为中国“芯”炼就一双“火眼金睛”

中国首台产业级晶圆磁光克尔测量仪上市 记者探访岛城科研团队的幕后故事

小小的芯片，大大的智慧。生活中，芯片是人们身边电子、电器设备的“神经中枢”，重要性不言而喻。芯片制造过程异常复杂，通常需要成百上千道工序，如何为芯片制造过程进行“安检”，确保它们正常进行？这便需要精密的芯片制造过程检测设备来实现。近日，中国首台产业级晶圆磁光克尔测量仪上市，打破了美国企业在该领域的垄断，标志着生产磁性芯片量产所需的光学检测设备从此实现自主可控。而这款测量仪的研发者则来自 “青岛制造”——致真精密仪器（青岛）有限公司。3月23日，记者走进致真精密仪器，探访科研团队幕后的“芯”力量。

【组建团队】

开展芯片检测设备研制

走进位于松岭路的致真精密仪器，可以看到实验室里面摆放着许多 “高大上”的设备，它们的主要功能，就是为磁性芯片进行全流程、多环节的检测。 “从更细分的领域来说，公司目前的主攻方向是磁性芯片高端检测设备的研发。”致真精密仪器董事长兼首席技术官张学莹说道，磁性芯片是芯片大家庭中的重要一员，不仅在飞机、卫星的控制系统中有应用，在人们的手机中也是存在的。 “打开手机导航软件，可以看到指示方向的箭头，这个信号识别就是靠磁性芯片来完成的。 ”张学莹介绍说，芯片上的很多元件都是纳米级的，肉眼根本看不到，只有通过高端检测设备来精确地对它们进行识别、检测。

“就像做饭要不断调整火候，研究芯片也要不断调整技术工艺，一旦有环节出现问题，芯片就不能用了。芯片性能有多好，关键就取决于设备有多精，没有好的仪器设备就像 ‘巧妇难为无米之炊’。 ”2018年，张学莹从国外留学深造归来，来到青岛参与高端设备的研发工作。在自己的科研生涯初期，张学莹便深切感受到“受制于人”的压力。“在芯片研发方面，有很多被‘卡脖子’的环节。当时我国超过90%的高端仪器都需要进口，这类设备长期被欧美国家所垄断。 ”让张学莹记忆犹新的是，他所在的科研团队想购买一台磁光克尔显微镜，用于观测磁性芯片的状态，但当时世界上只有德国与日本拥有制造这种显微镜的公司，不仅造价高昂，而且服务态度傲慢。 “当时团队想对设备提出一些定制改造意见，但被对方拒绝了。既然如此，我们就自己研制。 ”为了打破垄断，研发出 “中国制造”，张学莹下定决心向磁性芯片设备领域发起攻关。

带着积累多年的科研成果、组织一帮年轻的“科技力量”，张学莹在2019年成立了致真精密仪器。“团队科研人员的平均年龄在30多岁，他们热衷于新科技、新市场，充满无限活力与潜力，这个团队的成长性是很强的。”依托产学研结合的优势和理论与工程实践能力优势互补、协同合作，一个致力于解决微电子产品研发和制造环节中“卡脖子”、国内尚未解决关键技术难题的公司，就这样成立了。

【攻坚克难】

研发仪器打破国外垄断

由于缺乏参照样本，张学莹和团队在创业初期便遇到了难题。 “调研的调研、看书的看书，大家每天都把吸取到的知识与材料，放在一起拼凑、碰撞，每天都通过实验去反复验证，慢慢摸索出了设备的雏形。 ”众人拾柴火焰高，在创业的初期，张学莹和团队很多成员几乎每天都泡在公司实验室里，累了就打个盹儿，醒来继续科研工作。

