网易首页 > 网易河北 > 正文

因地制宜发展新质生产力|“河北造”金刚石助“人造太阳”点火

0
分享至

在安徽合肥科学岛上,伫立着一个高11米、直径8米的“巨罐”,这是中国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置。

“点燃”这个“太阳”,让它内部温度达到上亿摄氏度,需要注入数十兆瓦的微波能量,而传输这种能量,离不开一种微波窗口材料——直径4英寸、厚度接近2毫米的金刚石。

这种金刚石,产自河北。

中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)。新华社记者 陈诺 摄

近日,走进位于京津冀国家技术创新中心河北中心创新园的河北普莱斯曼金刚石科技有限公司,生产车间里,一台台MPCVD(微波等离子体化学气相沉积)人造金刚石机器正安静运行,记者透过设备观测窗,看到一团耀眼的亮光。

“这团光就是等离子体,内部温度超3000℃,它可以将气体原料中的碳原子分离出来,让它们像雪花一样一层一层地飘落在衬底上,‘生长’出金刚石。”河北普莱斯曼金刚石科技有限公司董事长孙振路说。

拿下这项核心技术,普莱斯曼用了十余年时间。

“大尺寸高品质金刚石在新一代半导体、量子计算等高新技术领域应用前景广阔,是争夺未来高科技领域战略制高点的关键材料。”孙振路告诉记者,915兆赫MPCVD技术,微波功率高、沉积面积大,是制备大尺寸高品质金刚石的关键技术,但长久以来,该技术被国外垄断,产品对我国限制销售,并且价格不菲,作为微波窗口材料的高品质金刚石,一片就要上百万元。

“设备依赖国外,发展就会受制于人。”2012年,孙振路和团队下定决心,自己研发!

不少人质疑:你一个地方小企业,能搞出什么名堂?

孙振路的底气来自于多年的研究积累。普莱斯曼公司成立于2009年,是由河北省激光研究所有限公司(原河北省科学院激光研究所)等投资成立的专业生产高质量CVD(化学气相沉积)金刚石的科技型创新企业。公司成立伊始,便开始研发MPCVD技术。2012年,该公司就掌握了2英寸金刚石的生产技术。

相比2英寸,生产大尺寸高品质金刚石,需要更大的等离子体尺寸、更高的能量密度和更好的稳定性,国内没有生产技术经验可循,只能摸着石头过河。

第一关,是如何让金刚石均匀沉积。

“‘生长’金刚石的气源主要有甲烷、氢气等,在微波作用下,反应腔中会产生等离子体,激发气体分子的化学键,使其解离、反应和重组,最终在衬底表面沉积。”项目研发负责人李义锋介绍。

原理不复杂,工艺却十分繁复。

李义锋将等离子体比喻成一个火苗。“拿火苗去烧一块板子,火苗固定的情况下,板子上的一个点会因为受热多一些,变得滚烫,其他地方则温度偏低。”李义锋说,等离子体也是如此,在反应腔中,温度高的地方,沉积速率更高,最终,沉积厚度不均会导致金刚石表面开裂、爆膜。

如何确保温度的均匀性?

研发团队一边设计、一边试验,熬了无数通宵,却屡试屡败。“大家都知道,要调整电磁场的分布,控制等离子体,但究竟如何调整、怎么控制,却没人能说出来。”李义锋回忆。

突然有一天,正在做试验的李义锋灵光一闪:要不,咱们改一改反应腔的结构?

大家觉得可以一试。测评对比、计算验证、系统联调……一番论证后,解决方案终于确定下来。研发团队改进了设备结构,同时,优化气流运行工艺,使金刚石沉积的均匀性大大提高。

设备稳定运行,也是一块难啃的“硬骨头”。

“大尺寸高品质金刚石每小时只能‘生长’几微米,而我们的目标是厚度至少达到2毫米,也就是说,设备单次稳定运行时间需要数百甚至上千小时。”李义锋说,最开始,设备频繁故障,根本无法长时间工作。

“病因”在哪儿?

一片金刚石的“生长”,有几十道工序,每一步都涉及众多参数,任何一个参数不适配,都有可能影响设备稳定运行。大家一个个查找,一项项改进,历经数百次失败,2016年,团队终于稳定制备出直径5英寸、厚度超过2毫米的大尺寸金刚石。

普莱斯曼公司将产品免费发给客户试用,不料,新产品虽然满足了尺寸和精度要求,但能量损耗高,性能指标还需要改进提升。

大家重新钻进实验室,继续优化沉积工艺,2017年,新一代金刚石沉积设备诞生,生产的产品一次性通过检测。

中国工程院院士、中国“人造太阳”项目首席科学家李建刚对该项目成果给予高度评价:普莱斯曼自主研发的915兆赫/75千瓦MPCVD设备在国内率先合成聚变堆用兆瓦级微波窗口,窗口性能指标达到国外同类产品水平,可替代国外金刚石窗口应用于我国聚变工程研究。

性能优异,价格又远低于国外产品,普莱斯曼的金刚石不仅在“人造太阳”上大显身手,还收获了国内外多家科研院所的订单,广泛应用在重点项目和重大工程上。

“原来的生产设备体积大、结构复杂,制造成本很高、维护困难。”李义锋说,近些年,团队不断优化设备结构和性能,使之更适合于大规模产业化生产需求。

去年年底,公司新增两台经过小型化设计的机器,单次稳定运行时间超1500小时,可沉积直径达6—8英寸。

普莱斯曼还想让这片金刚石更完美。

在公司实验室的一张桌子上,记者看到许多金刚石试验品,有的光洁透亮,有的含有杂质。“杂质会影响金刚石的透光性和热导率,在一些高精尖技术领域无法应用。”孙振路对记者说,他们现在正抓紧调整工艺参数,提高生产无杂质金刚石的成功率,“相信这片高品质国产金刚石,未来能闯出更广阔的市场。”(河北日报记者 王璐丹 刘荣荣)

