獨家丨他辭去終身職位、帶團隊回國，要攻下半導體最卡脖子的環節

不久前，達博做出了一個重要決定：辭去日本國立材料研究所（NIMS）的永久研究職位，帶領一支由多名獨立科研骨干組成的團隊回國發展。

深耕半導體裝備關鍵材料與核心部件領域多年，達博是極少數深度參與 2022 年后國際半導體一線產業項目的中國籍學者。他牽頭美國泛林集團（Lam Research）與 NIMS 聯合研發項目，聚焦臺積電 3 nm 量產產線，主攻電子束設備、刻蝕設備的關鍵材料與核心部件研發與應用攻關 [1]。

圖丨美國泛林集團捐贈新聞稿（來源：泛林日本）

做出回國抉擇，他放棄了諸多優厚機會。泛林集團與他長期合作，過往曾多次給予無償捐贈支持。今年 4 月 27 日，在得知他決意辭職后，泛林方面隨后再次提出無償捐贈支持，希望其繼續推進相關合作研究。與此同時，多家海外企業也向他拋出優厚合作條件，但這些因素已不能動搖達博全職回國的決心。

如今，他已正式受聘于母校中國科學技術大學工程科學學院擔任講席教授。這個選擇看似突然但恰好踩在一個關鍵節點上：當半導體制程逼近亞納米尺度，決定勝負的不再只是半導體裝備的設計與集成，而是那些裝備中更底層、也更難被看見的材料與部件能力。

他和團隊想做的事情不僅是在高水平學術期刊上發表論文，更是要為國產半導體裝備筑牢自主可控的“筋骨與基石”。恰逢當前國內半導體產業攻堅的關鍵時期，此時回國正當其時，團隊多年積累的行業積淀與技術經驗，也正好能為國家產業發展貢獻力量。

那個從甘肅大山走出的少年，成為 NIMS 最年輕的永久職位研究人員

這位 85 后出生于甘肅省隴南市康縣。康縣素有“隴上江南”之稱，山水秀麗，卻也因地處秦巴山區、交通不便，教育資源十分有限。他以市應屆高考狀元的成績，進入中國科學技術大學物理學專業就讀。

達博回憶道：“年少讀書時只有一個想法，那就是通過積極努力去獲得改變環境的機會。在那個交通閉塞的年代，我對世界的很多認知都來源于書本，對未知世界的渴望和想象是我學習最大的動力。”

從本科到碩士再到博士，達博在中國科學技術大學度過了 9 年時光，師從丁澤軍教授。在此期間他圍繞半導體裝備進行了大量理論研究，本科畢業論文是用理論方法研究電子束曝光機的工藝問題。

在中科大求學期間的數理功底與基礎研究積累為日后的發展打下了堅實的基礎，達博也找到了明確的發展方向——先進制程半導體裝備中的關鍵材料與核心部件。彼時，日本在半導體設備領域處于領先地位，荷蘭 ASML 公司還不像如今那樣有名。

圖丨達博的谷歌學術頁面（來源：谷歌學術）

2013 年，達博在獲得博士學位后，來到 NIMS 進行博士后研究。用達博的話描述，他將之前“看到的、想到的在 NIMS 全部印證了一遍”。

在 NIMS，達博打破了多項紀錄。一般來說 tenure track 需要三到五年才能獲得終身職位，而達博僅用了一年，成為 NIMS 獲得終身職位最年輕的學者。此外，他也是 NIMS 中科研項目最多、與產業結合最緊密的年輕學者之一。

2017 年 4 月 1 日，NIMS 開年大會上，達博在同一天兩次“登臺”：第一次是作為新人做入職介紹，隨后又憑借 tenure track 階段的成果，斬獲 NIMS 最高獎“理事長賞”。時任 NIMS 理事長、現任日本 JST 的理事長橋本和仁（Kazuhito Hashimoto）先生甚至開玩笑說，他一輩子能拿的獎，入職第一年就全拿完了。

