起初，投身科學(xué)研究的陳蓉也沒有想到，自己如今會(huì)與產(chǎn)業(yè)界發(fā)生如此不可分割的緊密聯(lián)系。

“在我們這個(gè)領(lǐng)域，從基礎(chǔ)研究到真正的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，至少要經(jīng)歷10到20年的時(shí)間，這是必須要走的路?！比A中科技大學(xué)教授陳蓉告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》?；貒?guó)12年來(lái)，她深耕微納制造基礎(chǔ)研究，努力在納米尺度上擦亮“中國(guó)創(chuàng)造”的品牌。

今年，陳蓉獲得第二十五屆求是杰出青年成果轉(zhuǎn)化獎(jiǎng)，她開創(chuàng)性地提出了選擇性原子層沉積方法，實(shí)現(xiàn)微納結(jié)構(gòu)上“一步法”對(duì)準(zhǔn)生長(zhǎng)介電材料，為多家高新技術(shù)企業(yè)提供原創(chuàng)新技術(shù)方案。她的諸多專利被國(guó)際領(lǐng)頭企業(yè)請(qǐng)求合作，一系列技術(shù)服務(wù)于國(guó)內(nèi)微電子、能源催化等行業(yè)。

走向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的10年

陳蓉最具代表性的成果之一——選擇性原子層沉積方法，是在提出大約10年后，應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)。

20年前在斯坦福大學(xué)讀博士時(shí)，陳蓉與導(dǎo)師開始探索原子層沉積方法，她們當(dāng)時(shí)的目標(biāo)也并非直接瞄準(zhǔn)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。

那段時(shí)間，芯片從65納米走向45納米的過(guò)程中引入了高介電薄膜材料應(yīng)用于前道工序，雖摒棄了二氧化硅的缺陷，但需要復(fù)雜的制備工藝。材料、成本和效率，仍是制約芯片發(fā)展的重大挑戰(zhàn)。

“當(dāng)芯片尺寸不斷縮小時(shí)，作為介電材料的二氧化硅不斷變薄，量子隧穿效應(yīng)越來(lái)越明顯，到了45nm必須引入高k柵介質(zhì)?！标惾鼗貞浀?，當(dāng)時(shí)科學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界都在嘗試各種辦法解決問(wèn)題。

與此同時(shí)，在芯片的先進(jìn)制程把芯片從大做小過(guò)程中，實(shí)際上是芯片晶體管柵極寬度由大變小，通常會(huì)采用自上而下、逐層制造的方法，但當(dāng)尺度到了十幾甚至幾納米時(shí)，出現(xiàn)一個(gè)極難克服的技術(shù)瓶頸——在層與層之間光刻對(duì)準(zhǔn)的精度降低，工藝產(chǎn)品良率較低。

對(duì)于材料的問(wèn)題，陳蓉與導(dǎo)師的“路子”是引入新材料，不過(guò)，“新”同時(shí)也意味著諸多不確定性。比如，在進(jìn)行“刻蝕”（半導(dǎo)體制造工藝中一種相當(dāng)重要的步驟）時(shí)，由于材料的變化，刻蝕的過(guò)程和效果都可能發(fā)生“意外”，原來(lái)的腐蝕性物質(zhì)如何改變也未可知。

經(jīng)過(guò)持續(xù)鉆研、深入研究，陳蓉在國(guó)際上首次提出正性和負(fù)性互補(bǔ)的自組裝分子模板，實(shí)現(xiàn)圖形結(jié)構(gòu)的自下而上沉積制造，通過(guò)選擇性沉積方法一步實(shí)現(xiàn)自對(duì)準(zhǔn)生長(zhǎng)，避免了復(fù)雜的高介電薄膜材料的刻蝕步驟，應(yīng)用于半導(dǎo)體增材制造工藝，提升場(chǎng)效應(yīng)管通道流動(dòng)特性、微機(jī)電系統(tǒng)海量存儲(chǔ)芯片長(zhǎng)效使用壽命。

