創新為魂 匠心鑄夢訪國家“千人計劃”特聘專家、河南科技大學高純材料研究中心主任王廣欣教授

◎ 文/段佳佳

在這個炎炎夏日，經過再三約訪，終于有機會走近這位謙謙學者——王廣欣教授。

提起高純材料，王廣欣教授侃侃而談，在他看來，高純材料就是純度很高、所含雜質常以百萬分之幾計算的材料，如制備半導體材料用的鋁、銅、鈷、鈦、鉭等金屬必須要求達到99.999%以上的純度。這些高純金屬主要用來制造高純金屬濺射靶材，是集成電路工藝所需的關鍵支撐材料，應用于各種功能薄膜的制備。隨著技術的不斷進步和產業的升級，集成電路產業對各種高純金屬材料及濺射靶材的需求量將越來越大，為高端有色金屬材料產業的發展提供了機遇。

夢之源起——行走在高純金屬世界的科學家

王廣欣教授長期活躍于新技術、新工藝、新材料的研發生產，在超高純金屬靶材、高純電子材料等方面多有建樹，是國際上高純靶材方面少數掌握核心技術的華人專家之一。他是我國恢復高考制度后的第一批大學生，也是改革開放后的第一批公派留德研究生。碩士畢業于德國亞深工業大學，博士畢業于德國不萊梅大學，而后在德國GKSS研究中心做過5年的博士后。在浙江大學短期工作后，于1997年開始先后在美國霍尼韋爾（Honeywell）電子材料公司、奇美（Kemet）電子原件公司和威廉姆斯（Williams）先進材料公司工作，分別擔任首席工程師、首席科學家等高級技術職務，主要從事高純材料、材料表面工程等方向的研究。2015年5月，在德國、美國工作多年的他作為高端引進人才正式加盟河南科技大學。

回國后，王廣欣教授一心想在新材料領域拓展一片屬于自己的天空。他作為學術帶頭人，2015年5月負責組建了河南科技大學高純材料研究中心，專門從事高純材料、濺射靶材等先進電子功能材料研究與應用開發，并在很短的時間內在科學研究、人才培養和實驗室建設等方面都取得了顯著的成績，使該校高純材料學科方向的研發團隊從無到有，從小到大，不僅具備了在該領域從事重要科學研究的能力，而且培養了一批高素質的人才。

該中心在科研隊伍建設過程中，十分注重高水平人才的遴選和引進，有國家“千人計劃”專家3人，其中包括外專千人計劃專家Heinz-Rolf Stock和Akiyoshi Osaka教 授。經過僅僅3年多的發展，研究隊伍從剛回國時的單槍匹馬，發展到目前20多人的研發團隊。中心立足于國家重點發展的有色金屬新材料領域和電子信息領域，面向芯片、平板顯示、特種合金等先進技術行業，經過3年多的發展，在整體規模、隊伍建設、平臺建設和科研水平等方面都取得了長足進步，產生了一大批重要的科技成果。

王廣欣教授作為團隊負責人，帶領團隊陸續承擔了國家02專項支持的“超高純Co金屬材料產業化技術研發”等重大項目，建成河南省高純材料及濺射靶材工程中心和河南省高端裝備用高純材料制備與應用技術創新引智基地，入選河南省創新型科技團隊。組建時間雖短，但是他們每一步都走得格外扎實和有力。團隊堅持把科研和地方經濟社會需求相結合，在堅持原有研究特色和方向的基礎上，不斷追求和探索新的學科領域和研究方向，堅持研究工作的前沿性、創新性、系統性和深入性，現已成為綜合實力較強的高純材料研發機構之一。

夢之鍛造——超高純鈷煉成“中國純度”

高純材料的純度對集成電路的成品率、電性能和可靠性均有十分重要的影響。制造芯片必須采用純度99.999%以上的高純材料，國內極少有廠家能生產純度達99.999%的高純鈷。在國際上，也只有美日等少數幾個國家具備生產能力。這些國家的靶材企業從金屬材料的高純化制備到靶材制造生產具備了完備的技術垂直整合能力，控制著全球高端電子制造用靶材的主要市場。國內有色金屬品種齊全，但關鍵新材料開發嚴重滯后于戰略性新興產業發展需求，有些高純金屬材料可以自主研發獲得，如高純銅、鈦，雖然生產的量不是很大。但更多高純金屬材料需要進口。因此，迫切需要提升有色金屬的高純化、精細化深加工技術，實現材料的高附加值及高效利用。

