以信仰的力量打破技术封锁——中国恩菲副总工程师、全国劳动模范、共产党员严大洲的硅业报国情怀

2020年10月15日 8:17 1704次浏览 来源:   分类:   作者:

导读:   严大洲,中共党员,教授级高级工程师,中国恩菲工程技术有限公司副总工程师、洛阳中硅高科技有限公司总工程师。先后承担40余项大中型科研、设计、总承包项目,主持并完成国家电子基金项目、“863”计划课题7项。荣获国家级、省部级科技奖数十项。享受国务院政府特殊津贴。获全国劳动模范、全国有色金属行业设计大师、国家“百千万人才”工程等多项荣誉。

严大洲,中共党员,教授级高级工程师,中国恩菲工程技术有限公司副总工程师、洛阳中硅高科技有限公司总工程师。先后承担40余项大中型科研、设计、总承包项目,主持并完成国家电子基金项目、“863”计划课题7项。荣获国家级、省部级科技奖数十项。享受国务院政府特殊津贴。获全国劳动模范、全国有色金属行业设计大师、国家“百千万人才”工程等多项荣誉。

大约1.7米的个头,说话慢条斯理,不管和谁打交道,总会习惯性地说“谢谢”。单看外表,你觉得他就是一个和蔼可亲的长辈,很难把他和中国多晶硅行业的领军人物、全国劳动模范这样的称号联系起来。这就是中国恩菲副总工程师、全国劳动模范、民族多晶硅技术的奠基人,一位做出了不平凡成就的中国共产党员——严大洲。

硅业报国 创新不止

2002年,光伏行业发展中的多晶硅产业关键核心技术受制于国外技术封锁,国内市场几乎全部依赖进口,这给中国光伏行业的发展带来了巨大影响。“卡脖子”技术被西方掌握,怎么办?此时,中国有色工程设计研究总院(今“中国恩菲”)的严大洲收到通知,公司将在河南洛阳建立洛阳中硅高科技有限公司,致力于多晶硅领域的技术研发,打破技术封锁。

而他,则是科研带头人。

“能不能行?”当时的公司领导这么问他。

“没问题,什么时候出发?”严大洲毫不犹豫。

“跟家里人说一下,准备动身吧!”

就这样,严大洲和一批技术专家来到河南洛阳,开启了产业化多晶硅的梦想。

当时,世界范围内的多晶硅研发技术完全掌握在德国、日本等西方国家手中,国内在该领域的研究几乎是一片空白。因此,严大洲面对的不仅是几乎一无所有的厂房和实验室,还有近乎空白的相关技术资料。

条件是艰苦的,挑战是严峻的,责任也是艰巨的。面对艰难困苦,严大洲没有气馁。从小就深受党的教育、已经成为一名优秀共产党员的他深知,中华民族近百年由弱到强,从一穷二白到屹立于世界东方,就是靠着一代又一代中国共产党员的拼搏奋斗。现在,一个报效国家、改写历史的机会摆在他面前,他当然义不容辞。

当时,严大洲第一步考虑的就是从主流的3对棒到12对棒还原炉的自主研发。12对棒还原炉较之前的不仅增加了硅棒数量,硅芯的高度也从1米增加到了1.8米。而这不仅仅是整体扩大一样的简单,严大洲率领团队在充分核算了热场、流场的合理分布后,自主设计并委托辽宁一家企业制造了第一台12对棒还原炉。

由于设备全部是自主研发,没有前人经验,全靠摸索。当时面临的第一个问题就是硅芯无法击穿的问题,这是还原反应的第一个关键环节。

严大洲作为负责还原工艺的技术人员,和对电气方向的专家毋克力一起研究调整打压系统。严大洲回忆说:“毋克力和我一起从小试项目走来,有着丰富的专业经验。”经过对炉内温度、硅芯高度等各种核算,最终他们成功将打压系统调到了1.2万伏,电压调整后,当硅芯通红地出现在大家视野中,当时从北京一起过来的同事们都激动万分,团队里年轻的小姑娘哭得稀里哗啦。

然而,严大洲和团队依然面临一堆问题。硅芯在还原炉中是在石墨座上用卡瓣固定,在石墨底座下面是地盘,电极在内部通过地盘和石墨底座连接硅芯。硅芯击穿需要高压,高压系统也带来了其他设备问题。严大洲和他的技术团队当时几天几夜都睡不着觉,感觉每一步前面要对付的“怪兽”抵抗力更强。为了赶项目进度,确保项目按时验收,严大洲和团队里的党员组成党员先锋队,通宵达旦地加班调整思路改图纸。最终,严大洲根据电压电流情况调整了石墨底座间距,为避免棱角处尖端放电,改变了底座形状,并在洛阳找到一批优秀的技术工人,请他们用钢锉人工作业,解决了石墨底座的问题,再次攻克了一项技术难题。