2020年春节，张学莹回东北老家探亲，刚到家就听到了新冠疫情暴发的消息，“当时我们的设备研发正处于关键环节，我非常担心滞留在家影响项目进展，于是在正月初二回到了青岛。”在此后的一个月时间里，实验室基本只有张学莹一个人，他专心进行了设备调试，解决了很多项关键问题。随着疫情得到有效控制，团队成员陆续回来，大家分工协作，在2020年6月，国内首台商用磁光克尔显微镜终于研发成功，它可以清晰呈现样品内的磁化状态空间分布和时间演化，用于检测磁性材质的质量、辨识缺陷位置等，适用于磁存储芯片等磁性电子器件的测试和产品研发。这套显微镜解决了中国在磁性芯片成像领域受制于人的局面，填补了多项国内空白。

不仅打破了国外垄断，张学莹和团队还使它发挥了新的特点与优势。“以前的进口设备功能较少而且改装难，如今这种国产设备将光学、电学、磁学等技术集成在一台设备上，不仅功能丰富多样，用户使用和改装也更加方便了。 ”除此之外，这种设备的价格只有进口设备的一半，也实现了“物美价廉”。目前，该设备在清华大学、中国科学院物理所等几十家科研单位和企业已经装机使用。

【新的突破】

实现高端科研仪器量产

“在攻克磁光克尔显微镜的大关之后，我们又向着新的目标进发，那便是实现这些高端科研仪器的量产。 ”2021年夏天，张学莹和团队又研发出中国首台产业级晶圆磁光克尔测量仪的原理样机，打破了美国企业在该领域的垄断，为磁性芯片的批量快速检测提供了自主可控的设备支撑。

磁性芯片生产过程中，需将磁性原子均匀铺在晶圆 （制作芯片所用的衬底）上，形成纳米磁性薄膜。想确保所有原子完全“躺平”有多难？“相当于在青岛的大地上铺满5层厚的小米粒，且须完全平整，如果不平整，生产出来的芯片便无法保证质量。因此，检测薄膜的性质均匀度尤为关键。 ”张学莹告诉记者，产业级晶圆磁光克尔测量仪就是用于检测纳米磁性薄膜性质均匀性是否达标的高精度仪器，其检测速度和精度均优于国际水平。

芯片检测设备的应用贯穿于芯片制造全流程，是保障芯片制造工艺稳定、产品合格的关键。近日，产业级晶圆磁光克尔测量仪刚一上市，便有多家企业前往接洽。近年来，致真精密仪器还相继研发完成高精度磁滞回线测量仪、晶圆级磁场探针台、自旋芯片原理教学演示系统、微型MOKE磁性测量仪等多款高科技产品，并与清华大学、中国科学院物理研究所以及国内顶尖集成电路制造企业建立了密切的合作关系，开创了良好的市场前景。

“致真精密仪器将继续面向科研和产业界在高端科研仪器和集成电路装备方面的需求，进一步发挥产学研结合的优势，将知识转化为生产力，为国家科技的发展和产业的革新贡献‘芯’力量。 ”张学莹说道。

为“中国芯”贡献更多好设备

记者：研发芯片设备，想从事好这方面的科研工作，您认为最重要的是什么？需要具备哪些能力与精神？

张学莹：我认为最重要的是要持之以恒，不能浮躁。专注于一个领域，持续钻研，把技艺做精，做成行业顶尖。用传统的话来讲，需要具备“匠人精神”。另外，还需要团队协作，与芯片制造相关的设备都很复杂，需要光、电、机械和自动化、软件算法等方面的工程师、科研人员通力合作，方能完成，并不是靠一己之力便能成功的。

记者：您和团队将如何继续“芯”科技研发？有什么目标？

张学莹：未来先在磁性芯片测试领域，继续钻研、精益求精，在磁性芯片制造相关的设备方面达到世界领先，打出一面旗帜，锻炼好团队的素质和能力。然后，针对国家和市场需求，将业务逐渐扩大至通用的集成电路测试设备市场，为中国芯片制造行业的发展提供更多更好的设备。（观海新闻/青岛早报记者 杨博文）

责任编辑：郝媛媛