创新为魂 匠心铸梦访国家“千人计划”特聘专家、河南科技大学高纯材料研究中心主任王广欣教授

◎ 文/段佳佳

在这个炎炎夏日，经过再三约访，终于有机会走近这位谦谦学者——王广欣教授。

提起高纯材料，王广欣教授侃侃而谈，在他看来，高纯材料就是纯度很高、所含杂质常以百万分之几计算的材料，如制备半导体材料用的铝、铜、钴、钛、钽等金属必须要求达到99.999%以上的纯度。这些高纯金属主要用来制造高纯金属溅射靶材，是集成电路工艺所需的关键支撑材料，应用于各种功能薄膜的制备。随着技术的不断进步和产业的升级，集成电路产业对各种高纯金属材料及溅射靶材的需求量将越来越大，为高端有色金属材料产业的发展提供了机遇。

梦之源起——行走在高纯金属世界的科学家

王广欣教授长期活跃于新技术、新工艺、新材料的研发生产，在超高纯金属靶材、高纯电子材料等方面多有建树，是国际上高纯靶材方面少数掌握核心技术的华人专家之一。他是我国恢复高考制度后的第一批大学生，也是改革开放后的第一批公派留德研究生。硕士毕业于德国亚深工业大学，博士毕业于德国不莱梅大学，而后在德国GKSS研究中心做过5年的博士后。在浙江大学短期工作后，于1997年开始先后在美国霍尼韦尔（Honeywell）电子材料公司、奇美（Kemet）电子原件公司和威廉姆斯（Williams）先进材料公司工作，分别担任首席工程师、首席科学家等高级技术职务，主要从事高纯材料、材料表面工程等方向的研究。2015年5月，在德国、美国工作多年的他作为高端引进人才正式加盟河南科技大学。

回国后，王广欣教授一心想在新材料领域拓展一片属于自己的天空。他作为学术带头人，2015年5月负责组建了河南科技大学高纯材料研究中心，专门从事高纯材料、溅射靶材等先进电子功能材料研究与应用开发，并在很短的时间内在科学研究、人才培养和实验室建设等方面都取得了显著的成绩，使该校高纯材料学科方向的研发团队从无到有，从小到大，不仅具备了在该领域从事重要科学研究的能力，而且培养了一批高素质的人才。

该中心在科研队伍建设过程中，十分注重高水平人才的遴选和引进，有国家“千人计划”专家3人，其中包括外专千人计划专家Heinz-Rolf Stock和Akiyoshi Osaka教 授。经过仅仅3年多的发展，研究队伍从刚回国时的单枪匹马，发展到目前20多人的研发团队。中心立足于国家重点发展的有色金属新材料领域和电子信息领域，面向芯片、平板显示、特种合金等先进技术行业，经过3年多的发展，在整体规模、队伍建设、平台建设和科研水平等方面都取得了长足进步，产生了一大批重要的科技成果。

王广欣教授作为团队负责人，带领团队陆续承担了国家02专项支持的“超高纯Co金属材料产业化技术研发”等重大项目，建成河南省高纯材料及溅射靶材工程中心和河南省高端装备用高纯材料制备与应用技术创新引智基地，入选河南省创新型科技团队。组建时间虽短，但是他们每一步都走得格外扎实和有力。团队坚持把科研和地方经济社会需求相结合，在坚持原有研究特色和方向的基础上，不断追求和探索新的学科领域和研究方向，坚持研究工作的前沿性、创新性、系统性和深入性，现已成为综合实力较强的高纯材料研发机构之一。

梦之锻造——超高纯钴炼成“中国纯度”

高纯材料的纯度对集成电路的成品率、电性能和可靠性均有十分重要的影响。制造芯片必须采用纯度99.999%以上的高纯材料，国内极少有厂家能生产纯度达99.999%的高纯钴。在国际上，也只有美日等少数几个国家具备生产能力。这些国家的靶材企业从金属材料的高纯化制备到靶材制造生产具备了完备的技术垂直整合能力，控制着全球高端电子制造用靶材的主要市场。国内有色金属品种齐全，但关键新材料开发严重滞后于战略性新兴产业发展需求，有些高纯金属材料可以自主研发获得，如高纯铜、钛，虽然生产的量不是很大。但更多高纯金属材料需要进口。因此，迫切需要提升有色金属的高纯化、精细化深加工技术，实现材料的高附加值及高效利用。

