作者:曾光强 来源: 中国科学报 发布时间:2024-3-20
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翟豪:仰望“芯”空,“匠”心不改

 

翟豪在光学平台调试测试镜组。苏州纳米所供图

■曾光强

夜已深,中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所(以下简称苏州纳米所)高级工程师翟豪走出纳米加工平台的超净实验室。但工作尚未结束,他还要去楼上的光学平台测试一下当晚在洁净间刚做好的芯片。

翟豪,是默默耕耘在微纳“智”造创新前沿的科学家和工程师中的一员。他们一边洞察细微,一边仰望星空。因为显微镜下结构观测得越细致,未来“芯”空的蓝图便描绘得越清晰。

年少立志,勤练内功不停步

翟豪的叔外公年轻时在中国科学院声学研究所工作。当翟豪还是小学生时,叔外公就经常带他参观自己的工作单位,并经常对他说:“任何人、任何事都可能会欺骗你,但物理规律不会,你只有比别人更透彻地理解它、掌握它、运用它,才能不用看别国脸色,受他人制裁。”

叔外公还喜欢带翟豪一起逛天文馆。天上星星的光谱中蕴含了大量信息,是物理规律最佳的检验地。在诸多物理常数中,翟豪最喜欢1/137这个精细结构常数,因为它蕴藏着这片宇宙星空的终极奥秘。

由于早早受到科学启蒙,中学时的翟豪便自学了微积分、普通物理学等大学课程,并多次在全国物理竞赛及化学竞赛中获奖。2006年,翟豪考入中南大学化学升华班,后被推荐免试攻读研究生,毕业后来到苏州纳米所纳米加工平台工作。在平台负责人的部署和指导下,翟豪开始接触芯片级原子器件的原理、制造及测试。

然而,原本信心满满的翟豪却在实验室中备受挫折。为了把工作做好,翟豪下班后就回家自学半导体物理、微电子技术、原子光学等基础知识,但是其工艺能力提升仍异常缓慢。

纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行。为了快速提升工艺能力,翟豪天天“泡”在实验室和工艺员打成一片。他不懂就问,仿佛又回到了读研的那段时光。在打下坚实基础的同时,翟豪的研究工作慢慢有了起色,在制备的原子气室的原子精细结构光谱中,他又看到了1/137。微观的尽头就是那片令他着迷的星空。

不漏掉一个细节,突破原子气室芯片封锁

芯片级原子器件通过激光器产生泵浦光和探测光,并对原子气室中的碱金属原子进行量子态调控和探测,从而实现高精度弱磁探测、时频信号输出等功能,被广泛应用于定位、导航、勘测、通信等技术领域,是关乎国家安全系统建设的关键元器件。

在芯片级原子器件关键制造技术领域,美国一直走在世界前列。由于技术封锁,缺乏第一手设计资料,国内的相关研究工作困难重重。

为攻克这一技术难关,2016年,在研究所支持下,翟豪依托纳米加工平台的光刻机、等离子体刻蚀机等半导体工艺设备,凭借自己对原子光学和物理化学等基础理论较为深刻的认知,展开了针对原子器件核心部件——原子气室芯片的艰苦技术攻关。

起初,由于原子器件制备的关键工艺与现行半导体工艺不兼容,没有专用设备可用,加之试验材料——提纯同位素的价格非常昂贵,每克高达10万元,大批量使用根本无法承受,导致研究工作的开展困难重重。

试验方案设计必须反复讨论、慎之又慎,试验操作必须平心静气、稳之又稳,必须尽可能从每一次宝贵的试验中得到有用线索,从每一次失败中分析出更多可能因素。为了最大程度节省昂贵的试验原料,翟豪苦练手腕手指的精细动作,提高操作稳定性,以至于同事们都调侃他的右手稳得像分析天平。

凭着“不漏掉任何一个细节,不放过任何一个现象”的钻研精神,经过两年的艰苦攻关,在超净实验室熬过了无数个通宵、经历了无数次失败之后,翟豪终于总结出一套可靠的工艺方案,解决了同位素原子操控难题,制造出首个单腔MEMS原子气室。

该研究成果有力支撑了研究所多个原子器件项目的顺利开展,并在进一步改进和优化后,实现了原子气室的工程化制造。该技术不但获得国家发明专利4项,而且实现了作价800余万元的技术成果转化应用,有力推动了相关产业发展。

弘扬工匠精神,一群人优秀才是真正的优秀

通过承担多项国家级、省部级研究项目,以及自身长期不懈的努力,翟豪最终磨砺出了精湛的微纳加工技艺,成长为支撑研究所重大科研攻关的“工匠”。

难能可贵的是,翟豪不仅是一名好“工匠”,更是一位辛勤育人的好“园丁”。他在努力完成国家科研任务的同时,还将多年积累掌握的微纳加工技术倾囊相授,为国家培养、培训相关领域高技能人才。

多年来,他参与讲授了电子束工艺、光刻工艺、电路基础等苏州工业园区纳米技术产业高技能人才精品课程,并连续4年参与苏州工业园区高技能大赛命题、培训、裁判、阅卷工作。通过以点带面,有力提高了园区多家单位人才的专业技术水平。

在精品课程授课时,除了讲解硬核的专业技能知识,翟豪还十分注重科学家精神的传承和弘扬。他常用身边科学家、工程师的故事鼓励大家不负时代使命、心系国家发展,为实现高水平科技自立自强贡献自己的力量。

“一个人优秀不是真正的优秀,一群人优秀才是真正的优秀。”这是翟豪一直秉持的理念。如今,已经扎根苏州纳米所11年的他依然“匠”心不改,在微纳“智”造前沿领域不断耕耘,与广大科研工作者一同奋战在抢占科技制高点的新征程上。

(作者单位:苏州纳米所)

《中国科学报》 (2024-03-20 第4版 综合)
 
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