壘好“磚石”，芯片技術砥礪奮進正當時

梁佳歡

日常生活中，當我們看到美麗的風景，或者面對一桌子美食時，總會情不自禁拿起手機，拍下照片，定格這美妙的瞬間。然而怎樣才能讓照片更清晰，讓色彩環境看上去更美好？這就涉及光電的一個重要研究方向——圖像傳感器。

“圖像傳感器相關的技術領域主要被日本和美國一些芯片公司所壟斷，國內的產業技術其實還需要努力?！比涨?，大連理工大學機械工程學院副研究員江誠鳴在接受記者采訪時說。他多年來致力于研究高性能數字圖像傳感器芯片技術、集成化光子晶體管芯片技術和智能制造人機交互技術，在人們日常使用的手機、相機等物品中有廣泛的應用。

對于這些擁有核心技術的芯片的自主研發工作，江誠鳴認為一步一步壘好“磚石”任重道遠。

嚴謹認真，求學路上抹不去的烙印

2006年，江誠鳴以優異的成績考入西北大學，報考專業志愿的時候，他毫不猶豫地選擇了物理學專業。

江誠鳴坦言，當時他也不懂這個專業未來的發展方向。選擇這個專業的原因很單純，就是因為高中時自己的物理學得比較好，并且對物理學挺感興趣。

大學四年的生活在江誠鳴身上烙下了嚴謹認真的印跡?！霸谖锢韺W這個方向，大家的學習態度以及整體學習氛圍都是比較嚴謹、認真的。這對我的影響非常重要，也為日后在學術上的發展，打下了堅實的基礎?！?/p>

從2010年開始到美國阿拉巴馬大學求學，到2016年獲得博士學位，江誠鳴在美國工作生活了6年。經過這段時間的鍛造，江誠鳴在學術上走向成熟。

剛到美國求學的時候，江誠鳴依舊選擇攻讀物理學的博士學位，并且得到了全額獎學金的資助?！暗窃诠プx的過程中，我發現物理學理論性比較強、實踐性比較少?！苯\鳴說，他通過自我評估，發現自己對科學實驗更感興趣。恰好當時材料學方向缺一個博士，順應這個契機，江誠鳴轉到了材料科學專業。

“我在美國的導師——宋金會教授，也是大連理工大學納米光電研究所所長。他對我的影響很大，不管在科研上，還是在工作中和生活中，他都給我提供了很多幫助。在我遇到困難的時候，他總是以過來人的身份對我進行指導?！苯\鳴說，導師就是他的引路人。

2016年，江誠鳴一畢業就回國了。當時，宋金會教授已將整個團隊遷回國內，加入大連理工大學，江誠鳴也順理成章地來到了大連理工大學，開始幫團隊組建實驗室?！爱厴I時也想過留在美國，但后來發現國內的發展對我更有吸引力。畢竟作為一個中國人，還是想回到自己的祖國做貢獻，這是更值得，也更感光榮的事?！彪m然在美國工作會有更好的物質條件去享受，但在江誠鳴看來，心靈上的富足更重要。

在回國后的去向問題上，還有一段小插曲。當時，江蘇的一所高校也向江誠鳴遞出了橄欖枝，這對于身為江蘇人的他來說，還是很有誘惑力的。但最終他還是選擇了大連理工大學?！半m然有其他offer（錄用通知），但是從團隊整體性的角度出發，以及未來發展前景等方面考慮，我覺得大連理工大學的平臺可能更適合我，讓我能夠獲得更好的平臺支撐，也讓我回國的抱負和理想更容易實現?！?/p>

大連理工大學是教育部直屬全國重點大學，也是國家原“211工程”和“985工程”重點建設高校。2001年以來，學校共獲國家科技獎勵47項、省部級科技獎勵490項。組建富于拼搏和創新精神的研究小組，獨立開展研究工作，是顯著成績背后的訣竅。此外，學校在各類人才計劃上予以重點支持，提供所需的人力、物力等支持。

江誠鳴就是一個例子?；貒?，江誠鳴被聘為大連理工大學副研究員，學校為其提供獨立的教研室。其所在的傳感與振動研究所擁有國內先進的精密及特種加工以及檢測設備，形成了具有高質量的微納制造為優勢的特色團隊，而江誠鳴也可以根據國家重大需求，以及本學科的重點發展方向。

