校长杨德仁院士：硅材料开启了我人生的另一个35年

有关半导体的热议话题，从圈内延续至圈外，从2018年延续至2020年。

资本的炒作、股民的激进、国人的期盼，如今国产12英寸硅片的量产似乎被外界推崇为金钱的把戏，从而淡化了大硅片产业背后高技术、高门槛的特征。

“虽然国产12英寸硅片是国家的重大需求，目前主要依赖进口，但也不能盲目投资、无序竞争。”纵观国产12寸硅片的格局，中国科学院院士、硅材料国家重点实验室(浙江大学)学术委员会主任，浙大宁波理工学院校长杨德仁教授向《大国之材》表示。

△工作中的杨德仁

35年来，杨德仁不仅在应用基础研究上取得了重大突破，也将自己的研究成果写在了祖国大地上。他研究的具有自主知识产权的掺氮、微量掺锗、重掺磷等成果已在我国航天器、微电子、太阳能硅晶体等领域实际应用，支撑着我国半导体行业的技术需求，助力产业新增销售额超40亿。

与硅材料难题周旋多年，白发早已悄悄爬上他的鬓角，但谈起国产半导体硅片的相关话题，这位兢兢业业的科研者眼神变得锐利，时而仰扬顿挫，时而眉头紧锁。

01

羸弱的硅片

放眼历史长河，集成电路自1958年开始大规模产业化以来，已经走过60多年的历程。

“这是一个竞争高度激烈、资金高度集中、技术高度密集的高科技行业，其基础材料硅片也是如此。”

早在1970年前后，我国就已经建设了比较完整的硅材料产业链，包括高纯多晶硅、直拉硅单晶的生长和加工，并具有一定的硅片生产能力。但与当时具有先进水平的国际企业相比，国产硅片还存在规模小、质量差、水平低、效益低等问题。

“改革开放后，国外大量质量优异的硅片涌入中国市场，满足了国内集成电路发展的需求，但客观上也抑制了国产硅片产业的发展。”

或许从那时起，“自主可控”这条风筝线就已经开始松动。往后的40年里，尽管国内硅片领域的科研者和企业家都做了艰苦卓绝的努力，但面对国际“大鳄”，也只能在夹缝中求生。

“国内企业不仅要面对国际主流企业的技术垄断、质量垄断、价格垄断，他们还要面对国内下游企业对国产硅片质量、价格、技术的不信任。”提及我国错过硅片发展良机，心系国家硅材料的杨德仁愕然叹惋。

当我国集成电路依赖进口材料做得风生水起时，硅片四伏的危机逐渐被埋藏。直到2018年的中兴事件，以及近几年国外发布的封锁禁令，这把悬挂在头顶的达摩克利斯之剑才被看见。

02

冒进的资本

2018年起，国内集成电路硅片的建设热潮不断涌现。2019年，规模超2000亿的国家大基金二期宣布注册，不仅在整个半导体行业引起轰动，也让关注半导体产业的VC/PE投资人心头一震。随后，跟风的股民也开始高度“关注”。

可以说，硅片产业的高估值，一部分是产业本身需要高投入，另一部分是建立在人们对国产芯片的热情之上。

今年4月20日，不少人关注到登陆科创板的沪硅产业，其股票简称后面多了一个字母“U”。根据规定，需对在科创板上市时，尚未盈利及具有表决权差异安排的发行人的股票或存托凭证，做出相应标识。

据其2019年发布的财报信息可知，这家企业实际上还未开始盈利。但截至目前，其股价对比上市首日的发行价，累计涨幅超10倍。可见，沪硅产业即使被打上亏损标识，也难以阻挡投资者的热情。

被誉为“国产大硅片破局者”的沪硅产业，其12英寸大硅片月产能已达到10万片/月。并购、连续亏损的打击之下，这家坚持投资的企业仍相信，12英寸大硅片崛起的价值将远高于今天的损失。

虽长时间泡在实验室做基础研究，但杨德仁格外关注半导体行业动态。大硅片未来何去何从？杨德仁常常思考这个问题。“集中有限的资源扶持业内前几家有规模、有技术基础的企业，并让其发挥领头羊的作用，或许能带动整个产业的良性发展。”

目前，全球12英寸硅片的需求量大约为600万片/月，其中国际前5的硅片企业就占据了12英寸硅片98%以上的市场份额，如今这些巨头们还在扩产。

国内相关的需求量则为80-100万片/月，但我国在建的产能已经远超国内需求。可见，国内的12英寸硅片，一旦进入市场就意味着要与国际巨头展开正面交锋，并且没有任何的喘息机会。

机遇往往与挑战并存，尽管没有十足把握，但国内不少入围者却抱着名利双收的期望。因此，近几年国内宣布投资12英寸硅晶圆的企业多达20余家，总投资超1400亿元。

尽管杨德仁对国产12寸大硅片的落地信心十足，但如今的“全民造硅”格局，令他无比担忧。“实际上，留给我国12英寸硅片的市场空间并不大，因此要控制规模、防止过热，对缺乏技术人才、没有技术来源、没有技术积累、没有长久资金保证的项目要严格拒之门外。”