高纯钴是制备光电器件、磁传感器和集成电路等元器件的重要材料。5N及以上的超高纯钴主要用来制造超大规模集成电路行业用溅射靶材，属国家战略性新材料。目前，限于技术原因，5N及以上的高纯钴需要大量进口。因而，开发具有自主知识产权的高纯钴制备技术尤为重要。之前，王广欣教授在美国霍尼韦尔工作时的第一次任务就是研究高纯钴，这给他留下了深刻的印象。虽然之前从未接触过，但他顶住了压力，在很短的时间内圆满完成了任务，这为他之后的研究打下了良好的基础。

“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”科技重大专项(简称“02专项”)是我国16个科技重大专项之一，旨在开发集成电路关键制造装备，掌握具有自主知识产权的成套先进工艺及相关新材料技术，打破我国高端集成电路制造装备与工艺完全依赖进口的状况，带动相关产业的技术提升和结构调整。2017年，王广欣教授千人专家团队联合宁波江丰电子材料有限公司、宁波创润有限公司申报的课题“集成电路靶材用超高纯金属材料产业化技术”成功获得02专项支持。王广欣团队承担其中的子课题“超高纯钴金属材料产业化技术研发”。王广欣教授带领团队自主研发攻关，通过超高纯钴金属材料提纯技术的研究与开发，确定了制备高纯钴的稳定生产工艺，形成超高纯材料与高端靶材一体化供应体系，打破了国外对超高纯钴及靶材制备技术和市场垄断，满足了我国高端制造业、战略性新兴产业创新发展的需求。正在建设的年产50吨高纯钴项目将满足12吋集成电路用靶材对超高纯钴的生产要求，替代进口后可大大降低生产成本。该项目拥有完全自主知识产权，将为延伸有色金属产业链提供核心技术支撑，带动我国新材料产业发展。

以王广欣教授为代表的海归团队凭着爱国的赤子之心在高纯领域炼成了中国纯度，助力了蓬勃向前的中国智造。

梦之基石——稳步践行关键材料国产化之路

我国电子信息产业呈现快速发展的良好态势，产业规模位列世界前列。2014年，我国电子信息产业产值超过14万亿元。与此同时，对溅射靶材这一具有高附加值的功能材料的需求逐年增加，而且对其技术指标的要求也在不断提升。据估计，2015年度高纯金属靶材市场规模达到8.5亿元。高纯金属靶材产业的发展壮大不仅能极大地带动我国上游传统有色金属材料产业结构升级，更能促进下游电子制造产业的技术进步和稳定快速发展。

洛阳金属钼资源十分丰富，是名副其实的 “中国钼都”。高熔点、高电导率、较好的耐腐蚀性以及良好的环保性能，使得钼和钼合金溅射可在各类基材上形成薄膜从而广泛应用于电子部件和电子产品。大尺寸高纯钼溅射靶材在TFT-LCD（薄膜晶体管液晶显示）大量使用，是钼行业的新兴、高端产品，市场前景十分广阔，但过去很长时间一直依赖进口。

王广欣教授团队与洛阳高新四丰电子材料有限公司开展产学研合作，开发了高纯钼及高纯钼合金靶材关键技术，生产的产品化学成分、物理性能、微观组织等性能均达到国外同类产品水平，纯度大于99.95%，致密度为99%以上，项目先后申请多项专利，拥有完全自主知识产权，达到国际先进水平。

高纯钼及钼合金靶材的研制成功，使河南省高纯钼靶材科研水平处于国内领先地位，打破了国外技术和产品在国内市场的垄断，满足了航空航天、冶金、化工、电子等行业发展的需要，为我国钼材料提纯、冶炼加工到高纯钼溅射靶材制造、平面显示器和薄膜太阳能产品制造的完整产业链奠定了基础。