高純鈷是制備光電器件、磁傳感器和集成電路等元器件的重要材料。5N及以上的超高純鈷主要用來制造超大規模集成電路行業用濺射靶材，屬國家戰略性新材料。目前，限于技術原因，5N及以上的高純鈷需要大量進口。因而，開發具有自主知識產權的高純鈷制備技術尤為重要。之前，王廣欣教授在美國霍尼韋爾工作時的第一次任務就是研究高純鈷，這給他留下了深刻的印象。雖然之前從未接觸過，但他頂住了壓力，在很短的時間內圓滿完成了任務，這為他之后的研究打下了良好的基礎。

“極大規模集成電路制造裝備及成套工藝”科技重大專項(簡稱“02專項”)是我國16個科技重大專項之一，旨在開發集成電路關鍵制造裝備，掌握具有自主知識產權的成套先進工藝及相關新材料技術，打破我國高端集成電路制造裝備與工藝完全依賴進口的狀況，帶動相關產業的技術提升和結構調整。2017年，王廣欣教授千人專家團隊聯合寧波江豐電子材料有限公司、寧波創潤有限公司申報的課題“集成電路靶材用超高純金屬材料產業化技術”成功獲得02專項支持。王廣欣團隊承擔其中的子課題“超高純鈷金屬材料產業化技術研發”。王廣欣教授帶領團隊自主研發攻關，通過超高純鈷金屬材料提純技術的研究與開發，確定了制備高純鈷的穩定生產工藝，形成超高純材料與高端靶材一體化供應體系，打破了國外對超高純鈷及靶材制備技術和市場壟斷，滿足了我國高端制造業、戰略性新興產業創新發展的需求。正在建設的年產50噸高純鈷項目將滿足12吋集成電路用靶材對超高純鈷的生產要求，替代進口后可大大降低生產成本。該項目擁有完全自主知識產權，將為延伸有色金屬產業鏈提供核心技術支撐，帶動我國新材料產業發展。

以王廣欣教授為代表的海歸團隊憑著愛國的赤子之心在高純領域煉成了中國純度，助力了蓬勃向前的中國智造。

夢之基石——穩步踐行關鍵材料國產化之路

我國電子信息產業呈現快速發展的良好態勢，產業規模位列世界前列。2014年，我國電子信息產業產值超過14萬億元。與此同時，對濺射靶材這一具有高附加值的功能材料的需求逐年增加，而且對其技術指標的要求也在不斷提升。據估計，2015年度高純金屬靶材市場規模達到8.5億元。高純金屬靶材產業的發展壯大不僅能極大地帶動我國上游傳統有色金屬材料產業結構升級，更能促進下游電子制造產業的技術進步和穩定快速發展。

洛陽金屬鉬資源十分豐富，是名副其實的 “中國鉬都”。高熔點、高電導率、較好的耐腐蝕性以及良好的環保性能，使得鉬和鉬合金濺射可在各類基材上形成薄膜從而廣泛應用于電子部件和電子產品。大尺寸高純鉬濺射靶材在TFT-LCD（薄膜晶體管液晶顯示）大量使用，是鉬行業的新興、高端產品，市場前景十分廣闊，但過去很長時間一直依賴進口。

王廣欣教授團隊與洛陽高新四豐電子材料有限公司開展產學研合作，開發了高純鉬及高純鉬合金靶材關鍵技術，生產的產品化學成分、物理性能、微觀組織等性能均達到國外同類產品水平，純度大于99.95%，致密度為99%以上，項目先后申請多項專利，擁有完全自主知識產權，達到國際先進水平。

高純鉬及鉬合金靶材的研制成功，使河南省高純鉬靶材科研水平處于國內領先地位，打破了國外技術和產品在國內市場的壟斷，滿足了航空航天、冶金、化工、電子等行業發展的需要，為我國鉬材料提純、冶煉加工到高純鉬濺射靶材制造、平面顯示器和薄膜太陽能產品制造的完整產業鏈奠定了基礎。

