第457期 | 全球首台 ppm 级精度秒级响应！鉴知多组分分析仪破解半导体特气杂质监控难题

本期话题：

00:30从公安禁毒到海关稽查：拉曼光谱如何构建立体防控网络？

07:50围绕复杂应用场景打造差异化光谱解决方案：在攻坚中践行技术责任

17:45打造百万级精度的核心设备，推动行业走向智能化闭环

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从公安禁毒到海关稽查：

拉曼光谱技术如何构建立体防控网络？

幻实（主播）：

欢迎大家收听芯片揭秘，我是主播幻实。今天我邀请到了一家以光谱检测技术为核心的专业公司——北京鉴知技术有限公司（以下简称：鉴知技术），现在坐在我旁边的就是鉴知技术的总工程师张建红博士，我听说张博士是在德国慕尼黑大学读的博士，目前在国内从事光谱技术的研究。据我了解，这项技术并不容易，所以我今天很荣幸能够向您请教。

鉴知技术总工程师 张建红 做客芯片揭秘

张建红（嘉宾）：

请教谈不上，我也是来探讨、学习的。

幻实（主播）：

张博士，您能否给我们简单地科普一下光谱技术是一个什么样的技术？它在检测时有什么样的差异化优势？相较于其他的检测手段，它的特点是什么？

张建红（嘉宾）：

光谱技术的应用范围非常广，我们主要将其用于检测物质的成分。就像上班打卡的设备可以通过指纹调取你的个人信息，光谱仪器可以提取未知物的光谱特征，识别其中物质的成分。目前这种仪器在公安、海关等行业的应用最多，达几千套，主要用途是检查毒品、爆炸物、危化品、违禁品等，因为从直观上看，它们与一些药片、粉末等无异，但各自的光谱却差异很大。

幻实（主播）：

任何物质都可以用光谱仪检测吗？

张建红（嘉宾）：

大多数有分子结构的物质都可以检测。就像指纹识别一样，比如公安局采集了人们的指纹，此时，我们读取到一枚指纹后，就可以在指纹库里找出对应的人员信息。我们的产品也是同理，我们事先会把物质的光谱录入存储。目前我们已经存有将近2万种物质的光谱了，涵盖了绝大多数的物质。

幻实（主播）：

你们是通过什么方式拿到这2万种物质的“身份证”的？

张建红（嘉宾）：

这是一个长期的过程，我们从2007年就开始做拉曼光谱的研究，是在国内起步最早的公司之一，所以这个数据库也是经过了长时间的不断积累，才到达如今的体量。

幻实（主播）：

您能否解释一下拉曼光谱技术是一项怎样的技术？

张建红（嘉宾）：

拉曼光谱技术是光谱检测手段中的一种。实际上，我们公司同时在使用多种光谱技术，并会针对不同应用需求选择哪种更合适。而拉曼光谱是目前被使用最多的，它曾经获得过诺贝尔奖，所以大家对这项技术的科学性和准确性也比较认可。

RS2000LAB便携式拉曼光谱仪（图源：鉴知技术公众号）

幻实（主播）：

我们知道，除了光谱，还有色谱、X光等检测手段。相比之下，光谱具有哪些优势？它是否可以替代色谱等方法？

张建红（嘉宾）：

我个人觉得，技术无所谓好和坏，每种技术，比如X射线、色谱、质谱、光谱等，都在各自擅长的场景下是最好的技术。所以我们要做的其实就是为我们专注的光谱技术在它适合的领域里满足应用需求并优化用户体验。

幻实（主播）：

光谱技术使用起来的便携度怎么样？成本高不高？对使用场景有什么要求？

张建红（嘉宾）：

从技术原理本身来讲，因为光谱检测基本不需要什么耗材，所以比如在公安禁毒的场景中，我们提供的产品只有手机大小，对准检测品一照即可快速得出结果，通常来说只需秒级的时间。而且我们一直从应用的需求角度出发，把复杂的操作转化成傻瓜式的，所以用户要做往往只有按个按钮而已。

