赵超:归国研发、站上讲台,为祖国点燃芯火

  • 文字/邵鲁闽 陈艳欣 (党委宣传部/新闻中心)
  • 创建于 2020-07-29
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编者按:

  如今,芯片成为国际视野的焦点,全球的半导体产业都在不断冲击物理极限的天花板,国外的技术封锁犹如隐形的蛛网始终缠绕和牵制着我国尖端芯片技术的发展,但国内却始终有一批优秀的半导体工作者在艰难摸索,负重前行,扛起中国芯片的大旗。小小芯片,始于创新,涨于沉淀。中国科学院微电子研究所(以下简称“微电子所”)研究员赵超带着20多年前沿科研经验,站在国科大微电子学院的讲台上,讲授集成电路领域的当下与未来。

 


  1965年,英特尔联合创始人戈登·摩尔预言,在一个集成电路上可容纳的晶体管数目和性能每隔一年便会增加一倍。作为一条“自证预言”,摩尔定律客观上在很长一段时间里促进了整个半导体行业的技术进步。

  从微米到亚微米,从世纪初的90纳米到今天的7纳米。更小的器件背后是更高的效率和更低的功耗。在不足指甲盖大小的空间里,上百亿个晶体管星罗棋布,被如同街道一般的导线连接在一起。

  没有人会质疑芯片在信息时代的重要性。微电子所所长叶甜春曾经说过:“如果说开创工业时代的驱动力来自蒸汽机,开创电气时代的驱动力是电力,那么信息时代发展的驱动力就是芯片。”

  细数国产芯片的发展历程,如一条长河奔涌流转,汇聚了无数科技工作者的梦想和努力,而赵超就是其中的一朵浪花。

一场二十分钟的谈话

  2009年,就职于欧洲微电子研发中心(IMEC)的赵超回上海参加一个会议,遇到了叶甜春,“当时他就拉着一个行李箱,从北京过来。我被他打动了。”赵超说。

  叶甜春告诉赵超,国家已经开始启动科技重大专项“极大规模集成电路制造技术及成套工艺”(简称02专项),希望有相关工作经验和科研背景的他能够加入。

  这一邀请在赵超的心中掀起了波澜,直觉告诉他这将是一片大有可为的新天地。作为一个在国外工作多年的华人,能够有机会回来参与民族振兴的实际工作,是一件非常光荣的事情。另一方面,国家对微电子产业的投入和重视正与日俱增,也为个人职业生涯的发展提供了空间。“当时和叶所谈了20分钟,就决定回来了。”赵超的话语中带着几分坚毅和果断。

  2010年岁初,赵超正式加入微电子所集成电路先导工艺研发中心,与北京大学、清华大学、复旦大学和中国科学院微系统所的项目组一道,开展了系统的联合攻关。

  虽有凌云壮志在胸,却也不能小觑眼前的挑战。时间紧迫,基础薄弱,资金紧张,一切从头开始,处处充满挑战。让赵超感到欣慰的是有一批志同道合的同事,从美国、欧洲、日本、韩国回到北京,聚拢在一起,与国内团队水乳交融,同心协力。研判国际主流技术路径、制定研发方案、招聘青年才俊、分析专利形势、确定设备选型、商务谈判、设备安装调试、工艺开发、集成流片……在两年多里,有太多太多的工作要做,有一个又一个难题要解决。巨大的压力,将赵超满头黑发染成了灰白。在最后打通研发线的那个时刻,望着示波器上晶体管的输出曲线,他不禁潸然泪下。

匆匆十年

  从2010年正式回国,如今已有10个年头。在这10年里,除了带领团队完成了多个重大专项项目和课题,赵超在个人科研上也取得了累累果实,包括120多篇学术论文,作为发明人获得的180多项授权发明专利,中科院杰出科研成就奖,北京市科技一等奖,电子学会技术发明一等奖等。

  在这10年里,围绕着集成电路,中美之间发生了一次又一次的博弈。2019年,中美芯片之争硝烟再起,中兴事件将芯片制造技术的重要性带入了公众的视野。之后,美方对中国大陆在芯片制造上的技术封锁层层升级。到2020年,台积电、中芯国际迫于压力不再为华为海思提供代工服务,国产芯片制造成为最迫切需要加强的阵地,设计软件、晶圆制造、封测、装备、材料……我们有太多的环节缺失。“如何实现突围,走出受制于人的窘境?”成为横梗在每一个中国微电子人面前的沉重话题。

  在这样的大背景下,看自己回国的决定,赵超感慨良多。“芯片领域将在很长时间内成为中美之间博弈的焦点。这会是一个长期的历史进程。在历史面前,个人的力量是微不足道的,但是,能把个人的工作融入这个大事业中,则是个人最大的荣幸。”

