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    打造“中国芯”,PLC已占全球50%份额
    作者:乔地    来源:中国科技网·科技日报    更新时间:2019-05-06 10:30

      中国科技网·科技日报记者  乔地

      说起芯片,是国人的痛。去年“中兴事件”带来的“卡脖子”屈辱,一点不亚于当年的石油。

      但很少有人想到,我国在光电子领域,已经在豫北小城鹤壁获得突破。其中的PLC光分路器芯片早在2012年就实现了国产化,迫使国外芯片在中国市场的价格从每晶圆2000多美元降到100多美元。目前已占居全球市场50%以上份额。

      如果这还仅仅是“跟跑”的话,那么他们研发的阵列波导光栅(AWG)芯片,其技术水平已与国际并跑,在骨干网、高速数据中心及5G基站前传等领域取得重大突破,并实现主要芯片产品的产业化,进入相关领域知名国际设备商供应链,有望在国际竞争中实现领跑。

      国内两类光电子芯片,基本国产化并实现出口

      说到光电子芯片,不能不说吴远大。

      他今年45岁,是中国科学院半导体研究所研究员、博导,河南仕佳光子科技股份有限公司常务副总裁,同时是国家重点研发计划项目“高性能无源光电子材料与器件研究”的项目负责人,主要致力于高性能无源光电子材料与器件的应用基础研究,同步开展PLC光分路器芯片及阵列波导光栅芯片的产业化技术开发。2011年,作为我国光电子事业主要开拓者王启明院士团队的一员,他与所里的6个年轻人一起,从首都北京来到河南鹤壁,在一片荒地上与一家叫作仕佳通信的民营企业一起披荆斩棘,开启了我国高端光电子芯片的产业化之路。

      前不久,科技日报记者前往鹤壁采访。在仕佳光子的展厅里,吴远大介绍,目前世界上的高端光电子芯片有100多类,但国内仅有两大类的全系列化芯片基本实现国产化。一类是PLC光分路器芯片,另一类是阵列波导光栅芯片。前者主要应用于光纤到户接入网中,后者主要应用于骨干网、城域网、高速数据中心和5G领域。“这两类芯片,正好都是我们公司制造的。”吴远大说。

      他说,“三大运营商往小区里铺设光纤,如果一个小区有一千户人家,不可能从基站直接拉一千根光纤到每家每户。而是拉一根光纤到小区,之后再把光信号进行功率分配,‘路由’到每家每户。这就需要光分路器芯片。”他强调:“光信号取代电信号入户,网络速度要比现在的网速快百倍。”

      “但在2012年以前,我国使用的这些芯片完全依赖进口,最贵时每个晶元要2400多美元。”吴远大说,对于这些芯片,中科院半导体所在国家“863”计划、“973”计划项目资助下已经开展了十多年的基础研究,积累了一定的实验成果和宝贵的开发经验。

      遗憾的是当时一直没有产业化。吴远大说,主要有三个原因:

      一是高质量的高折射率差硅基SiOx集成光波导材料基础薄弱。硅基二氧化硅材料的研究曾是微电子技术中的一个重要课题,也是现代光电子技术中的热点。微电子技术中二氧化硅薄膜材料的厚度一般仅为几百纳米;而平面集成光波导芯片中则要求二氧化硅膜的厚度高达几个微米,甚至几十个微米,要求无龟裂、无缺陷,且更偏重的是二氧化硅材料的光传输性质。国外生长硅基SiOx集成光波导材料的方式主要有两种:以欧美为代表的化学气相沉积法(PECVD),以日本韩国为代表的火焰水解法(FHD)。PECVD法精度较高,操控性好;而FHD法生长速率快,产业化效率更高,二者各有优缺点。而国内缺乏相关应用基础研究工作。

