在一张头发薄厚、米粒大小的透明塑料薄膜上雕刻出复杂的电路,对“离子束加工”是小菜一碟。北京埃德万斯公司,一家不到百人的小公司,不声不响地持有这一前景无限、体现国家顶级加工能力的利器。

初冬,中关村环保园一间工厂里,几十台离子束刻蚀机、镀膜机正在运行。所谓离子束刻蚀,就是用电磁场剥离氩气的电子,剩下的氩原子核被电场加速,冲向靶材料,逐个击出靶件表面原子。

离子束是原子级的加工手段,无论刻蚀纳米纹路、制造微纳米薄膜,还是要绝对零件做表面抛光,都要用离子束。可以说它是终极精度的刻刀。埃德万斯的离子刻蚀机加工能力之强,位居世界前列,但价格不及国外竞争者的一半。

离子束设备曾被列入巴黎统筹委员会禁运名单。1977年,为了制造更为精密的航天电子元件,钱学森提议在航天二院第23研究所设立“离子束技术、工艺及成套设备系统工程部”,由刘金声研究员负责开发中国的离子束设备,并于1980年推出国内第一套商用机。这套设备性能优异,1987年被定为“取代进口和供出口产品”,同年即远销美国麻省大学。1990年获得了国家科学技术进步二等奖。

但此后,就是长期沉寂,没有人发掘它在航天电子元件制造之外的潜力。2001年,刘金声创立了“北京埃德万斯离子束技术所”,不断提升离子束设备性能。改进后的离子束刻蚀机,功耗才两百瓦,容易拆装,可靠耐用。

直到近几年,第三代半导体材料走入业界视野,离子束技术随之受到重视。所谓第三代,指的是硅和砷化镓之后,碳化硅、氮化镓、氧化锌、金刚石、氮化铝等宽禁带半导体材料,它们被期待成为微电子和光电子业的新引擎,但停留在实验室和初级商用阶段,因为制造工艺尚不成熟。

例如氮化铝薄膜,适用于压电和介电元器件、高频宽带通信等。有了它,能敏锐感知温度和压力变化的传感器会像肥皂泡一样薄,但制备氮化铝是个难题,世界顶级厂商设立了技术壁垒。

埃德万斯利用双离子束,一束将铝原子轰击出来,一束辅助铝原子沉积为薄膜,精确控制氮化铝薄膜的晶体结构生成,开辟出一条攻克难题的新路。

硅集成电路的制作是用化学反应为主的微纳加工手段,技术虽相对成熟,但在更多诸如金属、合金、陶瓷、超导等非硅材料的加工中就无能为力了。

几乎所有下一代声、光、电、磁微型元件,都适合用离子束在微纳米级的薄膜上雕刻。化学实验室可以用离子束来辅助新材料生成。有趣的是,离子束刻蚀机甚至被一家考古实验室买去,用来精确无损地清扫古代的骨头标本,进而精准测量碳14含量。

埃德万斯公司负责人表示:随着新材料涌现,离子束技术作为非硅微纳加工的理想工艺,将引领国内微纳制造产业的下一波突破,让中国拥有核心科技。离子束工艺技术的每一项应用分支都通向蓝海,将助力中国跻身制造强国。

(科技日报北京12月10日电)