三个角色

  在中国芯片的发展史上,始终都有着中国科学院的身影。1958年,我国第一个半导体器件生产厂——“中国科学院109厂”,即今天的微电子所成立。时任中国科学院院长的郭沫若曾赞道:“有了109(厂),中国就(开始)有半导体事业了。”

  时至今日,赵超认为,在助推集成电路技术研发生产的进程中,微电子所应该扮演好三个角色。

  “在先导技术研发上,我们是整个战役中的‘侦察部队’。”赵超说,“换言之,就是为未来的先导技术研究探索路径,把可能遇到的问题和困难找出来,提出可能的解决方案,进行相关验证,为后续的大规模量产技术开发铺平道路。”

  在构筑知识产权高地的层面上,微电子所可以起到关键性作用。在过去的10年里,微电子所在高K金属栅和FinFETs相关领域中,无论是专利申请数量和质量,都与国际上最优秀的大型机构比肩。在研发工作中及时地把瓶颈问题的解决方案和对未来技术的预判转化为专利申请,可以为国家芯片制造企业提供火力掩护。

  第三个重要任务就是高端人才培养。在真刀真枪的技术研发中完成对研究生的教育和培养,是微电子所和微电子学院最能够发挥作用的地方。现在,他们每年培养出几百名硕士、博士,大量充实到华为等一线企业,为国家集成电路芯片产业的发展作出了重要贡献。

走上讲台

赵超在指导学生做实验

  在带领团队长期奋战在科研一线的同时,赵超也不忘将第一手的科研成果、最前沿的技术理念传授给学生。2019年,赵超作为国科大的特聘教授,正式入职微电子学院,站到了雁栖湖校区的讲台上。

  作为一线的科研工作者,他在集成电路工艺研究领域已工作了20多年,对于主流的CMOS工艺技术有着深入和全面的把握,积累了大量鲜活的经验,而这些都是国科大的学子们渴求的宝藏。2019年,他在微电子学院开设50多学时的“集成电路制造工艺与研究方法”课程,在雁栖湖的讲台上跟同学们分享自己多年的专业知识和科研经验,受到学生们的热烈欢迎。

  谈到对教师和教学工作的理解,赵超认为大学老师的授课需要有自己的教学风格、自己的教学材料,每年都要根据技术的演进,增加最新的教学内容。同时,应多讲研发工作中实战的案例,启发同学们的创造性思维。

  要学就学国际最前沿,要走就走到生产第一线。除了不断更新授课内容,他还组织研究生到先导中心,通过观摩完整的8英寸芯片生产线,让学生亲身感受工厂环境。

  微电子学院的2019级硕士研究生张浩宇反馈道,赵老师的这门课没有固定教材,学生复习时比较困难,不过课本上的东西可以自学,而老师讲的实际经验却无法从课本中学到,“这令我们获益良多”。

“今后多用自己的肩膀”

  2012年起,赵超陆续培养了20多名博士、硕士生,毕业成绩均为优秀,其中包括中国科学院百篇优秀博士论文奖和Springer Nature优秀博士论文奖获得者。而赵超作为研究生导师也曾先后获得朱李月华优秀教师奖、中国科学院优秀教师奖、中科院微电子所最受欢迎研究生导师等荣誉。他的学生绝大部分都奋斗在华为海思、长江存储、中芯国际等一线集成电路企业。

  谈到自己学生取得的成绩时,他滔滔不绝,如数家珍,自豪感溢于言表。但他却并不贪功,而是反复强调“学生的成就都是孩子们自己努力的结果”,“好学生是老师上辈子修来的福分”。

  在对研究生的培养工作上,赵超认为,“每个导师对学生培养都有自己的理念。我比较倾向于给他们更广阔的自由发展空间,只为他提供方向上的指导,从而调动学生的创造性。”启发学生把研究工作聚焦在实际工艺研究中亟待解决的痛点问题上,开展系统的相关基础理论研究。

  一直以来,赵超在培养研究生和青年科研骨干方面倾注了巨大热情。在微电子所先导工艺平台上,有许多来自企业一线的工程师。赵超在帮助他们实现从技术支撑人员向科研人员的转变上花费了巨大心血,只为培养出一批既有产业生产经验又懂科研的优秀人才。

  “目前,国家在集成电路领域的资金投入巨大,在研发方面也启动了多个科研计划,但在专业技术人才方面的巨大缺口是短时间内无法弥补的,需要作出长期艰苦努力。”他在自己的第一次课上充满热情地对学生们说,“在这个时间点加入国科大,我有强烈的紧迫感和责任感。今后,我将多用自己的肩膀,把你们作为攻城尖刀班送到城头上去。”

  

  本文原载于《国科大》杂志2020年第3期

 

责任编辑:余玉婷