      二是芯片工艺水平达不到芯片产业化需求,特别在整张晶圆的均匀性、稳定性方面,如二氧化硅厚膜的高深宽比和低损耗刻蚀工艺。

      三是在产业和市场导向上,过去偏重于买,拿市场换技术,能买到的就不去下功夫从事产业技术研究,吃了大亏才知道“真正的核心技术是买不来的”。

      “也许是厚积薄发,我们带着这些研究成果来到鹤壁,2011年建立专用研发生产线;2012年完成产业化工艺技术开发; 2015年PLC光分路芯片全球市场份额达到50%,企业实现了扭亏为盈。那一年,我们出货芯片2000多万颗,今年前四个月,每月产量也都在200万颗以上。国际上芯片产业化十来年要走完的路,我们三四年就实现了。”吴远大说。

      网上搜出个吴远大

      说起光电子芯片,还不能不说仕佳光子及其董事长葛海泉。2000年,葛海泉在郑州成立仕佳通信科技有限公司,主营室内光纤光缆的研发、生产和销售,并挣到了“第一桶金”。

      但是,作为一个有抱负的光通信领域企业家,针对“宽带中国”“光纤到户”工程中,核心光分路器芯片完全依赖进口的被动局面,葛总觉得自己有责任有义务去解决长期被国外“卡脖子”的核心技术难点和痛点。他决心投入巨资,开发出中国人自主知识产权的光分路器芯片!同时让自己的企业转型升级,从一个来料加工企业变身为高科技研发企业。“哪怕把以前挣的所有钱都投进去,也要干!”他暗下决心。

      资金是一个问题,技术更是一个迫在眉睫的问题!尤其是对于一个“土老板”来说,这不啻于天方夜谭。

      他从深圳到江浙再到北京,只要打听到谁搞芯片研究的,他都去登门拜访。但差不多一年过去,没有找到一个“诸葛亮”。

      那时,他感到少有的苦闷。他把自己关在屋里,对着电脑发呆。呆的时间长了,还忍不住去想光分路器芯片。就在网上敲出这几个字,却蹦出了一个“吴远大”。他看到了吴远大在这方面的研究成果,眼睛顿时发光,立即从椅子上跳了起来……葛海泉至今清楚地记得,这是2009年的5月。

      他立即打点行装,赶赴北京。

      在中科院半导体所,他没有见到吴远大。所里光电子发展研究中心的研究员胡雄伟,接待了他。

      “我们先给他泼了一盆冷水。”胡雄伟告诉他,半导体研发、生产,需要大量资金投入,甚至可能倾家荡产,你能做到吗?从实验室出来的科研成果到大批量生产之间,有很大距离,甚至无法产业化,你有心理准备吗?还有,科研人员善于做样品,对生产线上的事情研究不充分;而企业搞产业化,需要低成本、高可靠性、高成品率,双方认识不一致怎么办?还有,即便产品生产出来了,市场价格却下降了,你能承受吗?

      一连串的问题,个个直击要害。葛海泉“冷”得发抖,却发自内心地认为这就是他一年来踏破铁鞋要找的真正的技术!

      但半导体所的专家们却仍然不放心。吴远大说,很多企业都想与他们合作,但往往因为在上述方面没有充分准备,最后都不了了之,有的甚至八字没一撇就打着与中科院合作的旗号招摇撞骗。“我们决不允许这样的情况再发生了!”

      就是在这样的情况下,葛海泉带着对光电子芯片的痴恋,每个月都要往北京跑两三趟,生拉硬拽地把专家们再请到鹤壁看现场,反反复复地沟通、商量。这样的磨合,整整持续了17个月。一直到2010年10月,双方终于签订了“股权+投资”的协议,吴远大等7名科研骨干赶赴鹤壁,实施转化。

      短短一年多时间,2012年底,仕佳光子正式对外发布,成为中国第一家、也是当时国内唯一一家能够量产PLC光分路器芯片的企业!国外厂商长期垄断中国光分路器芯片市场的局面从此一去不复返了!

