微电子设备

在过去几十年中，微型化是微电子行业的重点发展方向。更小型的设备运行速度更快且具有更紧凑的系统。纳米技术和薄膜处理领域的进步已延伸到各种技术领域，包括光伏电池、温差电材料和微机电系统（MEMS）。这些材料和设备的热属性对于这类工程系统的持续发展至关重要。但是，这些系统存在与热传导有关的各种问题。为了更有效地解决这些问题，全面了解微型材料的热传导性质至关重要。今天小菲就给大家解说下，在阿林顿的得克萨斯大学，以微型热物理学实验室主任Ankur Jain博士为首的团队研究与微尺度热传导有关的各种话题。该实验室采用各种现代设备和仪器，其中就包括FLIR红外热像仪。三维集成电路中的散热Ankur Jain博士负责微型热物理实验室，在实验室里他和他的学生进行关于微尺度热传导、能量转换系统、半导体热管理、生物传热等相关话题的研究。三维集成电路（IC）中的热耗散是一大技术挑战，尽管在过去的十几年或二十年中进行了大量的研究，但这一技术的广泛应用仍然受到阻碍。因此，微型热物理学实验室的研究人员开展实验以测量三维集成电路的关键热特性，开发分析模型以了解三维集成电路中的热传导。测量温度场薄膜材料自诞生以来就一直是微电子技术的一个重要特征，为芯片提供多种功能。为了准确地了解薄膜的热性能，我们需要将热性能与沉积过程中不断变化的微观结构和形貌联系起来。这样，就可以研究诸如导电性、体积模量、厚度和界面热阻等属性。Ankur Jain博士称：“我们对微型器件上温度场随时间的变化尤其感兴趣，通过测量基质的热属性，我们尽力了解微尺度热传导的基本性质。”在电子元件中，热通常是主设备运行的不良副作用。因此，充分了解薄膜的瞬态热现象十分重要。Ankur Jain表示：“通过测量基质的热属性，我们尽力了解微尺度热传导的基本性质。”“通过了解热如何在微系统中流动，我们能够有效地将过热问题最小化。这有助于我们设计出微系统，并在材料选择方面作出更明智的决策。例如，我们已进行一项研究，旨在比较各种类型薄膜的热传导属性。”红外热像仪的应用为了测量微电子设备的温度，Ankur Jain博士的团队使用过各种技术，包括热电偶。这项技术存在的主要问题是热电偶仅能测量单点温度值。为了获得温度场的更全面直观的图像，Jain博士决定使用FLIR红外热像仪。FLIR A6703sc红外热像仪专为电子元件检测、医疗热成像、生产监控、非破坏性测试等应用而设计，完美适用于高速热事件和快速移动目标。短曝光时间使用户能够定格运动，获得精确的温度测量值。热像仪的图像输出可以通过调节窗口，将帧频提高至480帧/秒，并精确描述高速热事件的特征，从而确保在测试过程中不会遗漏关键数据。Ankur Jain表示：“我们感兴趣的设备中的热现象转瞬即逝，我们需要整个温度场的信息，而不是单点测量值，FLIR A6703sc在实验期间大有助益，为我们呈现受测设备非常精细的细节。”FLIR ResearchIR助力科研研发此外，Ankur Jain博士的团队一直将FLIR ResearchIR分析软件用于科研研发应用领域。ResearchIR是一款强大且简单易用的热分析软件，可实现热像仪系统的命令和控制、高速数据记录、实时或回放分析以及报告等。Ankur Jain道：“经证实，FLIR的ResearchIR软件非常实用，尤其是，它能够保存我们的热记录然后在数台电脑之间共享以供进一步分析”。“ResearchIR极大地增进了我们团队内以及我们团队与其他团队的协作，非常感谢菲力尔产品的支持！”

