如果有人问你:“当今世界最大的产业是什么?”你会毫不犹豫地回答“基于集成电路的电子信息产业”吗?如果有人问你:“集成电路产业最重要的核心是什么?”你会毫不费力地回答“是芯片制造吗”?如果有人问你“半导体芯片制造行业的核心设备是什么?”你能马上回答“是光刻机”吗?"光刻机中最重要的光源是什么?"你能回答“准分子激光”吗?
光刻机是集成电路制造中最复杂、最困难、最昂贵的设备。最先进的半导体光刻机只能由荷兰和日本两家公司制造,而光刻机中的准分子激光器,也就是“核心中的核心”,只能由美国和日本两家公司制造!像许多相关行业的重要技术一样,它们被列入禁运清单。
2008年,国家启动了16个重大科技项目,其中“02工程”旨在扭转国家半导体设备、材料和技术落后的局面。风动了,乌龟和蛇安静了,宏伟的计划制定了!当许多单位和科研人员冲进这股洪流追赶时,这样一个单位里就有这样一个人,凭借早年对准分子激光研究的创新和积累,义不容辞地担当起重任。现任中国科学院安徽光学与精细力学研究所激光技术研究中心主任,激光技术与光电功能材料研究室主任。
方晓东在实验室工作 方小东在实验室工作
困难和艰辛就像成功
中国科学院安徽光学精细机械研究所位于安徽省合肥市西郊蜀山湖畔风景秀丽的科学岛上。安徽光机所成立40多年来,始终坚持“精益求精、开拓创新”的理念,致力于光学及相关领域的研发。现已发展成为激光技术、大气光学、环境光学、光学遥感、大气物理化学等交叉学科并存,以大气环境遥感监测技术和战略性高技术及其应用为重点的综合性研究机构。
方晓东大学毕业后来到安徽光学机械学院。正是在这里,他对准分子激光研究产生了浓厚的兴趣,并和导师一起成为中国最早从事这一激光技术研究的人之一。因此,安徽光学力学研究所成为国内最早从事准分子激光研究的单位之一,也是目前国内准分子激光技术研究的领先单位。
安徽光学机械学院的准分子激光研究并不总是一帆风顺。虽然洞察前沿,但由于相关研究只是一个小课题,技术难度大,当时国内市场需求小,没有得到国家相关项目的重点支持,导致高端技术研发不足,人才短缺。
艰难困苦成就伟业。20世纪90年代,当我国准分子激光研究陷入低潮,难以为继时,方晓东前往日本深造。那时候,他不仅有机会在科研的殿堂里徜徉,也曾在曾经红火的日本半导体行业里。受到启发和影响,方晓东将研究方向从光学转向了热门的半导体材料研究。博士毕业后,曾在日本日立公司从事半导体器件和工艺的开发工作,还在日本大阪大学担任访问学者和客座教授。这些经历为他积累了丰富的经验,为他交叉应用多学科知识打下了坚实的基础。
向别人学习,提升自己。2004年,长满翅膀的方晓东入选中国科学院“百人计划”,回到安徽光机所。回国后,他先是继续在半导体材料研究方面的积累,并在材料物理和化学领域展开了多项探索性研究。机会总是留给有准备的人。2008年“02”专用口罩对准器研发项目的启动犹如春雷,唤醒了沉寂多年的种子。10多年前在准分子激光研发方面的积累,让方晓东觉得自己有责任和义务升起曾经搁浅的那面旗帜,让那燃烧的一年里的科研梦想得以延续,在实现前辈和自己愿望的同时,最重要的是在相关领域为国家助力。风和水从波浪中升起。当号角吹响,方晓东带领安徽光学机械学院准分子激光团队再次起航。
完成准分子激光器系列产品研制 完成准分子激光系列产品的开发
重启梦想,打破垄断
虽然前期有一定的积累,但对于小董和他的团队成员来说,困难和挑战是毋庸置疑的。方小冬没有想太多。“科学研究本身就是一个在困难面前一次又一次前进的过程。面对国家战略需求,我们能做的就是勇往直前。”。重新获得准分子激光研究后,与国内同行相比,虽然积累了优势,但中断了10多年。在人才被断档的情况下,方小东不得不从零开始组建团队,从一开始就带着几个刚博士毕业的年轻人,慢慢探索前进,团队慢慢成长壮大。多年来,他们不断攻克核心技术和重要应用面临的难题,最终取得了一系列具有重大创新意义的重要成果:
准分子激光全固态放电激励系统、多级磁脉冲压缩开关、精确同步控制方法等核心技术研究取得突破。创新设计开发了国内首个用于光刻光源的全固态脉冲放电激励系统,解决了集成电路光刻用准分子激光器重复率高、使用寿命长的问题。
