星光 | 东大电子科学与工程学院、微电子学院院长孙立涛：借“原子制造”，筑未来电子

交汇点讯 在未来，显示设备可以薄如纸张，随意折叠、揣进口袋；“制造”不需要物质之间的加工、组合，物质本身的原子可以游动、生长成你需要的形态……日前，记者专访国家杰青、东南大学电子科学与工程学院、微电子学院院长孙立涛，他在采访中畅谈这些并不遥远的“梦幻技术”，也向记者“科普”国家拟设立的集成电路科学与工程这一新学科。集成电路代表着电子信息发展的最前沿方向，资本、创新、人才等要素在这一学科高程度密集。

建立国家级创新中心

全力突破高端芯片“卡脖子”问题

早前的电子科学与技术是以器件制造为主，然而，随着电子信息的不断发展，这门学科以及常提到的“集成电路”早已发展成为一类更为广泛的学科，数学、材料、物理、化学、计算机、自动化、机械等学科都与它相关，这也是为什么国家要设立“集成电路科学与工程”这一新学科的主要原因。“集成电路几乎涉及到生活的方方面面，它是目前很多新技术的支撑底座，大数据、人工智能、5G通讯、物联网、智能制造等新技术都需要通过它来实现。”在采访的一开始，孙立涛就强调，“技术底座”需要长期投入、长期坚持，所有梦幻的技术场景，都需要基础研究铺路。

在电子信息领域，芯片是“心脏”，是国家的“工业粮食”。孙立涛深有感触的是，市场换技术的道路是走不通的，真正先进的技术是换不来的，换来的往往也是别人那里已经过时的东西，由于基础研发力度不足，长期以来，我国在芯片相关的四大基础支撑方面：设计、材料、制造、表征等都存在不同程度的缺陷和短板。目前，中国的高端芯片仍非常缺乏，绝大部分的高端制造技术、设计、先进材料等都掌握在少数发达国家手中，孙立涛举例谈到，决定芯片制造精度的光刻机、划片后的一级封装机、芯片设计用的EDA软件、高纯的硅、高纯的金属及刻蚀用的酸等都是目前关键的“卡脖子”问题。

为了解决好高端芯片“卡脖子”问题，中国的高端芯片自主研发已经刻不容缓。“基础研究是整个科学体系的源头，是所有技术问题的总开关。”孙立涛将芯片“反击战”的关键放在技术基础支撑的大平台建设上，通过一系列基础研究的载体平台，逐渐补齐我国芯片链条的短板。结合地方优势产业特点，东大领衔逐步在南京江北新区建设国家级EDA（软件）设计创新中心，在苏州建设下一代材料研究所，在无锡建设纳微系统国际创新中心，逐一攻破我国芯片在设计、材料以及制造方面的瓶颈问题。

布局下一个十年

“原子制造”开启轻薄电子时代

芯片破局，已是箭在弦上。一方面，我们正时不我待地建平台、补短板；另一方面，我们相信，优势是可以创造的，而不是绝对受限于客观条件的。

“上一个十年，我们失去的，正在全力补救；下一个十年，我们必须做足准备。”孙立涛介绍，面向下一个十年的芯片技术，我国在芯片设计、新型材料、新型器件以及原位表征方法等方面，都“创造”了优势。以芯片设计为例，目前通过“高能效”设计，芯片速度可提升1～2倍，此外，通过二维材料、超材料以及相应的原位原子尺度加工与表征技术等，东大研发出各类面向未来的新型器件。

未来的电视可以薄如纸张，手机柔性屏可以折叠成手环，随意穿戴在身上……随着基础研究的突破，这类“超现实”场景其实指日可待。未来，不仅电子设备的场景在颠覆，就连“制造”也在被重新定义——制造不再是物质间的加工、组合，物质本身的原子可以游动、生长，按照你的设计，“长”成新样态，而车间将可能被一台仪器替代。

当前，孙立涛领衔的东大团队正在深耕“原子制造”，他们开辟了一种新的制造方式，在原子分辨的球差校正透射电子显微镜下，通过电、力、热，光等因素，引导原子的迁移，并提出“让器件生长”等全新制造概念。据悉，该项目的相关成果已发表在《自然》等国际期刊上，目前正处在实验探索期，随着相关技术的成熟，将大力推进电子设备向“轻薄”时代迈进，并开启智能制造“新业态”。

“技术世界没有恩赐，之所以强大，都是因为付出了足够多。”孙立涛认为，当前，底层技术的自主创新，依旧是我国电子信息领域的薄弱环节，只有持之以恒的加强基础研究，“应用端”才能延展出更多可能性。

乐观是被“低估”的科研品质

兴趣、主动性以及乐观，这是孙立涛科研育人尤为看重的三个方面。相对而言，比较令人好奇的是“乐观”，这为什么值得被强调？“乐观是被低估的品质，尤其对科研人来说，观察、试错是常态，高光时刻难得，再伟大的科学家一生也仅有过几次‘突破’，大部分是与失败相伴。”孙立涛说，如果没有“乐观”的态度，很多科研人会在郁郁不得志中选择停滞、或者放弃。

“失败”也是科研的一部分，它不是毫无意义，它甚至就是科学本身，更可以让其他人避开歧途，尽早找到破题路径，或者启发新的发现。“‘功成不必在我’，这样的价值观同样适用于科学研究，更多科研人有这样的心态，那么中国的科技发展就会更有希望。”孙立涛对学生的要求一贯“宽松”，他不盯进度，但看重科研诚信：论文可以慢一点，但数据必须真实；实验可以失败，但不能随意放弃。

事实证明，孙立涛的“柔性”育人方式，反而可以促进更多创新。“科学的世界，只有真理，没有权威。”得益于导师营造的“宽松”科研氛围，他的学生孙俊敢闯敢试。在孙立涛的指导下，孙俊与中科院微电子所合作，通过TEM实时监测RRAM存储器件在电学激励过程中的结构变化，成功获得了导电细丝生长和破灭的动态过程。该研究被认为是“本领域的重要发现”，对于深入理解氧化物固态电解质类型的RRAM的阻变存储微观机制提供了坚实的实验基础，被国际权威学术期刊《先进材料》（AdvancedMaterials）选为封面文章予以发表。

由于实验观测结果与经典理论预测的导电细丝生长过程完全相反，来自德国的经典理论创立者当即撰文质疑，孙俊等人经过一年的周密准备和后续实验，回复了质疑，不仅让“学术大牛”不得不承认了他们的成果，而且获得了学界的广泛关注和认可。目前，该理论模型已经得到了学术界的公认，论文被引次数超过200次。

科研不只是面对卷帙浩繁的文献挑灯夜读，也不只是对海量实验数据的条分缕析，更是有趣优美的体验…….孙立涛始终提倡“快乐科研”，以兴趣为动力，充分挖掘科研的自主性，才能走得更远、更扎实，“科研是一份兴趣+许多快乐。”

交汇点记者 王梦然

编辑: 谢诗涵