2007年12月19日，中科院微电子所微电子设备技术研究室成立，夏洋研究员担任研究室主任。研究室的主要研究方向包括新型集成电路制造与测试装备、新型太阳能电池制造技术和装备、高效率LED(发光二极管)制造技术和装备、MEMS(微机电系统)加工技术和装备及关键的射频功率源系统技术。　　凭借近30年的技术积累以及全体人员的努力，经过近5年时间的发展，研究室的研究成果占领国内IC(集成电路)领域新原理设备制高点，在国际上与现有技术生产厂商形成竞争态势，设备主要包括等离子体浸没注入机、原子层沉积设备、光学检测系统、射频电源等，当前研究室的产品已广泛用于国际国内涉及微电子、光电子、MEMS等领域的企业、高校及研究机构。　　近日，仪器信息网编辑特别采访了夏洋主任，请他谈了谈研究室在仪器设备研制、产业化方面的经验及我国科学仪器研制的政策支持情况。中科院微电子所微电子设备技术研究室主任夏洋研究员　　在仪器研制方面都有哪些经验?　　“5年前，当时微电子研究所里有三四个仪器研究团队，都是一个研究员带几个助手，大家各自为战，这样力量比较分散，于是我向所里建议把这些团队合并起来，所里对我们的建议很支持，希望我们能将微电子设备技术的研究做大、做强，在2007年末正式成立微电子设备技术研究室”，夏洋主任介绍说。　　(1)进行团队建设，坚持做好一件事　　“研究室成立后所里进行仪器研制的各项资源就集中起来，之后我们又购置研制仪器所需的各项装备、招聘所需的人才，这样我们的研究平台就形成一定的规模。起初我们只有30人左右，当时也不好招人，没人愿意来，缺乏相关专业的人才，现在随着我们科研能力的提升，以及国家对仪器行业投入的加大和重视，来自海外和国内的求职者都特别多，至今已形成了约150人的团队。”　　“在我们的团队中不仅有4名国家‘千人计划’人才，七八名‘百人计划’人才，还有十几名退休返聘人员，他们年龄最大的有70多岁。在管理机制方面，我们也不会墨守成规，在我们的团队中有人想创业，我们也允许他们一边做科研，一边组织团队成立公司。我们坚持唯才是用，只要是有用的人才，我们不会去限制他们发挥自己的才能，而是为他们提供机会更好地展示自己的能力。”　　(2)科研和生产两条腿走路，在资金和技术方面相互支撑　　资金短缺也是仪器研制当中常常面临的一个问题，很多项目研制出一台样机之后，由于没有后续资金支持，进行进一步的商品化开发，所以就被搁在实验室里，很难对国外仪器形成竞争，对我国的科研开发也难谈真正的贡献。　　夏洋主任介绍说：“研究室现在是科研和生产两条腿走路，这两部分工作在资金和技术上相互支撑。我们一边进行仪器研制，一边生产仪器进行销售，同时我们和企业也有一些合作项目。在销售方面我们现在还没有开始做太多的工作，客户主要集中在科研院所，每年销售收入在1000万至2000万元。”　　“现在我们研制第一台样机基本都是依靠国家资金的支持，第二台样机的研制经费就得靠自己来解决，做到第三台样机，我们就争取订货销售出去。目前我们已经形成了这样一个良好的工作局面。”　　(3)和企业合作是进行仪器研发的一个非常重要的方向　　“另外，仪器研发和企业合作是一个非常重要的方向，关起门来搞科研容易与社会需求脱节。而且仪器研制中硬件技术是一方面，方便用户操作使用，以及更好地解决实际应用问题，这是另一方面，之前已经有不少企业和我们合作，他们的思路和看问题的角度与我们不一样，对我们来说帮助很大”，夏洋主任谈到。　　“同企业的合作中存在的一个主要问题是，对于市场的变化，企业更多的是关注眼前，‘看单下菜’，难以做出长远的布局，这样在市场竞争中，很难抢占先机。所以在合作中，我们需要更多的沟通和理解。”　　“同时和企业合作，信任度以及利益分配机制也是一个的问题。解决这一问题的主要方式是双方在合作中要有诚意。一般在合作中，我们希望企业人员参与研发过程，并将相关的技术教给他们，同时项目交接后我们也派出团队去企业当中，进行后续跟进，帮助企业解决问题，这样既帮助企业培养人才，解决问题，同时对于防止我们自己的人才流失也很有帮助。