“納米尺寸上的一些跟光和電有關的功能性的器件?！边@是江誠鳴對自己研究方向的一句話概述。多年來，他主要研究包括圖像傳感器、壓力轉化傳感器以及光子邏輯芯片等在內的微納系統，負責及參與了國家自然科學基金等7項橫縱向課題；他還作為國家重大專項第二責任人，承擔其中多項子課題；作為骨干參與2018國家重點研發計劃等重大項目……負責總項目經費近3000萬元。

優秀的人到哪里都會發光，隨之而來的獎勵也是他所付出努力的見證。2015年，還是學生的江誠鳴榮獲了“國家優秀留學生獎”，2018年，參加工作的江誠鳴又榮獲了大連理工大學“星海優青”稱號。迄今為止，江誠鳴已在國內外發表SCI期刊論文30余篇，其中TOP類期刊10余篇，作為第一或通信作者發表論文19篇，申請國內外專利10多項，擔任多個國際著名期刊審稿人。

原創和開創，意義重大的累累碩果

從求學到工作，在微納光電與傳感芯片研究方面，江誠鳴取得了一系列具有國際重要影響力的原創性和開創性研究成果。

高性能數字圖像傳感器是江誠鳴的一個主要研究方向。他的一項研究成果——新一代高性能數字圖像傳感器，實現了高技能的土壤傳感器研究，通過“國家集成電路委員會”認證，具有國際領先技術水平。

江誠鳴介紹，這一成果系統研究了納米半導體材料的光電特性，研制成功基于三維半導體材料的超高分辨率數字圖像傳感器，大幅度突破當前CCD、CMOS分辨率極限?！爱斍?，國際上最高分辨率的數字圖像傳感器達1.12微米，已經非常接近硅基半導體微電子器件的分辨率極限，而我國現在能自主生產的數字圖像傳感器分辨率遠落后于這一極限指標?！睘榇?，江誠鳴利用半導體材料的納米結構，通過納米尺寸來優化最小感光材料，同時通過高分子表面活性處理，以及完全不同于基于硅基的CCD和CMOS的工作機理，成功研制了納米級分辨率的數字圖像傳感器?！八姆直媛示哂?0納米，也就是0.05微米的像素點大小，在分辨率這一重要參數上，是現在最高分辨率CCD的近100倍。如果按感光像素面積計算，是現在國際最高分辨率CCD的近萬倍（100×100）?！苯\鳴自豪道。

該研究成果一經發表在T o p期刊Advanced Materials上，就引發廣泛關注，美國Nanowerk、《環球時報》、《科技日報》等相繼對其做了深入報道。因為該成果很大程度上超越了現有的國外擁有核心技術的傳統土壤傳感器技術，在技能上和功能上也都有很大的提升。所以，2015年，它被圖像傳感器行業列評為“十大傳感器事件”。

此外，江誠鳴還承擔研發了新一代的光子邏輯運算芯片及微納諧振傳感芯片等眾多創新性成果，多次參與地方媒體的報道與路演，得到社會各方的廣泛關注與認可。

在納米諧振光子晶體管方面，江誠鳴利用成功制備了晶圓尺寸的超小型高性能有機光源驅動晶體管，直接解決了光系統邏輯電路的光控門集成問題。同時，該光子晶體管垂直控制系統可以高達106的超高光電性能開關比，直接將集成化光子晶體管的實際性應用推入一個全新的階段。更重要的是，他首次實現了晶體管的高抗電磁干擾能力，從元件上解決了電子設備易受外界電磁波干擾的這一世界性的難題，為光子晶體管的發展和邏輯電路芯片的研究提供了堅實的實驗方法。該研究成果發表在Top期刊ACS Nano上，為全新的光子計算領域提供了新思路，也為其應用開啟了新的方向。

納米級微小懸臂梁制備及檢測是個復雜且困難的實驗，之前沒有相關的研究，而且已有的測量設備和建立的表征方法不能直接測得其芯片諧振狀態。江誠鳴發明了一種直接測量納米線諧振狀態的新方法，該方法作為一種普遍適用的測量方法，可以用于作為測量極微小質量的傳感芯片，該芯片將最小質量測量的極限從10-16g提升至10-18g，近2個數量級。這項研究成果者發表在Top期刊Nano Letters上，對于微小質量高精度測量的研究具有十分重要的意義。

