世界首個(gè)集材料生長、器件制備、測試分析為一體的納米領(lǐng)域大科學(xué)裝置——納米真空互聯(lián)綜合實(shí)驗(yàn)站正在我國江蘇蘇州工業(yè)園區(qū)建設(shè)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)站相當(dāng)于在太空建設(shè)了一個(gè)全真空的納米器件研發(fā)平臺(tái)。
正在建設(shè)中的這個(gè)納米實(shí)驗(yàn)站是目前世界上最大的真空互聯(lián)科研裝置。其總體方案是:用總長近500米的超高真空管道,將上百臺(tái)用于材料生長、器件制備、測試分析的大型儀器設(shè)備互聯(lián),實(shí)現(xiàn)樣品在不同設(shè)備之間傳送時(shí)其表面不被氧化、沾污,不被外界大氣環(huán)境所破壞。中科院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員、納米真空互聯(lián)實(shí)驗(yàn)站常務(wù)副總指揮丁孫安說,實(shí)驗(yàn)站通過超高空間分辨、時(shí)間分辨、能量分辨、質(zhì)量分辨等的高端能力儀器設(shè)備,對物質(zhì)的“本征性質(zhì)”進(jìn)行研究,從而實(shí)現(xiàn)量子材料的設(shè)計(jì)、制備和表征,后摩爾時(shí)代器件加工和測試分析,同時(shí)開展新材料、新工藝、新結(jié)構(gòu)和新功能的開發(fā)和研究,以及形成第三代半導(dǎo)體工藝包。
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“這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置是在類似太空的全真空環(huán)境下的納米器件研發(fā)平臺(tái),相當(dāng)于把現(xiàn)有的加工設(shè)備統(tǒng)一搬到太空?!倍O安說。
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納米真空互聯(lián)實(shí)驗(yàn)站是依托中科院蘇州納米所,聯(lián)合清華大學(xué)薛其坤院士團(tuán)隊(duì)、中科院大連化學(xué)物理研究所包信和院士團(tuán)隊(duì)建設(shè)的。一期建設(shè)由中科院、江蘇省、蘇州市和蘇州工業(yè)園區(qū)共建,預(yù)計(jì)2018年建成,建設(shè)經(jīng)費(fèi)3.2億元。一期建成后將連接30多臺(tái)設(shè)備,形成100米的真空管道。整個(gè)實(shí)驗(yàn)站的總預(yù)算是15億元。
蘇州工業(yè)園區(qū)是全球納米領(lǐng)域具有代表性的八大產(chǎn)業(yè)區(qū)域之一。中科院納米所所長楊輝說,在此建設(shè)納米真空互聯(lián)實(shí)驗(yàn)站,是力圖通過真空條件下的互聯(lián)集成和若干重大項(xiàng)目驗(yàn)證,突破現(xiàn)有儀器設(shè)備的功能限制,實(shí)現(xiàn)材料制備、測試分析與微納加工工藝等方面協(xié)同效應(yīng),為科研和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供先進(jìn)的、開放性的平臺(tái)。
最終目標(biāo) 建500米超高真空管道
丁孫安指出,實(shí)驗(yàn)站力圖通過超高真空條件下的互聯(lián)集成和若干重大項(xiàng)目驗(yàn)證,突破現(xiàn)有儀器設(shè)備的功能限制,實(shí)現(xiàn)材料制備、測試分析與微納加工工藝等方面協(xié)同效應(yīng),為科研和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供先進(jìn)的開放平臺(tái)。
據(jù)介紹,納米真空互聯(lián)綜合實(shí)驗(yàn)站建設(shè)經(jīng)費(fèi)3.2億元,預(yù)計(jì)2018年建成。一期建成后將有100米真空管道,連接30多臺(tái)設(shè)備。
據(jù)丁孫安介紹,納米真空互聯(lián)實(shí)驗(yàn)站最終目標(biāo)是建成總長約500米的超高真空管道,將上百臺(tái)用于材料生長、器件制備、測試分析的大型儀器設(shè)備互聯(lián)一起,實(shí)現(xiàn)樣品在不同設(shè)備之間傳送時(shí)其表面不被氧化、沾污,不被外界大氣環(huán)境所破壞,總投資約15億元。
“未來電子元器件將發(fā)展到納米級,也就是納電子,器件尺寸越來越小,集成度越來越高,可以提高器件性能。但是那么小的器件以目前的工藝還有很多效應(yīng)無法解決,不能完成新型器件的制造。所以未來生產(chǎn)納米甚至以下級別的器件需要一種全新的技術(shù)路線?!倍O安說。
未來普通人也可使用更高端小巧的設(shè)備
“在納米科學(xué)技術(shù)研究中許多問題不能只靠一種手段解決,需要多種手段、多臺(tái)設(shè)備聯(lián)合解決。同一個(gè)材料樣品在不同設(shè)備之間轉(zhuǎn)換,暴露在空氣中,性能就會(huì)發(fā)生變化,納米真空互聯(lián)裝置把很多設(shè)備都集中在同一個(gè)平臺(tái)上,減少了很多影響器件的因素,并且能省去很多不必要的工藝環(huán)節(jié),從而節(jié)約成本,器件質(zhì)量也會(huì)大大提高?!倍O安說。
他表示,納米真空互聯(lián)實(shí)驗(yàn)站不僅可以開展硬件研制,也能開發(fā)新的工藝,超導(dǎo)器件、半導(dǎo)體器件等對表面敏感的材料器件都可以在這里制造,可實(shí)現(xiàn)量子材料的設(shè)計(jì)、制備,這樣就可以用于制造強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)??茖W(xué)家可以利用這套裝置,生產(chǎn)很多更智能化、更可靠、更小型的器件,可應(yīng)用于通訊、信息、人工智能等領(lǐng)域。由于降低了成本,未來普通人也可以使用更高端小巧的設(shè)備。
實(shí)驗(yàn)平臺(tái)將向全球科學(xué)家開放
實(shí)驗(yàn)站建成后將形成一個(gè)國際頂尖納米科技人才的聚集高地,對地方經(jīng)濟(jì)、科技具有很強(qiáng)的帶動(dòng)與輻射作用;實(shí)驗(yàn)站設(shè)備大多數(shù)需要自主研發(fā)和設(shè)計(jì)改造集成,可大大提升中國重大儀器設(shè)備的研制水平。
據(jù)介紹,實(shí)驗(yàn)站2014年開始建設(shè),目前一期進(jìn)展順利,已完成超高真空管道系統(tǒng)與樣品傳送的技術(shù)方案和招標(biāo)合同。專家說,納米真空互聯(lián)實(shí)驗(yàn)站將成為一個(gè)科技公共開放實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對提升納米科技創(chuàng)新能力,孕育和形成戰(zhàn)略性高技術(shù)產(chǎn)業(yè)具有重要作用。作為納米科技領(lǐng)域重要的前瞻性戰(zhàn)略布局,它利用全真空互聯(lián)的變革性技術(shù),解決未來納電子等新興產(chǎn)業(yè)中的關(guān)鍵技術(shù)問題,并面向“中國制造2025”的戰(zhàn)略需求,提升自主設(shè)計(jì)水平和系統(tǒng)集成能力。建成后,這個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)將向全球科學(xué)家開放。