銦是全球分布極不均衡的稀缺稀有金屬，也是重要戰略資源之一。我國是銦資源最豐富的國家，在世界銦儲量的分布占比達62.5%，已探明儲量占世界總儲量的72.7%。由于銦的下游產業，特別是ITO靶材市場發展緩慢，致使我國的金屬銦大量出口，而銦深加工產品——ITO靶材卻高度依賴進口。ITO靶材制備幾乎全由日韓壟斷。據統計，全國范圍內ITO靶材的市場需求量每年以20%的速度增長，我國在銦的深加工方面尚處于初級階段，這就導致產業鏈上游的絕對資源優勢不能有效發揮。為了實現ITO靶材的技術突破和產能瓶頸，以廣西晶聯光電材料有限責任公司為代表，近幾年國內的一些企業紛紛加快了ITO靶材技術研發和引進。王廣欣教授深知，迎接濺射靶材巨大產業化機遇，縮小國內外濺射靶材的差距，首先需在產品、工藝、應用上突破技術瓶頸。研制靶材，既要重視基礎研究，也要重視應用研究。搭建專業研發平臺，產學研開放合作，積極推進科技成果產業化，使得基礎研究及應用研究取得雙豐收。中心打破了跨國公司的市場壟斷和技術封鎖，填補了這種關鍵材料的國產化空白，廣西晶聯也成為唯一一家中資產業生產ITO靶材能用到平板顯示行業的企業。加速鉬靶材、ITO靶材項目的國產化，對于提升我國靶材產業總體技術水平有重大意義，還將帶動精鉬、精銦及其深加工產品在國內的消費能力，帶動光電子工業、半導體工業、新能源工業等領域的發展。為實現關鍵戰略材料國產化提供重要保障，助力中國新材料產業發展壯大。而這，正是王廣欣教授一直執著努力的方向。

集成電路的核心載體是芯片，每顆集成電路芯片在使用前都需要封裝測試。隨著芯片集成度的不斷提高，芯片封裝的作用正變得越來越重要，它直接影響到芯片自身性能的發揮和與之連接的印刷電路板的設計與制造，不僅起著安放、固定、密封、保護芯片的作用，而且還是溝通芯片內部世界與外部電路的橋梁。芯片的封裝技術種類多種多樣，如DIP、QFP、TSOP等，近年來，新的封裝方式——球柵陣列封裝，簡稱BGA封裝技術以其封裝高可靠性、兼容性高以及更佳的電特性等優點在大規模集成電路的封裝領域得到了廣泛的應用。根據中國半導體行業協會統計，2017年我國集成電路產業銷售額達到5411億元，同比增長24.8%，其中BGA焊球需求量超過20億元，且市場呈快速增長趨勢。國內封裝企業使用的BGA產品主要進口自日本、韓國。

為了解決這一困境，王廣欣教授團隊和上海錫喜材料科技有限公司開展了產學研合作，研發了基于射流不穩定原理的振動制球機、鏡面對輥篩分機等核心設備，開發了熔煉——制球——冷卻收集——篩分——拋光——清洗——除靜電的整套工藝流程，成球率可達80%以上。開發了具有自主知識產權的BGA焊球生產系統，在自主研發設備基礎上形成了BGA焊球生產工藝，項目技術總體達到國際先進水平。該技術已經在國內大封裝企業得到廣泛使用。

夢之起航——寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來

近30年來，王廣欣教授沒有停止攀登科學高峰的步伐，在高純金屬材料的基礎理論與實際應用方面，通過不斷探索和學術積累，王廣欣和其領導的學術團隊取得了一系列突破性進展。

王廣欣教授十分重視科研成果向現實生產力的轉化，重視新產品的研發及其產業化。他在美國工作期間，就已獲得10項美國授權發明專利；回國后又申報了32項中國發明專利，其中22項已獲得授權。另外，在國內外學術刊物發表了80余篇論文，大部分為SCI、EI收 錄。他利用自己在高純金屬材料方面的領先技術與知識產權，按照“產、學、研”相結合的運作模式，已成功將高純鈷、高純鉬、高純銦等材料研發出來并取得了實際應用，受到了合作單位的一致好評。

筆者在和王廣欣教授交流的過程中，提起自己曾獲得過的榮譽和獎項他都一帶而過，但卻對獲獎科研項目的工作歷程記憶深刻。他提到，令他最激動的不是閃光的獎杯，也不是站在國際講臺上作報告的時刻，而是一個個新成果誕生的瞬間，那是真正的永恒的屬于他自己的東西。正如王廣欣教授所說：“科學家的工作，就是要讓全體百姓都能享受科技發展的成果。”

在王廣欣教授的帶領下，高純金屬材料取得一系列的技術突破，解決了我國幾十年來的技術難題，打破了國外長期的技術封鎖和產品壟斷，也實現了中國擁有國產高純材料的夢想。對于高純金屬材料的光輝明天，我們期待王廣欣教授能給我們創造更多奇跡！