在高功率准分子激光技术研究方面,研发了激光腔大面积均匀放电电场控制技术、激光气体高速流场设计技术、激光腔材料优化和自清洁系统技术等多项具有自主知识产权的创新技术,解决了工业级准分子激光器高功率输出的瓶颈问题。在此基础上,研制出我国功率水平最高的工业级准分子激光器,实现了氯化氙准分子激光器100瓦的激光输出。
在高稳定性准分子激光技术研究中,研发了具有自主知识产权的高精度谐振充电电压控制技术,提出了优化的脉冲能量控制算法,实现了准分子激光输出能量的精确稳定控制,输出能量稳定性达到1%。这一成果保证了工业、医疗和科研设备用准分子激光输出能量的稳定性和精确可控性;
在先进仪器和高端装备研制方面,针对国家重要战略需求和市场需求,先后研制出光刻机光源激发电源及控制系统、平板显示器制造用低温多晶硅退火设备样机、308nm准分子激光白癜风皮肤治疗仪、深紫外准分子激光消融等离子体质谱及光谱分析仪等先进仪器和高端装备,均达到国际先进水平;
…………
多年来,团队在准分子激光核心技术方面的研究成果,极大地提升了我国在相关先进激光器和高端装备研制方面的实力和国际影响力,对于解决国家战略重大需求、突破“卡脖子”技术、打破国外长期以来对准分子激光相关产品的垄断、展示科技成果转移转化具有重要意义。
从贫弱被动挨打,到现在迎头赶上,一些技术成果甚至在国际上领先,打破了国外垄断。虽然前面还有很多障碍,但方小东走着走着越来越自信,因为在他的身后,已经有了一支队伍和已经成长起来的年轻传人。
继承和储存力量和航海
方晓东所在的激光技术研究中心有四个方向:晶体材料、激光技术与光电功能材料、光子器件和激光应用技术。他带出来的激光技术与功能薄膜材料实验室,经过多年的精心布局,已经成长为一支结构合理、立足前沿的坚韧团队。作为中心主任,他同时肩负着行政和科研的责任。他的目标很明确:“为了提升学科整体实力,我们的重点是在人才培养上加强后续科研实力。”
最让方小东欣慰的是,经过10多年的共同奋斗,当初跟随他的年轻一代已经成长为实验室的中坚力量。其中有院内最年轻的研究员、博士生导师,也有与自己有相似经历的中科院“百人计划”获得者,还有挑起技术成果转化的带头人...团队有着浓厚的学术自由和创新氛围。这与他们的领袖方小东的性格密切相关。
在学生眼中,方晓东是一个很有亲和力的老师,愿意让他们自由探索,“即使会走弯路,最终也会解决问题”。在方晓东看来,他的学生优秀而单纯,愿意追求梦想,面对挑战而不付出。他能做的就是给他们指导,尤其是要宽容。“因为我们现在做的都是创新的东西,我应该给他们容错试错的机会,让他们在自由快乐的氛围中探索成长。我相信这是理所当然的事情,科学研究本身就是一种苦乐。大家在一起会很开心,也会更充实。”陶莉什么也没说,但现在的团队骨干不仅是团队的顶梁柱,而且已经成长为支撑我国准分子激光技术水平的杰出人才。
方小东也有自己新的目标和方向,丰富的经验让他有一种“深深的执念”,认为研究应用的转化最终会造福于民。让他非常自豪的是,在过去,团队将一系列项目的发明技术应用于高端工业、医疗、科研仪器设备的开发,研发出了多套国内外首创的先进仪器和高端设备,其中包括国内首套高端平板制造。准分子激光低温多晶硅退火设备小样机,与知名平板企业合作完成工艺验证实验;研制出全球首台准分子激光烧蚀等离子体质谱及光谱分析仪,用于光谱和质谱快速分析样品元素,同时实现样品中主元素、微量元素和高精度元素比值的原位微区分析;研制出国内首台308nm准分子激光白癜风皮肤治疗仪,完成技术成果转化...
“我的下一个目标将更加注重技术成果的转化。”“面向应用,走向市场,造福社会”是方晓东的“终极目标”。蓝图已经绘就,只待起航。朝着目标,他正在经历风暴。
方晓东 小东方
专家介绍
方晓东,日本大阪大学工学博士。中国科学院安徽光学与精细力学研究所激光技术研究中心主任、研究员、博士生导师。入选中国科学院“百人计划”。他在日本日立工作,从事半导体器件和工艺的研发。曾受聘为大阪大学客座教授、中国科学技术大学教授、深圳工业大学特聘教授。主要研究方向为准分子激光技术及应用、半导体材料与设备。承担国家重大科技项目和国家自然科学基金重大研究仪器开发项目,作为第一作者和通讯作者发表SCI学术论文100余篇,获得国内外发明专利50余项。准分子激光应用研究成果获省部级技术发明奖一等奖。现任中国摄影学会常务理事、中国摄影学会影像信息功能材料与技术专业委员会主任委员、安徽省光学学会理事、安徽省生物医学工程学会副会长。