“減少了過(guò)去多次反復(fù)光刻的步驟，可一次光刻定義的細(xì)微圖案化結(jié)構(gòu)，讓成千上萬(wàn)晶體管在特定位置處該聯(lián)通要聯(lián)通，該阻隔則阻隔?！标惾卣f(shuō)。

憑借該成果，陳蓉獲得美國(guó)半導(dǎo)體研究協(xié)會(huì)Simon Karecki青年科學(xué)家獎(jiǎng)，該成果發(fā)表在《先進(jìn)材料》等領(lǐng)域內(nèi)國(guó)際頂級(jí)期刊中，得到了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。

學(xué)術(shù)與產(chǎn)業(yè)需不斷對(duì)話

原子層沉積方法正式被產(chǎn)業(yè)關(guān)注，是在10年后的2011年，陳蓉回國(guó)加入了華中科技大學(xué)，一天，她收到了一封郵件，是企業(yè)向她爭(zhēng)取該專利的許可請(qǐng)求。陳蓉意識(shí)到，這在未來(lái)肯定是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)。

在華中科技大學(xué)，陳蓉帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)率先開展原子層沉積方法研究，在國(guó)外研究的自組裝分子模板輔助的區(qū)域選擇性沉積制造的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出表面能驅(qū)動(dòng)的區(qū)域“自定位”生長(zhǎng)機(jī)制，提升了三維納米結(jié)構(gòu)在指定區(qū)域堆疊生長(zhǎng)的精度和可控性，該成果填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，受到三星、臺(tái)積電、東電等半導(dǎo)體行業(yè)研究人員高度評(píng)價(jià)和跟蹤研究，成為國(guó)際領(lǐng)先。

基于基礎(chǔ)研究成果，陳蓉團(tuán)隊(duì)研發(fā)了原子精度沉積制造工藝技術(shù)和配套裝備，突破了大比表面積微納顆粒和大尺寸柔性基底表面的批量化和快速制造裝備，并具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。在行業(yè)龍頭企業(yè)取得應(yīng)用。

今天，面對(duì)行業(yè)和企業(yè)提出的難題，陳蓉應(yīng)對(duì)時(shí)已頗為成熟。然而，最初，她也走過(guò)不少?gòu)澛贰?/p>

“事實(shí)上，雙方的目標(biāo)和話語(yǔ)體系并不同，都需要有一個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程?！标惾匾栽訉映练e方法為例講到，一開始，陳蓉在引入新材料時(shí)，關(guān)注材料的環(huán)境友好性，可減少生產(chǎn)過(guò)程中的損耗，對(duì)于科研而言，這是創(chuàng)新，“這確實(shí)很重要，但對(duì)產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，它當(dāng)下最為急需的是降本增效”。

為減少“無(wú)疾而終”的合作，陳蓉非常樂(lè)意與產(chǎn)業(yè)界交流，她把科技成果轉(zhuǎn)化技術(shù)放在了華中科技大學(xué)無(wú)錫研究院，在她看來(lái)，這使得他們提供科學(xué)技術(shù)服務(wù)的同時(shí)，更得到了學(xué)習(xí)，“企業(yè)使用這個(gè)平臺(tái)，肯定希望發(fā)展未來(lái)的產(chǎn)品，我們也更加理解他們關(guān)注什么樣的技術(shù)指標(biāo)，幫助我們迭代方法、改進(jìn)研究?！?/p>

扎根科研與產(chǎn)業(yè)一線多年，陳蓉更愿意稱自己的工作為應(yīng)用基礎(chǔ)研究，這類研究需要長(zhǎng)期積累。

陳蓉常給學(xué)生舉例，“當(dāng)前光刻機(jī)所用的卡爾·蔡司鏡頭，在100多年前，卡爾·蔡司開始專注于研發(fā)鏡頭體系，那時(shí)我們還處在清朝，他們有著長(zhǎng)期的研發(fā)積累，才有了今天?！?/p>

