他用一把“万能离子刀”，攻克异质晶圆材料量产难题

当一部高清电影的下载时间从几十秒压缩到几秒，当手机在复杂电磁环境中准确接收信号，当人工智能数据中心对高速光通信提出更高要求，支撑这些变化的，常常是一片普通人看不见的晶圆。

欧欣及其团队长期攻关的，正是支撑芯片发展的关键基础材料——异质晶圆。他们用一项被称为“万能离子刀”的技术，把不同材料的优势集成到一片晶圆上，为射频滤波器、光子芯片等关键器件提供材料支撑，并实现了在国内高端智能终端中的批量应用。

近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所二级研究员、硅基材料与集成器件实验室主任欧欣荣获2025年度上海市科学技术奖青年科技杰出贡献奖。

一把“离子刀”，

切开关键材料自主可控的新赛道

欧欣谈起异质晶圆，没有用复杂的技术语言，而是用了一个朴素的比喻：这有点像“半导体领域的杂交水稻”。

传统半导体器件多建立在硅晶圆之上。硅材料成熟、稳定，适合大规模制造。但随着人工智能、光通信、5G和6G移动通信等技术加速发展，许多新型器件对材料提出了新的要求。单一材料往往难以兼顾性能与制造能力。异质晶圆要做的，就是把硅的规模化制造优势，与新材料的特殊性能结合起来。

想要实现性能上的“强强联合”并不容易，不同材料有不同的“脾气”。欧欣说，把它们放在一起，会产生失配、缺陷、热膨胀差异等一系列问题。看似只是“拼”在一起，背后却是对材料界面、晶格匹配、缺陷控制等基础科学问题的长期研究。

“万能离子刀”由此成为关键。简单来说，它就像一把纳米尺度的刀，可以把几百纳米厚的高质量单晶薄膜从原来的晶圆上“削”下来，再通过晶圆键合等工艺，像贴膜一样转移到目标衬底上。

射频滤波器是该技术最典型的应用之一。欧欣把它比作手机通信中的“守门员”：在复杂电磁环境里，终端需要从大量信号中筛选出真正需要的频段，过滤掉干扰信号。异质晶圆能够更好地约束声波能量，为高频声表面波滤波器提供新的材料基础。

这也是“自主可控”四个字的分量所在。

过去高端射频滤波器及其关键材料、芯片技术较多依赖国外。欧欣团队在中国科学院上海微系统与信息技术研究所多年SOI技术积累的基础上，将研究从硅基拓展到“XOI”异质集成方向，材料更复杂，难度更高，也打开了更宽的应用空间。

瞄准量产线，

跨越成果转化的“工程化鸿沟”

从实验室样品到产业化产品，中间隔着一条并不容易跨越的鸿沟。欧欣对此感受很深。他说，科研做样品，往往追求“极致性能”；而产业做产品，追求的是“极致稳定性和一致性”。

这正是硬科技转化尤为艰难的部分。实验室里，做出一片高性能样品已属不易；而到了产线上，一片晶圆上可能承载近万颗芯片。每一颗的频率偏差都要控制在极小范围内，材料均匀性、寿命、稳定性、良率，任何一个环节都不能掉链子。

欧欣没有把这段路说得惊心动魄。“从最初实验室里的几台设备，到中试线，再到量产线，每天都在解决不同的困难和挑战”他说得很平实，“没有哪一个困难天然不可逾越，但前提是团队必须有坚定信念、过硬的技术、稳定的装备、严格的工艺控制和科学管理方式。”

产业化平台建设期间，他和团队曾经在产线上封闭80多天，完成了第一期晶圆产线建设。对外界来说，这也许只是一个数字；对团队来说，却意味着一条量产线经过图纸、设备、工艺、运行，一步步变成现实。硬科技成果转化，许多时候就是这样在无声的坚守中完成的。

“终端不会因为产品是国产的就降低标准。”欧欣对此有清醒的判断。要在市场中有足够的竞争力，不能只是“能用”，还要在性能、成本、供货能力和未来潜力上与国际产品同台抗衡，甚至显示出更大优势。团队围绕压电异质集成晶圆持续攻关，将相关器件工作频率从传统2GHz以下提升至6GHz以上，并进一步提出高声速衬底异质集成方案，为5G/6G通信向更高频段拓展提供关键材料支撑。

欧欣团队的研究和产业化成果已为数亿颗射频滤波芯片提供异质晶圆支撑，并在国内高端智能终端中实现批量应用。看到科研成果转化为产品并真正服务大众，欧欣坦言，那种成就感是无以言表的。

在这条异质晶圆的量产线上，基础研究、应用开发和成果转化的创新链条正逐渐形成闭环。欧欣坚定认为，越接近产业前沿，他越感到基础研究的重要。“没有基础，总是在跟跑或并跑，就很难领跑。”在他看来，产业需求会不断提出新的科学问题，基础研究则为下一轮突破积蓄力量。

学成报国，

在创新之城涵养未来的“科研根系”

欧欣的科研道路，与上海有着深厚的联系。他博士毕业于中国科学院上海微系统与信息技术研究所，后赴德国学习和工作。多年海外经历，让他看到国际前沿基础研究的深度。2015年前后，他决定回到熟悉的上海，继续推进异质集成方向的研究。

为什么回来？欧欣说，一方面是因为这里培养了他，另一方面，上海在科研平台、产业基础和人才资源上都有很强吸引力。更重要的是，在上海，基础研究、技术研发和产业化之间能够形成衔接。“感觉比较踏实。”他强调说。

如今，团队核心骨干中，许多人都是欧欣培养的博士生。从二十多岁进入课题组，到成长为三十岁出头的科研骨干，他们参与的不只是某一个实验环节，而是一条从材料、器件到产业应用的完整链条。欧欣有时白天在研发和工程化平台忙碌，晚上还会和学生讨论前沿物理问题。基础研究没有从这支团队中退场，而是不断为未来方向提供源头活水。

从上海出发，又回到上海；从一片晶圆起步，走向5G、6G和人工智能未来。欧欣把此次获奖看作一个阶段性节点，他说，异质集成技术“才刚刚开始”。欧欣目前正把目光投向新的方向——希望在光电融合领域继续突破，为3.2T及更高速率光芯片提供先进异质晶圆材料和器件技术支撑，让更多关键核心技术在自主创新中生长、突破、壮大。

作者：嘉源

来源：上海科技

编辑：沈天姣

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