欧欣（左）师徒对使用透射电子显微镜进行表征分析的半导体材料深入研究讨论。 本报记者 袁婧 摄

临近春节，中国科学院上海微系统与信息技术研究所硅基材料与集成器件实验室主任欧欣无暇顾及过节安排，一直在位于长宁区的实验室和位于嘉定的工程化平台之间来回奔忙。

作为5G及未来6G通信射频和光电芯片中的重要晶圆材料，欧欣带领团队研制的单晶薄膜异质集成衬底即将迎来重大应用。“这个春节，我们都会抓紧时间优化工艺，提升良率。”自2015年回国来到上海，欧欣就投入到了异质集成衬底材料（XOI）的研究中，如今终于走到了产业化。

十年长跑研制“三明治”新材料

在欧欣办公室的一扇玻璃柜门中，陈列着四五种XOI系列的晶圆，“看着它们从‘大花脸’变得这么光洁漂亮，就感觉年华没有虚度”。

十年前，为突破摩尔定律极限，瞄准未来射频、光学芯片的发展方向，微系统所开始布局异质集成XOI材料的研制——这是一种类似三明治的材料结构，最上层的X代表任意半导体，中间层是二氧化硅，底层是硅衬底。这种新材料有望取代传统微电子器件所依赖的硅单晶薄膜（SOI），开辟出新的发展天地。特别在5G/6G通信、人工智能光电芯片和新能源功率芯片中，异质集成XOI材料可实现更高频率、更高速度、更低功耗、更高功率器件的制备。

9年前从德国留学归来，欧欣就投入到XOI的探索中，“最初，我们并不清楚XOI究竟能用在何处，但就在一两年后，5G时代的到来让大家看到了XOI清晰的产业需求”。

滤波器是射频前端模块中的核心部件之一，随着5G通信的全面商用，手机等移动终端对滤波器的需求不断增长。长期以来国外凭借技术和专利壁垒，占据了主要市场。想要绕开壁垒，就要跳出原有技术框架，另辟蹊径。或许从新材料入手，是突破滤波器技术困境的一条可行路径。欧欣带着团队开始寻找答案。

就在欧欣回国后不久，黄凯、张师斌作为博士生加入了他的团队，选择异质集成XOI为主攻方向。在这个几乎无先例可循的“无人区”探路，两位师兄弟用“迷茫”“痛苦”来形容这段经历。由于薄膜材料的“禀赋”各不相同，要与衬底材料“同频共振”形成稳定的晶圆片，并能够在上面加工各种射频与光电器件，实在太难了。

得益于实验室在SOI领域的深厚技术积累，欧欣师徒几乎用最“笨”的试错法，一点点找出XOI材料的各种性能“拼图”。最终，研究组成功研制出满足射频、光电和功率器件应用的多种异质晶圆，基于异质晶圆的多项核心器件性能指标打破了国际同类器件的性能纪录。

春节到车间转转已成习惯

秉承微系统所科研、产业、资本“三位一体”的协同创新模式，欧欣团队迅速推动新技术的产业化应用。

这几天，新到的检测设备正在安装，目前整个工程化平台场地几乎已将空间利用到了极限。“工程化平台启动之后就必须24小时运转，过年过节几乎都不会停。”欧欣说，每年春节他都会到嘉定的工程化平台转转，已经成为一种习惯。

就在年前，欧欣团队接待了好几家造访的应用单位，“除了异质集成材料在5G通信上的应用，他们更关心这种新材料如何在未来6G通信的光子、声子芯片中发挥作用”。

在微系统所的长宁园区，欧欣团队的好几位博士生正专注于基于异质晶圆的芯片开发。在欧欣看来，先进衬底材料与芯片器件的研发必须同步推进、相互印证，才能实现更高的创新效率。

这个春节假期，黄凯作为大师兄随时在产线；张师斌也会在科研一线待命，随时为师弟师妹们释疑解惑，参与各种问题的讨论。

刚刚过去的2023年，对于张师斌来说，是收获颇丰的一年：评上副研究员仅仅一年的他，又在今年1月破格晋升研究员，并入选“2023上海科技青年35人引领计划”。“目前，我们在基于单晶压电薄膜5G/6G高性能射频滤波器研究领域已走到世界前列，未来还要将技术优势不断扩大。”他憧憬在新的一年里取得更多收获。（瞭新社）