03

两种“命运”

虽同属硅片门第，但半导体硅片与光伏硅片的“命运”却天差地别。

其实，除了应用在半导体领域，硅片这类材料在光伏领域也大有可为。二者的差异主要表现在硅片类型、纯度、平整度等特征上，半导体硅片纯度标准要求为99.999999999%以上（简称11N），而光伏硅片纯度要求相对较低，约为99.99999%以上。

我国光伏硅片虽然也有一段跌岩起伏的心酸历程，但在2018年全球光伏产业链普遍降价30%时，中国光伏全行业当年产值超过4000亿元，连续11年位居世界第一。

任何产业的成熟，都需要经受市场的千锤百炼。经过一代代光伏人的不懈努力，在产业诞生至今的22年时间里，光伏电站的成本已经从每瓦几十美元下降到几十美分。可以说中国光伏产业从无到有，既是一曲跌岩起伏的壮歌，也是中国经济迎头赶超的历史缩影。

正如硅片的两种命运，杨德仁如今在科研领域硕果累累，关键是他曾在重要关头选择另一种人生。

1981年，杨德仁考入浙江大学材料科学与工程系（学院）材料及热处理专业。本科毕业后他考取了半导体硅材料的硕士研究生，其导师是时任浙江大学硅材料国家重点实验室主任姚洪年教授。

而他与半导体硅材料的故事，或许正是从1985年硕士期间研究直拉硅晶体材料的微缺陷开始。随着研究深入，他发现的问题越来越多，带着对直拉硅晶体材料的好奇他决定继续向科研深处奋进。

△杨德仁在德国TU Freiberg大学访问

1988年，杨德仁成为硅材料国家重点实验室创始人阙端麟院士的博士生，从事微氮直拉硅单晶的氧沉淀和杂质的研究。基于在硅材料科研领域的经验积累，杨德仁获得博士学位后，很想到产业去闯荡。

而杨德仁对待科研坚持不懈，敢坐冷板凳的决心，阙端麟都看在了眼里。不甘心我国硅材料研究失去好苗子，这位已经63岁的院士找到杨德仁一番长谈，希望他能留下来做科研。

“大致记得，阙先生告诉我硅材料的重要性、浙大硅材料在国家的学科地位、今后我们的工作任务等，鼓励我留在浙大好好干，会有很好的前途。”

恩师的一番话，让这位20多岁的年轻人热血沸腾，他当即决定留在浙江大学硅材料国家重点实验室（材料系）继续为我国硅材料的科研事业发光。

△杨德仁在硅晶体生长实验室

在科研路上探索，需要有推陈出新的勇气。1992年，在阙院士团队工作的基础上，杨德仁提出大规模集成电路用直拉硅晶体中有意掺入氮原子控制微缺陷的新思路。由于与主流观点相悖，当时在国际硅材料的相关会议上，常常只有浙江大学发表关于直拉硅单晶掺氮的科研成果，业界几乎都不看好。

“从开始自己做研究、发表论文，然后带着样品出国找合作，到后来国际硅材料领域的著名教授主动寻求合作，最后学术界、产业界开始跟踪研究掺氮直拉硅单晶的性质和应用，我们坚持了20年。”

2002年，杨德仁又提出了新的思路，开始尝试把锗原子掺入到硅晶体中。后来，这种硅晶体被应用在微电子和太阳能领域，成为重要的基础材料，产业界两家合作企业由此获得了超过10亿的销售额。

“现在回想起来，非常感谢阙院士的教导，在我人生最重要的关头，帮助和指点我选择了方向。”人生的选择如此，硅片的发展亦是如此，只有选对方向坚持做下去，才能孕育出新希望。

【个人介绍】

杨德仁，中国科学院院士、硅材料国家重点实验室(浙江大学)学术委员会主任，浙大宁波理工学院校长，主要从事半导体硅材料研究。曾担任20多个国际学术会议（分会）主席，50多个国际学术会议的国际顾问/程序委员会委员。第九届中国青年科技奖（2006年），浙江省 “十大时代先锋” （2006年），国务院政府特殊津贴（2010年），浙江省特级专家（2011年）,全国优秀科技工作者（2012年），全国劳动五一奖章（2016年），浙江省劳动模范（2016年），Elesvier中国高被引学者（2014-2019年）等荣誉。2002年获国家杰出青年基金，2017年入选中国科学院院士。

---

◆推荐阅读◆

▶浙大宁波理工学院融媒体中心出品 

▶来源 | 新材料在线®，《大国之材》原创文章，转载请联系微信：EILIG2014

▶今日编辑丨浙大宁波理工学院融媒体中心 陈梦瑶

▶责任编辑丨林丹虹

-上网不涉密 涉密不上网-

浙大宁波理工学院

▼

订阅号：nitnews

投稿邮箱：[e-mail]

或是直接留言官微后台

欢迎大家踊跃投稿

一经录用，有小礼品可以领取哦