相关推荐
热点推荐
华人姑娘打动退休矿主,拿下睡美人绿松唯一继承权,搅动国内市场

华人姑娘打动退休矿主,拿下睡美人绿松唯一继承权,搅动国内市场

电商在线
2024-06-13 16:46:14
京剧为什么没落了?京剧欣赏最大的障碍不是“慢”,而是没有节奏

京剧为什么没落了?京剧欣赏最大的障碍不是“慢”,而是没有节奏

蜉蝣说
2024-06-07 20:14:20
开房记录能保存多久

开房记录能保存多久

刑事黎律
2024-06-14 07:00:07
恶心,在银行取钱需要“警方”开证明?网友:还真被马云说对了

恶心,在银行取钱需要“警方”开证明?网友:还真被马云说对了

三月柳
2024-06-13 11:39:36
中国拒绝,俄罗斯拒绝,印度拒绝,不到24小时,泽连斯基对华摊牌

中国拒绝,俄罗斯拒绝,印度拒绝,不到24小时,泽连斯基对华摊牌

素年文史
2024-06-13 19:00:02
乔妹参加快乐向前冲发生意外,落水角度很尴尬,被网友恶意截图

乔妹参加快乐向前冲发生意外,落水角度很尴尬,被网友恶意截图

新游戏大妹子
2024-06-13 11:53:56
湖北开展第四次电动自行车联合检查行动

湖北开展第四次电动自行车联合检查行动

央广网
2024-06-14 11:50:28
细思极恐,很多可怕的推测最后证实都是真的

细思极恐,很多可怕的推测最后证实都是真的

原广工业
2024-06-13 21:56:03
威尔史密斯55岁归来,《绝地战警4》口碑出炉!观众评价一针见血

威尔史密斯55岁归来,《绝地战警4》口碑出炉!观众评价一针见血

头号电影院
2024-06-13 10:37:09
黄一鸣称怀孕生子全过程王思聪都知道,不要抚养费只想给孩子父爱

黄一鸣称怀孕生子全过程王思聪都知道,不要抚养费只想给孩子父爱

柠檬有娱乐
2024-06-13 15:48:35
“一块遮盖白布”引发的热议 艾森豪威尔号航母真的被打中了?

“一块遮盖白布”引发的热议 艾森豪威尔号航母真的被打中了?

武器知识
2024-06-12 22:00:37
全乱了!巴西坐拥5大顶级边锋,中锋人才断档:新9号不如里沙利松

全乱了!巴西坐拥5大顶级边锋,中锋人才断档:新9号不如里沙利松

刺头体育
2024-06-13 21:15:33
王曼昱:以卵击石!搬起石头砸自己!是利还是弊?

王曼昱:以卵击石!搬起石头砸自己!是利还是弊?

元爸体育
2024-06-13 21:25:41
与周总理关系最好的三位元帅,一位大将,分别都是谁?

与周总理关系最好的三位元帅,一位大将,分别都是谁?

熊熊说历史
2024-06-13 19:21:20
男子驾SUV雨夜坠入百米悬崖被救出:脾脏破裂,能否度过危险期仍需观察

男子驾SUV雨夜坠入百米悬崖被救出:脾脏破裂,能否度过危险期仍需观察

红星新闻
2024-06-13 19:59:17
硬碰硬!3艘055大驱开赴南海,迎战2艘美国航母,规模史无前例

硬碰硬!3艘055大驱开赴南海,迎战2艘美国航母,规模史无前例

鹅毛的大雪
2024-06-14 08:52:14
只要钱到位,啥姿势都会。网络“女主播”的遮羞布也被撕开了

只要钱到位,啥姿势都会。网络“女主播”的遮羞布也被撕开了

娱记掌门
2024-06-13 08:10:25
闹大了!律师:王思聪若拒养孩子或涉遗弃罪?

闹大了!律师:王思聪若拒养孩子或涉遗弃罪?

皖声微言
2024-06-13 11:56:58
20年前两家孩子被医院抱错5年,双方不舍换,孩子一句话让人泪目

20年前两家孩子被医院抱错5年,双方不舍换,孩子一句话让人泪目

谈娱新语
2024-06-13 22:05:40
仁爱礁已被全面封锁,小马科斯下达指令,要求菲军做好最坏准备

仁爱礁已被全面封锁,小马科斯下达指令,要求菲军做好最坏准备

张殿成
2024-06-13 12:49:10
2024-06-14 12:12:49

头条要闻

美军要炸沉4万吨级大舰 被指想要威胁东方大国

头条要闻

美军要炸沉4万吨级大舰 被指想要威胁东方大国

财经要闻

私募大佬孙强:中国为什么缺少耐心资本

体育要闻

乔丹最想单挑的男人走了

娱乐要闻

江宏杰秀儿女刺青,不怕刺激福原爱?

科技要闻

马斯克重获信任 豪言特斯拉市值超10个苹果

汽车要闻

提供100/240kW双电机版本车型 乐道L60实车曝光

态度原创

手机
旅游
数码
健康
公开课

手机要闻

Pixel 8 手机屏幕出现竖线与闪烁问题,谷歌宣布延长至 3 年保修

旅游要闻

中国女游客在泰国遭假冒司机性侵 嫌疑人竟是惯犯

数码要闻

NVIDIA高性价比显卡,给你助力游戏,赋能生产力

晚餐不吃or吃七分饱,哪种更减肥?

公开课

近视只是视力差?小心并发症

无障碍浏览 进入关怀版