中國粉體網訊 楊德仁院士在學習時報發表的《硅為何成為集成電路的首選材料？》一文中提到：集成電路是信息產業的基石，也是高科技的“明珠”，而硅是集成電路的基礎材料。全球95%以上的半導體器件和90%以上的集成電路制作都是在硅片上完成的。所以說，沒有硅就沒有集成電路，沒有集成電路就沒有信息社會，所以硅是現代信息社會的基礎和核心材料。
硅之所以成為首選，原因有三個方面。一是其純度極高，在所有的物質中，能夠被提得最純的就是硅材料，可達10個9以上，因此能控制材料里的電子輸運性質；二是能夠把原子排列成高度有序的單晶體結構，自然界中只有鉆石才能做到這樣，但硅晶體的體積可以很大，能達300毫米直徑，這是其他材料所不具備的；三是原料豐富，地殼中含量高達26%，制備成本低廉，工藝成熟，能生長大直徑、低缺陷的晶體，且可以做穩定的氧化層，安全無毒。這些優勢使硅在過去70年里穩居集成電路基礎材料的核心地位。
楊德仁院士表示，硅材料是集成電路的基礎材料，它支撐了整個集成電路的發展，也支撐了信息產業的發展。而摩爾定律的發展走到了極限，More Moore和More than Moore兩個賽道上都需要硅基新材料。可以看到，硅基的納米硅材料、硅基的異質集成的新材料、硅基光電子的新材料等，都促進了集成電路向新一代的器件發展，促進了集成電路進一步的深化發展。可以想象，在集成電路新材料的支撐下，集成電路將超越摩爾定律，為人類的信息產業、高科技產業提供基礎的支撐。
而在浙江大學，有這樣一家實驗室，在楊德仁及多位院士、教授的帶領下，成為我國硅材料基礎研究、技術開發和人才培養的主要基地，實驗室哺育了三家微電子硅材料上市公司，承擔IC國家02重大科技專項，成果應用于中國航天等高端產業鏈。它就是浙江大學硅及先進半導體材料全國重點實驗室。
硅及先進半導體材料全國重點實驗室（原名：硅材料國家重點實驗室、高純硅及硅烷國家重點實驗室）于1985年開始建設，1987年建成，1988年對外開放，是我國最早建設的國家重點實驗室之一。2022年年底，實驗室通過全國重點實驗室重組為“硅及先進半導體材料全國重點實驗室”。實驗室主要依托浙江大學材料科學與工程學院（材料科學與工程國家一級重點學科、“雙一流”建設學科），以及材料物理與化學（原名半導體材料）、材料學、凝聚態物理等國家二級重點學科。
機構人員
實驗室主任：楊德仁院士
楊德仁，中國科學院院士，浙江大學硅及先進半導體材料全國重點實驗室主任，長期從事半導體硅材料研究，在硅材料的基礎研究上取得重大成果，發明了微量摻鍺硅晶體生長系列技術，系統解決了相關硅晶體的基礎科學問題，研究了納米硅的結構、性能，成功制備出納米硅管等新型納米半導體材料。以第一獲獎人獲得國家自然科學二等獎2項，國家技術發明二等獎1項，何梁何利基金科學與技術進步獎1項，浙江省科學技術一等獎4項，省部級科學技術二等、三等獎及其它科技獎6項；以第二、三獲獎人獲得省科學技術獎一等獎4項。
實驗室現有107名固定人員，其中106名科研人員、3名技術人員和1名專職管理人員，具有博士學位獲得者104名，已形成一支由4名兩院院士（張澤、楊德仁、葉志鎮、吳漢明）領銜、18名國家杰出青年基金獲得者、7名教育部長江學者、28名四青人才等共同組成的高水平研發隊伍。
實驗室具有完善的硅及先進半導體晶體生長、硅片加工、性能檢測和芯片驗證平臺，形成研究能力、高層次人才、重大成果產出等方面的較大優勢，是我國硅材料基礎研究、技術開發和人才培養的主要基地。近年來獲國家獎12項，創新了摻氮調控硅單晶缺陷行為、使役條件下原位電鏡技術等重大理論，被行業和學界普遍認可。
研究方向
半導體硅材料
實驗室聚焦高端硅片雜質與缺陷調控理論及技術、硅片工藝用關鍵原輔材料理論及技術等重大關鍵問題，解決半導體器件核心材料國產替代的的技術難題。實驗室具有完善的硅晶體生長，硅片加工和硅晶體材料檢測平臺，與國內硅材料龍頭企業建立緊密的產學研合作。在國際上提出了“共摻雜控制硅單晶缺陷行為”的重大創新理論和技術，發明了微量摻氮、摻鍺直拉硅單晶等新產品，被國際微電子產業界廣泛接受和應用。哺育了三家微電子硅材料上市公司。合作承擔了半導體器件國家02專項重大科技任務，成果應用于中國航天等高端產業鏈。在國內率先開發出高效鑄造晶體硅系列技術并實現了規模化生產。
先進半導體材料
實驗室聚焦大規模/超大規模半導體器件、新型顯示、5G通信、傳感等信息領域發展急需的先進半導體材料，重點解決寬禁帶半導體材料生長、缺陷調控規律與外延技術關鍵科技問題，為我國信息產業供應鏈安全可控提供技術支撐。實驗室研發的高透明導電薄膜技術國際領先，并應用于華燦光電（國際第二大LED芯片企業），鈣鈦礦LED發光效率數次刷新世界紀錄，并具有全鏈條貫通的寬禁帶半導體單晶生長、加工和外延設備體系和測試分析平臺。
半導體微納結構與物理
實驗室聚焦使役條件下（高溫、載荷、氣氛、輻照等）半導體性能與微納結構動態演變規律的重大科學問題，為硅及先進半導體材料技術突破提供理論支撐，推動微納結構調控新材料設計及產業技術提升。率先研制出了掃描電鏡和透射電鏡中的原位原子分辨熱力電耦合測試系統；首次實現了氣固催化反應過程原子級別的直觀成像，建立了外場調控活性位點的新方法。
參考來源：
浙江大學官網.浙江大學硅及先進半導體材料全國重點實驗室
學習時報.楊德仁院士：硅為何成為集成電路的首選材料？
（中國粉體網編輯整理/初末）
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