在談到光子邏輯芯片的發展時，江誠鳴介紹：“我們拋棄了傳統的硅材料，也就是使用電子進行核定算的原理，而采用光子來代替電子，從而實現它的邏輯開關功能。它最大的優勢就在于具有很強的抗電磁干擾能力，保證了邏輯芯片的CPU的穩定性。在軍事戰爭中，如果遇到了電磁炮等的攻擊，它依然能夠保持良好的工作狀態。我覺得在國防安全領域，它都有比較廣的應用前景?！?/p>

核心技術，避免被“卡脖子”的“磚石”

“中美貿易戰讓我們深刻意識到很多核心技術不能靠別人，得靠我們自己。但是因為我們起步較晚，很多事情都是在別人已經搭建的大廈上面再進行進一步的推廣或者發展，所以一旦人家把這種底層的技術封鎖，后面的工作就無法開展?！苯\鳴感嘆，這是個任重道遠的過程，要從最基礎的理論進行學習和深入研究，把腳底下的“磚石”壘實，就不會再因為某一個環節“卡脖子”。而江誠鳴正在做的事，就是依靠自己掌握的核心技術，避免被人“卡脖子”。

“在目前研究的基礎上，以無機和有機半導體特性為研究目標，深入開展其在邏輯芯片、光電芯片及微納機械芯片等方面的基礎應用研究，為我國集成電路應用提供理論支撐和技術基礎?！苯\鳴介紹，他將致力于做好壘“磚石”的工作。

“由于加工納米像素和電路的工藝要求極其復雜，在下一代數字圖像傳感器的研究方面還有很多路要走?！苯\鳴介紹，納米材料的可控合成制備是這一研究計劃中各研究方向的基礎。

他們計劃通過物理、化學、微電子加工等不同方法合成制備大量規則半導體納米陣列，然后利用半導體納米陣列將作為核心感光納米像素，進一步加工形成可讀取的數字圖像傳感器像素點。除了從底到頂的原子層生長方式，還將研究提高微電子加工的光刻方法，以期在高質量半導體薄膜上制備大量規則的半導體納米結構。另外，還將研究高分子表面活性劑對半導體納米結構的性質影響，以提高器件對圖像傳感的響應性能。最后，高導電性的金屬合金作為信號讀取通道，從而形成完整的具有納米級別分辨率的下一代數字圖像傳感器。這種種規劃，都將為我國的圖像傳感器芯片領域發展，起到強有力的推動作用。

在有機光子邏輯芯片的研發方面，未來也大有可為?！爱斍翱茖W界對光子邏輯芯片的研究還非常有限，目前還都停留在外部光源間接驅動的運用上。后續項目擬系統研究氧化鋅納米線在進入集成化近場光子驅動之后，由于其高表面能以及高原子鍵能改變而導致的邏輯運算特性發生的變化?！苯\鳴計劃，用實驗的方法研究光子集體管的尺寸效應，同時結合后期將通過實驗的方法實現帶有邏輯運算功能的光子邏輯運算門系統，從而實現推動新一代的光子晶體管計算機發展的效果。

而在納米諧振芯片的研發方面，江誠鳴計劃設計新的實驗模型，從而根本上避免非均勻應變、緩慢形變、不穩定接觸力以及導致的測量偏差，進而可以精確表征納米線的機械性能?！叭绻@個成果取得成功，將為納米機械方向相關的納米能源、納米機電等領域進行深入的研究和發展提供新的發展方向?！睂＜以u價。

“未來，我們還要依托大連理工大學先進制造技術團隊，以課題組內的教授、副教授為骨干力量，著手建設精干青年人才團隊，申請國家優青基金項目，謀劃國家重大課題，力爭前沿國際合作項目?！苯\鳴介紹，建立大連理工大學在集成電路技術領域的優勢地位，推動高性能芯片技術在企業的成果轉化與應用，服務遼寧省本地企業，也是他科研工作的目標。

嚴謹認真的態度，原創和開創性的成果，再以一步步壘好的核心技術“磚石”基礎加持，我國芯片產業的蓬勃發展圖景仿佛已經在眼前。江誠鳴和他的團隊仍在芯片事業中不斷譜寫新篇章。風勁帆滿圖新志，砥礪奮進正當時！