      咬紧牙关打赢价格战

      先在技术上“卡脖子”,然后是价格战,这几乎是国外高科技产品抢占中国市场的套路。

      2012年,仕佳光子PLC芯片一开始量产,订单就纷至沓来。“那个时候,我们有些应接不暇了。”公司研发总监安俊明回忆。

      但是,就在大家历尽千辛万苦、终于迎来成功喜悦的时候,市场形势却急转直下。

      为了把新生的中国芯片扼杀在摇篮中,日韩企业联手围堵,开始疯狂地大打价格战。“他们疯狂抛售,最低150美元。跌破了原材料成本,跌得人胆颤心惊!”安俊明说,仅2013年一年,公司就亏损2000多万元。

      危难之际,葛海泉在董事会上把桌子擂得咚咚响:“砸锅卖铁,咬碎牙关,也要挺下去!”

      鹤壁市人民政府也以入股形式,向仕佳光子注入资金3000万元,雪中送炭!

      经过一年多的激烈搏杀,日韩企业非但没有把仕佳光子这个中国光电芯片的新生儿扼杀掉,反而使自身陷入困境,开始纷纷倒闭。

      仕佳光子从此跃出低谷,一跃冲天,芯片产能和市场占有率急剧扩大。从2014年第一季度每月35万片,提升到第四季度的每月90万片,成为全球最大的PLC光分路器芯片供货商。

      两大研发计划,攻克两座光电芯片山头

      在光分路器芯片成功实现产业化的同时,葛海泉和吴远大又把目光投向了新的芯片开发——阵列波导光栅芯片(AWG)。

      2013年,国家“863”计划“光电子集成芯片及其材料关键工艺技术”项目,由年轻的河南仕佳光子公司牵头承担,吴远大担任课题负责人。

      他们采用等离子体增强化学气相沉积和火焰水解法相结合的二氧化硅厚膜生长原理,改进厚膜生长设备,通过对多层结构的二氧化硅材料进行多组分、抗互溶的掺杂,结合梯度高温处理及干法刻蚀工艺制程,获得了不同折射率差的低损耗、低应力、高品质、高折射率差SiOx光波导材料,且材料生长效率显著提升,弥补了硅基SiOx集成光波导材料基础薄弱的难题,为AWG芯片的产业化打下了坚实基础。

      进一步,在国家重点研发计划项目“高性能无源光电子材料与器件研究”资助下,吴远大团队又攻克了多项芯片关键工艺技术,在六英寸硅基/石英基SiOx晶圆工艺的均匀性、重复性和稳定性方面获得了专利或专有技术,培养了十多位专项工艺技能人才,实现了芯片工艺能力与产业化技术的融合融通,研制成功的4通道、8通道及16通道AWG芯片,打破了国外企业对我国高性能AWG芯片产业化技术的长期垄断,填补了国内空白,并且实现了在国际市场上与国外企业同台竞争。

      目前,项目团队拥有AWG芯片设计及工艺核心发明专利十多项,并获得了2017年度国家科技进步二等奖,提升了我国下一代(5G)通信主干承载光网络和光互连建设的核心竞争力。

      接着,仕佳光子又引进了中科院半导体所王圩院士团队,开始了高速DFB激光器芯片产业化的新征程。

      目前,两个院士团队的13名专家常年驻扎在鹤壁。鹤壁则以仕佳光子为龙头,引进了上海标迪 、深圳腾天、威讯光电等十多家上下游配套企业,成立了6大省级以上技术研发创新平台。一个有“芯”的“中原硅谷”正在鹤壁崛起!

      “中国芯片虽然已经在个别领域赶上了国外先进水平,甚至超越了国外技术。” 但是,吴远大说,“整体而言,要全面追赶上还需要20年。所以,必须瞄准主要芯片,全面实现国产化!”而这正是他们下一步要攻克的目标!

    [我要纠错]    责任编辑:赖晓娟 
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