在她看來(lái)，科研成果轉(zhuǎn)化需要耐心，大學(xué)教授突然要解決產(chǎn)業(yè)里特別急迫的問(wèn)題，并不現(xiàn)實(shí)，他們的優(yōu)勢(shì)更多是在從0到1的基礎(chǔ)研究上，這需要長(zhǎng)時(shí)間的科研積累才能有所用，但一旦應(yīng)用了，就或許成為“規(guī)則改變者”。

來(lái)自斯坦福大學(xué)的熏陶

陳蓉選擇貼近產(chǎn)業(yè)的研究方向，來(lái)自一次沒有征兆的“心動(dòng)”。

在斯坦福大學(xué)讀博士的第一學(xué)期，學(xué)校允許學(xué)生有3次換研究組的機(jī)會(huì)，可以在3個(gè)完全不同的研究方向和風(fēng)格中尋找自己最感興趣的。陳蓉首先選擇的是基礎(chǔ)研究課題組，第二個(gè)則是偏向應(yīng)用的。

“那時(shí)，我覺得，如果我能看到自己的研究最終被用在了產(chǎn)品里，或是被別人了解，我會(huì)很有成就感?！边@也是第一次，陳蓉感受到科學(xué)研究帶來(lái)的幸福。最終，她選擇了Bent教授課題組，也經(jīng)歷了Bent教授從拿到tenure到現(xiàn)在成為美國(guó)工程院院士，斯坦福大學(xué)副教務(wù)長(zhǎng)。

“老師很愿意與企業(yè)打交道，斯坦福大學(xué)也比較'接地氣’，通過(guò)一些體制機(jī)制推動(dòng)科研成果產(chǎn)業(yè)化?！标惾卣f(shuō)，她起初參與的就是來(lái)自美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金和半導(dǎo)體聯(lián)盟共同資助的項(xiàng)目，這讓她在與企業(yè)研發(fā)人員交流的時(shí)候，逐漸建立起了產(chǎn)業(yè)的意識(shí)，關(guān)心產(chǎn)業(yè)端最具挑戰(zhàn)性的難題是什么，基礎(chǔ)研究還需如何突破等。

回國(guó)12年來(lái)，陳蓉深深感到，近年來(lái)，我國(guó)的產(chǎn)業(yè)步伐走得很快，已經(jīng)進(jìn)入了無(wú)人區(qū)，必須要依靠自主研發(fā)了。自主研發(fā)需要產(chǎn)學(xué)研的共同努力，陳蓉非常認(rèn)同國(guó)家提出的“有組織的科研”組織模式。

“尤其在應(yīng)用基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，要把'我擅長(zhǎng)的’'我想做的’與國(guó)家需要的聯(lián)系在一起。”陳蓉說(shuō)，一方面科研人員覺得重要，而產(chǎn)業(yè)覺得不重要；另一方面，企業(yè)通過(guò)看論文研發(fā)新技術(shù)，結(jié)果未必如愿，這些都會(huì)致使成果轉(zhuǎn)化效率低?！皣?guó)際上成熟的做法是在更早期，甚至在項(xiàng)目規(guī)劃時(shí)，雙方就共同參與進(jìn)來(lái)，由企業(yè)或是產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟牽頭，產(chǎn)學(xué)研合作將更加緊密，提高成果轉(zhuǎn)化效率?！?/p>

作為選擇性原子層沉積方法的最早提出者，陳蓉除了繼續(xù)攻克難題外，還正加緊組織國(guó)際會(huì)議、建立國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，“由我國(guó)主導(dǎo)制定標(biāo)準(zhǔn)，將大大提升我國(guó)原子層沉積領(lǐng)域的話語(yǔ)權(quán)和影響力?！?/p>

陳蓉（左一）和團(tuán)隊(duì)成員（受訪者供圖）

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陳蓉正在做實(shí)驗(yàn)（受訪者供圖）