幻实（主播）：

我前两天刷了一个海外的电影，讲的是一群空姐为了走私货物，把金子融化制成了费列罗巧克力的包装，企图入境逃避关税。但了解了这项技术后我发现，其实做成什么形状都没有用。

《空中乘务员》剧照，电影中空姐把黄金制成巧克力形状进行走私

张建红（嘉宾）：

其实这些伪装都是有检测方法识别出来的。我们真遇到过这种事，当时是在海关有人过关寄送快递，他申报的物品是一些玻璃饰品等，在现场从直观上看只是一些细小的玻璃颗粒，但是经光谱仪一测，发现其中绝大多数物品都是钻石。

幻实（主播）：

那海关引入了这项手段之后，基本上很难有人能逃过它的法眼了。目前，在海关和机场是否都已经普及这个技术了？

张建红（嘉宾）：

我们的设备基本已经遍布这些场景。

围绕复杂应用场景打造差异化光谱解决方案：

在攻坚中践行技术责任

幻实（主播）：

张博士，你们目前的主要工作就是做这种手持光谱设备吗？

芯片揭秘 主播幻实（左） 对话

鉴知技术 总工程师 张建红（右）

张建红（嘉宾）：

这其实是我们在大概五年以前的主要工作方向。从2019年开始，我们的工作重心开始从查毒、查爆这些方向转到了更偏工业的方向。因为当时我们发现在很多工业用户的生产过程中都会进行周期性的取样，工厂的样本被送到实验室检测，这个过程比较复杂，需要耗费大量时间成本，且对工作人员要求较高。我们认为在线光谱在这方面是有用武之地的，所以我们现在的重心在向这个方面倾斜。目前，国内很多龙头企业都已经在使用我们的产品了。

幻实（主播）：

你们要把产品做成傻瓜式的吗？不需要对检测人员要求过高？

张建红（嘉宾）：

是的，用户只需完成开关机和结果读取两项操作。检测结果也非常直观，比如说用户只关注A、B、C三种物质的含量，设备就会直接显示它们的具体数值。

幻实（主播）：

我马上想到了一个场景，打假。比如买镯子、玉石的时候经常会遇到假冒商品，其实用光谱仪一测，它的真假就很清楚了。

张建红（嘉宾）：

没错，通过谱仪的方式是能知道它的真假的，我们的设备之前在古玩城等地就有被使用。我们还探索过这个方向的更多应用，但后来发现这个路不太好走，因为大家买古玩还会关注它的成色，品相等——一个镯子可能值几十块钱，也可能值几万块钱，在这个方面，光谱仪就很难有作用了，因为它只能判断这是真品还是仿品。

幻实（主播）：

光谱仪作为精密仪器，对于非科研场景下的用户是否会价格过高？

张建红（嘉宾）：

从仪器本身来讲，在不同的场景下，它所需的性能和功能差异显著，所以我们的产品价格跨度较大，根据不同的应用需求，价格从几万元到上百万元不等。

RS1500手持式物质识别仪进行微区成像（图源：鉴知技术公众号）

幻实（主播）：

你们最贵、最高端的设备在性能上能做到什么程度？

张建红（嘉宾）：

有一款测量气体的设备，向内通入气体后，很快便能测出其中的组分。相较于固体和液体，气体的密度最低，对其进行光谱检测的难度最高。我们克服了这个核心问题，使设备的精度达到百万分之一，做到了世界前列的水平。