在资金方面，对于企业来说他们会担心投资风险，所以目前我们的合作方式一般是先直接收取一部分资金用于研发，另外一部分资金从项目投产后的长远收益中获得。”　　(4)未来瞄准教学仪器市场　　对于研究室未来的研究规划，夏洋主任表示，“我们发现随着仪器自动化、智能化的提升，以及昂贵的价格，使学生的动手能力受到了很大的限制。所以我们希望能做一些教学仪器，这类仪器要很好的展示仪器原理和设计，操作性强，要能够更好地互动。进口仪器现在还没有关注这一领域，而且我们做这类仪器有成本优势，所以市场前景还是比较乐观。”　　国家对科学仪器研制的资金支持情况?　　谈到近年来国家对于科学仪器研制的资金支持情况，夏洋主任说到：“我国的科学仪器行业的发展从建国到改革开放逐渐发展到一个顶峰，后来逐渐稳定下来，从上个世纪九十年代开始，国家逐渐重视科学仪器的发展，现在经过多年的发展正在逐渐达到另一个峰值。”　　“1993年，在国家财政依然十分紧张的情况下，中科院就设立了仪器设备的专项资金。至2000年，共支持研制和改造科学仪器科研项目总数达400余项，支持经费总额约为1.5亿元。截止到2006年底，中科院科学仪器自主研制项目从最初的每年8项增长到每年40多项，累计总投入约3.7亿元，平均项目支持强度超过200万元。”　　“国家自然科学基金委(基金委)于1998年设立了科学仪器基础研究专项，当年一共资助了5个项目，总资助经费400万元。而到2011年，基金委科学仪器基础研究专项共资助55项，金额1.5亿元，并启动了国家重大科研仪器设备研制专项，首批重大科研仪器设备研制专项资助9项，金额5.7亿元。”　　“另外，科技部、财政部2011年首次启动‘国家重大科学仪器设备开发专项’。 重点支持具有市场推广前景的重大科学仪器设备开发，每年的支持金额达到数十亿元。”　　科学仪器研制还需要哪些方面的支持?　　国家对于科学仪器研制的资金支持，可以说是达到了前所未有的高度，那么在项目执行当中，还需要注意哪些问题呢?夏洋主任也谈了几点自己的看法。　　(1)选择具有研发实力的企业给予支持　　“现在我国提倡技术创新应以‘企业创新为主体’，国家重大科学仪器设备开发专项也优先支持科学仪器设备企业作为实施主体的项目。创新是一个研发的过程，需要企业有配套的研发人员及研发平台。中国的企业大部分没有成型的研发队伍，企业有生产能力，但研发能力不一定强，所以要确保项目的顺利完成，一定要对企业的综合研发实力，以及进行某类具体仪器研发的技术积累进行考核。”　　(2)国家整体政策要配套　　“另外，国家整体政策不配套也是一个问题，比如按照《科学研究和教学用品免征进口税收规定》，我们现在进口科研仪器整机是免税的，但进口零部件不免税，所以研发仪器的成本比整机要贵很多，这样是不利于促进科研院所的老师们进行仪器研制的。”　　(3)进行科学仪器研制平台建设　　“此外，我认为仪器研发一定要进行团队或平台建设才行，一方面仪器研发是多种技术的融合，需要的综合知识特别强，如物理、化学、材料、机械设计、自动控制、软件等，所以一定要注意合作和团队建设，一个人单独做很难完成。”　　“另外仪器的研制需要一代一代的坚持研究，在仪器研制过程当中，搭建出来的第一台仪器只要自己能用就已经很了不起 然后再通过不断改进，推出第二台样机，如果第三台能做成商业机型就已经很顺利，从开始研制到最后实现产业化，整个过程大概得三五年时间，甚至更长才行。现在许多老师，在仪器研制方面有好的想法，但是带着一批学生做了3年之后，学生毕业了，课题经费也没有了，这个项目就结束了，没有持续跟进。”　　“研制仪器需要不断的坚持，国外的许多仪器企业都有上百年的历史，其实从原始创新到实现商业化产品，一般也得10-20年的时间，然后再通过一代一代的积累和更新，仪器的性能越来越好。所以如果通过买仪器来做研究，我们在技术起步上至少比别人落后10-20年，很难实现超越。”　　“因此国家或许可以设置专门进行仪器研发的重点实验室，这样有一个固定的人员和研发平台，希望通过持续的研究能实现从原始创新，到研制出可用于科学研究的仪器，最后到实现规模化生产的仪器这一流程，而不是半途而废，这样我们的科学仪器事业才能逐渐发展起来。”　　采访编辑：秦丽娟