铟是全球分布极不均衡的稀缺稀有金属，也是重要战略资源之一。我国是铟资源最丰富的国家，在世界铟储量的分布占比达62.5%，已探明储量占世界总储量的72.7%。由于铟的下游产业，特别是ITO靶材市场发展缓慢，致使我国的金属铟大量出口，而铟深加工产品——ITO靶材却高度依赖进口。ITO靶材制备几乎全由日韩垄断。据统计，全国范围内ITO靶材的市场需求量每年以20%的速度增长，我国在铟的深加工方面尚处于初级阶段，这就导致产业链上游的绝对资源优势不能有效发挥。为了实现ITO靶材的技术突破和产能瓶颈，以广西晶联光电材料有限责任公司为代表，近几年国内的一些企业纷纷加快了ITO靶材技术研发和引进。王广欣教授深知，迎接溅射靶材巨大产业化机遇，缩小国内外溅射靶材的差距，首先需在产品、工艺、应用上突破技术瓶颈。研制靶材，既要重视基础研究，也要重视应用研究。搭建专业研发平台，产学研开放合作，积极推进科技成果产业化，使得基础研究及应用研究取得双丰收。中心打破了跨国公司的市场垄断和技术封锁，填补了这种关键材料的国产化空白，广西晶联也成为唯一一家中资产业生产ITO靶材能用到平板显示行业的企业。加速钼靶材、ITO靶材项目的国产化，对于提升我国靶材产业总体技术水平有重大意义，还将带动精钼、精铟及其深加工产品在国内的消费能力，带动光电子工业、半导体工业、新能源工业等领域的发展。为实现关键战略材料国产化提供重要保障，助力中国新材料产业发展壮大。而这，正是王广欣教授一直执着努力的方向。

集成电路的核心载体是芯片，每颗集成电路芯片在使用前都需要封装测试。随着芯片集成度的不断提高，芯片封装的作用正变得越来越重要，它直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的印刷电路板的设计与制造，不仅起着安放、固定、密封、保护芯片的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁。芯片的封装技术种类多种多样，如DIP、QFP、TSOP等，近年来，新的封装方式——球栅阵列封装，简称BGA封装技术以其封装高可靠性、兼容性高以及更佳的电特性等优点在大规模集成电路的封装领域得到了广泛的应用。根据中国半导体行业协会统计，2017年我国集成电路产业销售额达到5411亿元，同比增长24.8%，其中BGA焊球需求量超过20亿元，且市场呈快速增长趋势。国内封装企业使用的BGA产品主要进口自日本、韩国。

为了解决这一困境，王广欣教授团队和上海锡喜材料科技有限公司开展了产学研合作，研发了基于射流不稳定原理的振动制球机、镜面对辊筛分机等核心设备，开发了熔炼——制球——冷却收集——筛分——抛光——清洗——除静电的整套工艺流程，成球率可达80%以上。开发了具有自主知识产权的BGA焊球生产系统，在自主研发设备基础上形成了BGA焊球生产工艺，项目技术总体达到国际先进水平。该技术已经在国内大封装企业得到广泛使用。

梦之起航——宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来

近30年来，王广欣教授没有停止攀登科学高峰的步伐，在高纯金属材料的基础理论与实际应用方面，通过不断探索和学术积累，王广欣和其领导的学术团队取得了一系列突破性进展。

王广欣教授十分重视科研成果向现实生产力的转化，重视新产品的研发及其产业化。他在美国工作期间，就已获得10项美国授权发明专利；回国后又申报了32项中国发明专利，其中22项已获得授权。另外，在国内外学术刊物发表了80余篇论文，大部分为SCI、EI收 录。他利用自己在高纯金属材料方面的领先技术与知识产权，按照“产、学、研”相结合的运作模式，已成功将高纯钴、高纯钼、高纯铟等材料研发出来并取得了实际应用，受到了合作单位的一致好评。

笔者在和王广欣教授交流的过程中，提起自己曾获得过的荣誉和奖项他都一带而过，但却对获奖科研项目的工作历程记忆深刻。他提到，令他最激动的不是闪光的奖杯，也不是站在国际讲台上作报告的时刻，而是一个个新成果诞生的瞬间，那是真正的永恒的属于他自己的东西。正如王广欣教授所说：“科学家的工作，就是要让全体百姓都能享受科技发展的成果。”

在王广欣教授的带领下，高纯金属材料取得一系列的技术突破，解决了我国几十年来的技术难题，打破了国外长期的技术封锁和产品垄断，也实现了中国拥有国产高纯材料的梦想。对于高纯金属材料的光辉明天，我们期待王广欣教授能给我们创造更多奇迹！