幻实（主播）：

那这台设备可以对气体进行纯度标准非常高的评估了？

张建红（嘉宾）：

是的，气体生产中的杂质含量通常极低，很多厂家便用我们的高精度设备来监测气体中的杂质。

幻实（主播）：

半导体行业里也经常强调纯度问题，杂质的含量与成分都要有所控制。

张建红（嘉宾）：

是的，半导体行业对纯度的要求非常高，有的能达到百万、千万级。客观地讲，我们在这方面的能力已经到达“天花板”了。

幻实（主播）：

你们是在国内还是全球的这个领域达到了顶尖水平？

张建红（嘉宾）：

我们的拉曼光谱仪在全球气体成分检测领域处在“天花板”，我们的精度应该比国外的许多公司更高。

幻实（主播）：

我以为这个领域我们国内是比较落后的，没想到根本不是，我觉得这值得放声宣传出来。

张建红（嘉宾）：

在不同的行业或运用方向上，国内外的强项不同。我记得在2011年左右，我们刚研发出便携式的光谱设备，产品有小手提箱大小，重量接近十公斤。但是那时国外已经有了一公斤左右的手持式的设备，使用体验完全不同。经过几年以后，我们在核心技术方面已经攻关成功。所以就拿手持设备来讲，现在我们的产品只有400多克，仅手机大小，应该是全球最小的手持拉曼光谱设备之一。

RS500DI药品快速鉴别仪（图源：鉴知技术公众号）

幻实（主播）：

能实现全球最小的设备，您应该很有成就感，张博士，放眼未来，您觉得哪些市场的增长会更大，你们更关注哪些发展趋势及应用方向？

张建红（嘉宾）：

就我的经验来说，光谱从原理上讲能做的事非常多，但牵涉到某一个细分的需求时，可能又会多出一些难点。比如在锂电池电解液添加剂的测量中，我们发现其中的成分种类繁多且干扰严重，而且它的生产过程处于高温高压环境，还含有氟化氢等强腐蚀性、剧毒的物质，所以客户原本只能依靠经验判断化合物的反应进度。我们当时的目标便是为他们提供一个监测化学反应的途径，难度非常大。我们的总经理王红球亲自带领十几人的研发团队，在客户的生产基地开展了两三个月的封闭攻关，最后才把这个特定的问题解决。到现在为止，在锂电池的添加剂检测方面，我们还是全球唯一解决方案的供应商。

幻实（主播）：

所以很多时候市场是试出来的，并不是一个想象好的空间。

张建红（嘉宾）：

国内做拉曼光谱的公司至少有十余家，所以那些常规的问题大家应该都有能力妥善解决。但是，一些特定场景下的具体问题是更难且更有意义的，我认为这恰恰是有担当的企业能够做的事，也是我们将来一个重要的发力点。

幻实（主播）：

我觉得您带来的能量特别积极，有种不惧困难的冲劲，而不是叫苦行业内卷，抱怨赚不到钱。

张建红（嘉宾）：

这可能是清华人的一个特点吧，不过，因为这个行业确实内卷不断，所以我们才需要找到自己的竞争优势。

打造百万级精度的核心设备

推动行业走向智能化闭环

幻实（主播）：

我们芯片揭秘有一个“国货我们来推”的环节，请您介绍一款产品以及它的卖点和竞争优势，以便我们在平台上做个宣传。

张建红（嘉宾）：

我想介绍我们这款多组分气体分析仪：当气体被通入设备中时，它可以将其中各个组分与含量测量出来。它最大的特点是测量的广度，我们测试了大约四五百种气体，除了惰性气体以外，其他气体都能测量，包括一些同位素气体，如氢气、氘气、氚气等，还包括各种氟化物，以及强腐蚀性的气体。

RS2600多组分气体分析仪（图源：鉴知技术）

幻实（主播）：

像三氟化硼等半导体常用的特气都包含在内？

张建红（嘉宾）：

是的，一方面是测试其中的杂质，另一方面，因为硼-10和硼-11两种同位素构成的三氟化硼用途有所不同，所以有的用户将仪器用作硼-10和硼-11丰度的检测。

幻实（主播）：

这款设备有对标海外的某一家公司吗？

张建红（嘉宾）：

据我了解，我们的产品目前应该还处于独一份的状态。

幻实（主播）：

半导体很多时候是有AMC污染的，就是有金属化合物在气体里污染了晶圆厂的空间，这是否也可以用你们的设备检测出来？

张建红（嘉宾）：

可以，它会把气体的各个组分都测出来。

幻实（主播）：

这样的话，生产方再去控制就可以有一些手段了。这个检测得出结果需要多久时间呢？

张建红（嘉宾）：

只需要秒级的等待时间。

幻实（主播）：

所以它可以做到实时在线监控？

张建红（嘉宾）：

是的，我们有的用户甚至通过这个及时的反馈来调节生产工艺——仪器在测量的同时，结果被反馈到中控系统，中控又根据结果改进相关的生产参数，形成了一个效率优化的闭环。

幻实（主播）：

这样复杂的产品售价要多高?