自2010年1月20日起至2010年11月29日，中国科学院微电子研究所共发布十四批仪器设备采购项目招标公告，其中已发布中标及成交结果公告的信息统计如下：包号仪器设备名称中标供应商名称中标金额第二批第1包等离子体喷涂实验系统廊桥实业（香港）有限公司$52.876万元第三批第1包 高分辨率场发射扫描电镜天美（中国）科学仪器有限公司$107.07万元第六批第1包等离子体增强化学气相沉积系统伯东企业（上海）有限公司$19.7万元第七批第2包涂胶显影机沈阳芯源微电子设备有限公司￥295万元第4包 步进光刻机上海微高精密机械工程有限公司￥398万元第5包光学轮廓仪维易科精密仪器国际贸易（上海）有限公司$11.2万元第6包电子束蒸发台爱韩华（无锡）电子有限公司￥165万元第8包全自动清洗机弘塑科技股份有限公司$63万元第9包 等离子去胶机Mattson Technology Inc$37.5万元第八批第1包信号分析仪安捷伦科技新加坡销售（私人）有限公司$12.15万第九批第1包 超低能离子注入机维利安精密仪器维修（上海）有限公司199万$第2包金属栅刻蚀机、氧化硅/氮化硅刻蚀机Lam Research International Sarl380万$第3包 化学机械研磨机汉民科技股份有限公司168万$第4包 单片清洗机、单片湿法腐蚀设备Lam Research International Sarl165万$第5包 单片清洗机盛美半导体设备（上海）有限公司44万$第十批第1包化学清洗线、蚀刻线、显影线、去膜线铨億机械股份有限公司$50.5万元第2包半自动曝光机上海欧托科国际贸易有限公司$42.52万元第3包机械钻孔机金富宝亚太有限公司$13.80万元第5包真空压膜机联策科技（股份）有限公司$40.251万元第6包封装基板等离子清洗机盈泰国际（集团）有限公司$13万元第7包精密压机博可机械（上海）有限公司$14.58万元第8包化铜线、镀铜线安美特（中国）化学有限公司上海青浦分公司￥280万元第十一批第1包半自动清洗机北京七星华创电子股份有限公司￥160万元第2包扩散炉系统北京七星华创电子股份有限公司￥405万元第3包多晶硅低压化学气相淀积系统镭社有限公司$45.05万元第4包膜厚仪Spectramax International Limited$31.80万元第6包多晶硅刻蚀机北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司￥1139.4942万元第十二批第1包矢量信号发生器微波技术有限公司$133080元第2包高性能示波器微波技术有限公司$177000元第3包芯片自动测试捆绑套件中科泛华测控技术有限公司$17万元第十三批第1包导电扫描探针显微镜系统德国布鲁克AXS有限公司$18.92万元第十四批第1包基于ARM Core的原型验证开发平台深圳市亿道电子技术有限公司$30万元第2包宽带数字示波器美国力科公司$98249.7元第3包193nm激光器Coherent Inc.$15.3万元　　采购人名称：中国科学院微电子研究所　　采购代理机构全称：东方国际招标有限责任公司　　项目联系人：窦志超　　联系电话：010-68725599-8447