当时还有一个很大的问题,就是硅芯倾斜造成倒炉。硅芯是用卡瓣固定在石墨底座上,最初用的卡瓣是两瓣型,之前倒炉并未考虑问题。然而,经过对数据的总结分析,严大洲提出了这个疑问,并顶着质疑的压力,坚持改为三瓣、四瓣,这样接触面变大,卡得更紧,降低了倒炉的可能。

就这样,严大洲一次次面对困难,一次次攻坚克难,以一个党员的担当和责任,战胜了一个个挑战。多晶硅终于在洛阳顺利生产了,这也成为国内首条规模化的产业线,成功打破了国外长期以来对中国多晶硅生产的技术封锁和市场垄断,帮助国家摆脱高度依赖进口的困窘局面,开始解决光伏产业“两头(原料、市场)在外”的“一头”问题。

此时,改写了行业历史的严大洲却没有丝毫沾沾自喜,为人低调朴实的他以现有的技术突破为基础,在科研的道路上继续前进。他带领团队先后承担了科技部“863”计划项目3项、国家科技支撑计划课题5项、国家高新技术产业化项目3项、国家产业振兴和技术改造项目1项以及省市科技攻关和技术改造项目240余项,申请专利近200项,并将这些科研成果进行产业化,不断引领行业发展。这不仅体现了一个科技工作者的能力,更是一个优秀共产党员勇于担当,实现硅业报国的有力证明!

心怀曙光 破浪前行

对于一个战斗在科技岗位上的共产党员而言,这是一个最好的时代,也是一个伟大的时代。国家的高质量发展,需要他们运用自己的智慧与才华,书写属于这个时代的传奇。在严大洲带领中国光伏行业走出困境的10多年后,中兴事件、华为困局,都暴露出我国电子信息产业、光纤通信行业原料、技术受制于人的不利局面。新时代、新征程,共产党员总是出现在党和国家最需要的地方。严大洲和他的团队又开始聚力高端,潜心研究国家紧缺的芯片用电子级多晶硅料和电子特种气体以及光纤通信行业的原材料。

硅业报国,激励他们向着助力中国电子信息产业崛起的新征程进发。

电子级高纯多晶硅和区熔级多晶硅是制取集成芯片的超纯原料,但是这个市场一如十多年前的光伏用多晶硅产品,却长期被美国、德国、日本垄断,“做国家急缺的高端硅基材料!”这是具有民族情怀的科技工作者严大洲的追求。

虽然同为多晶硅,但是技术难度完全不在一个级别。电子级多晶硅对纯度的要求极高:施主杂质含量不高于0.15ppba,受主杂质含量不高于0.05ppba。所以,生产电子级多晶硅对技术的要求也极高。严大洲对团队成员说:“我们每个技术人员,都要站位高,尤其是共产党员,心里要有大视野、大格局,才能在科研中静下心来,只有忘记个人小得失,也才能做成大事情,不辜负所学。”电子级多晶硅车间因为属于超高纯环境,需要穿戴高纯服,而高纯服的密闭性极强。严大洲和技术团队经常一待一天,冬天外面北风呼啸,严大洲他们已经在严密的高纯服里大汗淋漓。

因为有信仰,所以无悔于坚持。

通过精馏和反应精馏络合的工艺,他们有效地除去了原料三氯氢硅中金属杂质和B、P等施主受主杂质,采用高纯氢气纯化技术,有效去除氢气中C、O、N等杂质;在设备方面,为了有效控制杂质,严大洲对每一个电子级多晶硅生产使用的管道、仪表阀门等重要系统配套部件全部亲自过问,确保材质满足高纯产品所需。

无数的夜晚,在洛阳生产基地的办公楼二楼有一盏灯总亮到凌晨,那是严大洲的办公室。从理论研究、评价炉检测,到应用于还原炉的试生产,再到整个车间的稳定生产,严大洲带领科研技术人员在无数参数数据的计算、对比、推翻、再确定的过程中,经历着“残酷”的自我否定和惊喜的科学肯定。黑夜熬白了他们的黑发,从电子级多晶硅试验成功,到区熔级多晶硅的研发成果转化,他们用坚毅的韧性迎来了胜利的曙光。