张建红（嘉宾）：

根据不同的应用场景以及不同的应用需求，我们的产品价格会有差别，如果要实现ppm级的精度，价位大致处于百万级。

幻实（主播）：

只需要百万级的价格，不需要千万级，那看来很多Fab厂还是买得起的。

张建红（嘉宾）：

此外，我们设备的另外一个优势在于，用户通常会有多个测试点位，由于我们设备的检测速度极快，单一设备便可以迅速转移，完成多点位测试。

RS2000-4多通道在线拉曼分析仪（图源：鉴知技术）

幻实（主播）：

那每次测试后设备需要进行清洗吗？

张建红（嘉宾）：

不需要清洗过程。当然，也有用户选择用氮气等气体进行冲洗，还有的就直接用新的气体通入设备，排出残留气体，具体操作方式非常灵活。

幻实（主播）：

最后我还想问，您作为技术专家回到国内的公司，研发这种高难度的技术，能否对我们行业内的工程师提出一些个人的呼吁或建议，给他们带来一些启发？

张建红（嘉宾）：

因为我们以前也是从做研究开始，逐渐地接触到用户，在不同的阶段做不同的事情，所以回首过去，确实也踩过不少的坑。就拿我们公司的企业文化里面非常关键的“创新”这个词来讲，我们以前做研究时往往是在实验室里觉得某些东西看起来很新颖，很有价值，但是回过头来会发现好多这样曾经自认为很有用的成果现在都还停留在实验阶段。后来，我们对创新这个词有了新的认识——我们的创新一定要立足于用户的需求，为他们解决问题。只有这样，我们才能为整个行业创造价值，并实现我们自身的价值。

幻实（主播）：

非常务实的洞见。今天与张博士交流，了解到了国内有鉴知技术这样的一家公司，始终坚守创新原则，并在全球领域打造出领先的产品，我认为很值得骄傲。我也很高兴能从您的身上汲取这种力量和精神，祝张博士您的研发取得新的突破，然后下次有了新产品，再来与我们再分享！

光谱检测，正在以意想不到的速度向产业链底部渗透。从传统的材料鉴定与实验室分析，拓展至生产过程控制、品质实时监测以及安全防控，其角色正在悄然从“验证者”变为“反馈器”和“决策支持系统”。

当今制造业正迈入极致精密的“材料工程”时代，检测能力的速度与精度往往成为创新的瓶颈。尤其在锂电、半导体、生物医药等对材料微观成分极端敏感的行业中，哪怕是亚ppm级的偏差都可能决定良率。为了支撑现代生产对“在线”“秒级”“无损”“自动”四个维度的刚需，越来越多国产厂商投入高端分析仪器市场，在被外资垄断已久的精密检测领域实现突破。未来，光谱检测将不只是发现问题，更要预警趋势、推动调控。在这一趋势下，具备深入场景理解能力、能够将复杂技术简化为稳定工具的企业，将构成行业演进的技术基石。

关于大咖谈芯

芯片揭秘是泛科技领域的产业服务平台，聚焦半导体、工业软件、智能汽车、材料装备、新能源等硬科技场景。大咖谈芯栏目2018年创立至今，连续7年以周更频率与300+科技企业合作，500+期音视频节目，累计播放量突破1000 万次，在喜马拉雅FM上的芯片类节目中排名第1，科技类节目中排名前10。

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采访 | 幻实 编辑 | 千宇 审核 | 幻实

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