基智能傳感器研究團(tuán)隊，從事面向通信、雷達(dá)、傳感以及空間探測等應(yīng)用領(lǐng)域的SiGe HBT、SiGe BiCMOS、Si CMOS等硅基微波和毫米波射頻集成電路工藝及其器件模型的技術(shù)研發(fā)，一步一個腳印，進(jìn)而開啟了相關(guān)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，并為進(jìn)一步拓展和推廣科研成果打下了堅實(shí)的根基。

微波射頻集成電路芯片歷史上一直采用以GaAs和InP為代表的Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體工藝技術(shù)。在Si BJT基礎(chǔ)上通過硅基能帶工程衍生和發(fā)展出的SiGe HBT，在有效提高器件性能的同時，還保持了與硅工藝的完全兼容，且可與主流Si CMOS集成而實(shí)現(xiàn)SiGe BiCMOS工藝，因而鍺硅技術(shù)同時具備高頻、高速、低噪聲系數(shù)、低相位噪聲、高線性度和較高功率輸出能力以及高集成度、低功耗和低成本等綜合優(yōu)勢，開創(chuàng)了新一代硅基射頻集成電路芯片技術(shù)。針對我國在這一領(lǐng)域相對落后的研究現(xiàn)狀，立項開展鍺硅工藝技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化對于擺脫在核心器件的工藝基礎(chǔ)方面受制于人的被動局面具有非常重要的戰(zhàn)略意義。

作為極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝重大科技專項“0.18微米/0.13微米鍺硅BiCMOS成套工藝技術(shù)-器件模型、參數(shù)提取及先導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計”課題負(fù)責(zé)人，自2009年，付軍就開始和研究小組一起展開了相關(guān)科研攻關(guān)工作。經(jīng)過多年不懈努力，完成了SiGe HBT的器件模型及其參數(shù)提取研究、微波器件及其集成電路先導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計及其工藝開發(fā)等課題任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了這一領(lǐng)域的創(chuàng)新性科研突破。

科學(xué)研究的最終意義在于將科研成果造福社會。基于與相關(guān)聯(lián)合單位的密切合作，他們首先將自己開發(fā)的fT超過25GHz的SiGe HBT工藝成功轉(zhuǎn)移到合作企業(yè)的生產(chǎn)線，進(jìn)而成功開發(fā)了BVCEO擊穿電壓大于7V、截止頻率fT高于20GHz、最高振蕩頻率fmax高于65GHz的高性能功率SiGe HBT工藝。基于上述鍺硅工藝，他們設(shè)計并與相關(guān)聯(lián)合單位合作開發(fā)了兩款低噪聲射頻晶體管、一款中等功率射頻晶體管和一款50歐姆內(nèi)匹配微波單片集成電路（MMIC）芯片，其主要性能指標(biāo)都接近、達(dá)到或超過了計劃替代的國外產(chǎn)品水平，且兩款低噪聲產(chǎn)品已通過了相應(yīng)可靠性測試評估，并已實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)和市場銷售，截至課題結(jié)題時（2013年）累計銷售已超過3000萬只。

長風(fēng)破浪會有時

科研路上坎坷常在。近年來，年邁的父母先后生病，讓付軍深刻認(rèn)識到了生命的脆弱與親情的珍貴，并促使他對人生的意義進(jìn)行了重新思考。一路走來的經(jīng)歷，鍛造了他對待挫折與苦難的樂觀精神以及堅毅、務(wù)實(shí)的品質(zhì)，讓他在追逐科研理想的道路上更加明白自己內(nèi)心想要的是什么。

為師為研，不忘初心。付軍總是常懷感恩之心。在他看來，自己能取得目前的科研成績，與讀博期間的導(dǎo)師錢佩信教授（清華大學(xué)微電子學(xué)研究所前所長、國內(nèi)鍺硅技術(shù)奠基人之一）等老師的教導(dǎo)與引領(lǐng)息息相關(guān)。如今，身為一名師者，他也在努力播撒一片繁蔭，滋養(yǎng)后學(xué)之士。在研究開展過程中，付軍也希望自己的學(xué)生們不要僅僅將科研當(dāng)成謀求個人職業(yè)發(fā)展的工具，而要從專業(yè)成長中領(lǐng)悟到事業(yè)和人生的哲理，塑造自己的人格。“這對于我們一生的成長都是有幫助的?！备盾娬f。

路雖遠(yuǎn)行則將至，事雖難做則必成。對于科學(xué)研究，付軍直言自己是十分較真的一個人。有時候科研工作開展得并沒有想象中順利，但付軍從未給自己找過理由，在他看來，研究工作一定要講究實(shí)事求是，在研究遇到瓶頸時，就要總結(jié)經(jīng)驗吸取教訓(xùn)，相信以后還有更大的發(fā)展空間等待著他去探索。

付軍說，集成電路工藝研究，是需要長期積累，一點(diǎn)一點(diǎn)從底層做起的?？上驳氖?，他參與聯(lián)合研發(fā)的國內(nèi)自主SiGe BiCMOS工藝已經(jīng)達(dá)到國際上第二代技術(shù)的水平，并已成功實(shí)現(xiàn)初步商用代工。雖然在大規(guī)模推廣和升級方面還有待改進(jìn)，但面對技術(shù)和市場方面的困難他并沒有氣餒。博觀而約取，厚積而薄發(fā)。未來，他還將在先進(jìn)鍺硅工藝技術(shù)升級開發(fā)中不斷開拓，致力于在國內(nèi)建立更加先進(jìn)的自主可控鍺硅生產(chǎn)線，為徹底彌補(bǔ)我國在這一領(lǐng)域的短板而竭力前行。