严大洲带领团队致力于集成芯片的超纯原料的同时,也不忘思考如何利用目前成熟生产工艺,研发集成电路产业中其他制约发展的产品。

一块电路芯片由100多亿个晶体管组成,晶体管通过纳米级电线,经外延、光刻、气相沉积、离子注入、扩散、刻蚀、清洗等诸多工序连接在一起,这个过程需要110种电子气体进行构造和塑形。这当中,硅基电子特气占比近半,其质量直接影响半导体集成电路芯片的质量和性能。

目前全球半导体用电子气体市场呈现出寡头竞争的格局,美国、法国、德国、日本几家企业的电子气体产量之和全球市场占比90%以上,许多气体在国内的生产仍是空白。只要这些核心技术被国外控制,芯片技术的自主国产化就很难实现。

严大洲当然不会放弃这些领域的研究。

多晶硅还原炉内反应十分复杂,已知的反应高达十几种,原料三氯氢硅和氢气在炉内高温硅芯表面发生气相沉积反应,生成棒状多晶硅,同时副产四氯化硅、氯化氢、二氯二氢硅、三氯氢硅、六氯乙硅烷、六氯乙硅氧烷等化合物,在此过程中,还原炉内硼磷及金属杂质含量低至ppb级别,因此副产物纯度很高。正因如此,这些低杂质副产化合物更适合用来作为硅基电子特气的原料。为了让这些“原料气”达到集成电路的高纯等级,严大洲带领团队以专项研发攻关小组为单位,并鼓励每个单位发挥“头脑风暴”的作用,集思广益,同时鼓励每个技术人员要敢于尝试,勇于面对失败与挫折。

在这样日复一日的刻苦钻研下,自2014年至今,他们攻克了一个个难题:

——利用精馏和吸附技术有机结合形成了一套独特的提纯技术,使得OVD级高纯四氯化硅产品各项金属杂质含量均小于1ppbw,PCVD级超高纯四氯化硅产品各项金属杂质含量均小于0.5ppbw。

——通过对常规精馏的三氯氢硅中20多种微量组分的赋存状态、结构、化学反应机理的深入研究,开发了络合精馏纯化工艺,实现对产品中痕量杂质的去除,同时加上其他创新性工艺提升技术,成功制备出了半导体用电子级三氯氢硅,加之自主研究开发了全自动充装技术及装备、在线密闭取样装置和电子特气检测方法,产品指标可完全满足客户需求。

——通过闪蒸加高效过滤的方式去除了多晶硅系统残液中的固体杂质,发明了一种全新的绿色环保型氯硅烷残液即六氯乙硅烷回收提纯工艺,并进行了产业化应用,同时通过填料制备工艺、产品精细化前处理等具备自主知识产权工艺优化,成功制备了半导体用电子级六氯乙硅烷。

随着一个又一个令人惊喜的成果被严大洲团队研发出来,他们也收获了骄人的成绩:先后获得国家科学技术进步二等奖、中国专利金奖、中国专利银奖、中国工业大奖提名奖、省部级科技进步特等奖1项、一等奖6项、中国有色金属工业科技进步奖一等奖等重要荣誉40余项。此外,严大洲还成为了国务院授予的“特殊津贴”专家、全国劳动模范、全国有色金属行业设计大师,并入选国家“百千万人才”工程、“有突出贡献中青年专家”、首届中国“杰出工程师”、中华杰出工程师、中原学者、河南省优秀专家、河南省高层次人才和洛阳市领军人才。

志存高远才能行稳致远。严大洲常说:“路漫漫其修远兮,吾将上下而求索,就是我目前的心态。在中华民族伟大复兴的道路上,作为一个一辈子研究硅材料的科技人员、一个信仰坚定的共产党员,不论是国家的发展,还是子孙后代的生活,我都深感不断创新占领高端的迫切性,也深感责任重大。”

一路走来,行业内在困难面前退出者比比皆是,严大洲却坚信,没有经历艰难困苦的人,就不是一个完整的人,只有历经艰难困苦,方能玉汝于成。对于企业的发展、技术的研发,亦是如此。一个有家国情怀的共产党员,一个为梦想努力过的人,才是一个不负于己、不愧于党的人,也正是这样的人,才能不忘初心、砥砺前行,创造行业的辉煌!

责任编辑:周大伟

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