铌酸鋰晶體(ti) ，集壓電、電光、聲光及非線性光學等多種獨特效應於(yu) 一身，是集成光電子技術核心基礎材料。近日，記者從(cong) 濟南大學了解到，由該校劉宏教授、孫德輝教授率領的山東(dong) 恒元半導體(ti) 科技有限公司-濟南大學聯合科研團隊，經過兩(liang) 年奮戰，率先研製出12英寸(直徑300毫米)的超大尺寸光學級铌酸鋰晶體(ti) 。這一重大突破——“12英寸光學級铌酸鋰晶體(ti) ”入選2024年度山東(dong) 省十大科技創新成果榜單。

　　大膽創新，曆時兩(liang) 年突破瓶頸

　　濟南大學科研團隊在8英寸铌酸鋰晶體(ti) 科研成果基礎上大膽創新，在世界上首次提出研發12英寸铌酸鋰晶體(ti) 生長技術的構想，並入選2022年濟南市“揭榜掛帥”重點項目。

　　項目啟動後，迎接科研團隊的是前所未有的困難。生產(chan) 設備和熱場的設計堪稱首道“天塹”。要實現12英寸铌酸鋰晶體(ti) 穩定生長，常規生長設備參數與(yu) 熱場架構遠遠無法滿足要求。孫德輝帶領學生整日泡在實驗室與(yu) 車間，反複模擬、測試、優(you) 化，最終打造出能夠適合超大尺寸铌酸鋰晶體(ti) 的生長設備，為(wei) 晶體(ti) 生長奠定硬件基礎。

　　然而，晶體(ti) 生長過程才是真正的“硬骨頭”。铌酸鋰晶體(ti) 生長宛如一場微觀世界的精細舞蹈，溫度稍有偏差、熱場梯度微小波動，或生長速率控製不當，都會(hui) 導致晶體(ti) 出現瑕疵甚至生長失敗。最初幾個(ge) 月，科研團隊遭遇數十次失敗，孫德輝不斷給大家加油鼓勁，“這些晶體(ti) 雖有缺陷，卻在‘告訴’我們(men) 問題所在，指明了改進方向”。

　　在12英寸铌酸鋰晶體(ti) 生長過程中，難題接踵而至。博士生韓文斌在實驗中連續出現幾個(ge) 異形晶體(ti) ，形似飛碟狀。“這樣形狀的晶體(ti) 對於(yu) 後期的加工極為(wei) 不利。”韓文斌說。他迅速將幾次實驗的參數提交孫德輝，孫德輝指出問題關(guan) 鍵：晶體(ti) 尺寸太大，越接近邊緣線速度越快，晶體(ti) 在邊緣結晶就成了奇特的“飛碟”模樣。與(yu) 此同時，團隊做理論計算的李陳哲通過計算機模擬，得出相應理論結果。隨後，他們(men) 依據分析調整晶體(ti) 生長參數，成功解決(jue) 了難題。

　　一波未平一波又起，晶體(ti) 尺寸大、重量高又引發“新危機”。好不容易生長的晶體(ti) ，在得到晶體(ti) 前的降溫冷卻階段，籽晶斷裂墜落，這讓大家心疼不已。韓文斌和團隊成員們(men) 立刻深入分析原因，發現是下種孔道溫度低，溫度下降太快導致應力不均所致。他們(men) 迅速采取措施，增加這個(ge) 部位的保溫，精心改進降溫參數，經過多次嚐試，最終成功取出完整的12英寸晶體(ti) 。

　　為(wei) 未來光子產(chan) 業(ye) 發展做好技術儲(chu) 備

　　光子芯片以速度快、能耗低、性能穩優(you) 勢，成為(wei) 科學界和產(chan) 業(ye) 界矚目的焦點，而大尺寸铌酸鋰晶體(ti) 恰是光子芯片邁向產(chan) 業(ye) 化的關(guan) 鍵基石。孫德輝說：“晶體(ti) 尺寸越大，單位芯片成本越低，這是光子芯片大規模普及的經濟學根基。”科研團隊在此過程中持續發力，一方麵深入研究優(you) 化8英寸铌酸鋰晶體(ti) 產(chan) 業(ye) 化技術，提高良品率;另一方麵，搶占下一代晶圓材料的技術高地，率先突破12英寸铌酸鋰晶體(ti) 生長技術，為(wei) 未來光子產(chan) 業(ye) 發展做好技術儲(chu) 備。

　　12英寸铌酸鋰晶體(ti) 研製成功，不僅(jin) 彰顯濟南在光電子關(guan) 鍵材料製備技術上的世界領先地位，更帶動上下遊產(chan) 業(ye) 協同發展。

　　如今，铌酸鋰產(chan) 業(ye) 已經成為(wei) 山東(dong) 省、濟南市重點發展的產(chan) 業(ye) 方向。2024年，山東(dong) 省科學技術廳批複了山東(dong) 省铌酸鋰光電集成功能材料重點實驗室的籌建方案，由劉宏、孫德輝團隊依托濟南大學，聯合濟南市上下遊企業(ye) 濟南晶正電子科技有限公司、山東(dong) 恒元半導體(ti) 科技有限公司共同籌建，孫德輝擔任重點實驗室主任。

　　孫德輝表示，未來科研團隊將紮根省重點實驗室，向著更高性能材料、更先進製備工藝進發，培養(yang) 更多光電子領域專(zhuan) 業(ye) 人才，為(wei) 產(chan) 業(ye) 持續注入新鮮血液。