（來源：NIMS 官網）

2001 年，NIMS 由日本國立金屬材料研究所（NRIM）與國立無機材料研究所（NIRIM）合并成立，但一直沿用金屬所此前的宣傳語已有二十幾年。2023 年，NIMS 面向社會有學術影響力的研究人員征集宣傳語，達博從一句樸素的哲學道理中汲取靈感，提出了“材料改變世界，我們創造材料”，并被采納沿用至今，這也是日本國家級研究機構中唯一采用的外籍人員提出的宣傳語 [2]。

亞納米時代，看不清還是看不準？

當下，臺積電正在推動 1.4 nm 等下一代先進制程節點，半導體制程正在向亞納米尺度邁進。以往的成熟制程隨機誤差偏小，然而在亞納米尺度的測量，隨機誤差顯著增大，無法再用單一、少量參數來簡單標定精度，必須在參數收集階段即引入更復雜的模型。但這種復雜模型在人的感知中是模糊的圖像，每個像素及其統計波動都包含關鍵信息。

半導體制程演進，首先要解決“如何在更小尺度看清和看準”的問題。

隨著先進制程的細節要求越來越高，電子束量檢測設備正在成為半導體領域不可替代的工具。在芯片生產加工過程中，結構成型、圖形按照目標圖形生產、晶圓表面或結構表面是否殘留光刻膠以及各類缺陷等各個方面都需要精準排查，而這些因素都與半導體的良率密切相關。

另一方面，先進制程下缺陷愈發微觀，需要捕捉到微弱信號。傳統的光學手段由于波長受限，很難在小尺寸實現觀測；而電子束波長在亞納米級別尺度，既能在光學基礎上看得更小、更清晰，還能探測比光學手段更豐富的信息，例如深孔觀測，其已成為存儲芯片制造領域最核心的問題之一。這就像是在醫學領域中用肉眼以及 X 光觀測人體，所獲取的信息維度完全不同。

根據公開資料顯示，在電子束量檢測設備領域，達博曾重新定義亞納米尺度下微觀觀測的底層邏輯。他借鑒電阻測量四探針技術與紅外天文學領域的 Chop-Nod Method，原創提出“白色電子”研究方法 [3]。

該方法通過多次關聯測量，有效屏蔽襯底背景信號干擾，實現半導體微納缺陷的精準表征與定量解析。其核心創新是把非單色二次電子（SE）能譜整體作為探測信號，構建出微弱信號超高通量探測、識別與分析的全新技術方案。

在科研應用案例中，該方法能夠依托納米材料透射率的細微變化，精準獲取襯底表面僅 1–2 個原子層厚度納米材料的定量信息，檢測效率相較傳統多層探測法提升近兩個數量級。

而在這項研究過程中，也讓達博第一次強烈感受到半導體的產業和學術界不同的需求：對于產業界而言，只要方法管用、能給企業節約費用就是好方法；而在發表學術論文時，以“白色電子”方法相關論文為例，審稿人糾結的是，提取出來的結果是很多實驗的組合，那它到底代表的是什么樣的信息？這背后究竟有怎樣的機理？

為此，達博在數學和物理層面花費了很多時間和精力進行證明。達博進一步解釋道：“學術界更看重的是方法創新，假如在 100 次實驗中成功一次可能就可以發表論文，但產業界的期望是 100 次實驗中一次失敗都不要有。”

圖丨“白色電子”方法的可視化（來源：Nature Communications）

這種學術與產業的認知差異，也讓達博在先進制程量產研發中有了更深體悟，其中就包括臺積電 3 nm 產線關鍵部件研發。在他看來，成熟制程與先進制程的本質區別是，前者是“長板驅動”，即追求某幾個關鍵部件的極致性能，其他部件的問題是可以被掩蓋的；而后者是“短板致死”，尤其是在量產線上，整個裝備中尤其是工作在等離子體、腐蝕氣體、高溫或高真空的所有材料與部件，其任何微弱的影響都可能破壞整體性能的表現。這就像是牽一發而動全身，因此先進制程在量產線上，是一個不斷對部件找問題、找方案的過程。

在這個過程中，達博意識到一個更根本的問題：現有電子束設備中，可被有效利用的電子束流比例極低。要突破這一瓶頸，必須從材料本身的結構入手。為此，達博制備出圓柱對稱旋轉晶體（CSRC，cylindrical symmetric rotating crystals）[4]，并開創衍射電子光學領域，NIMS 時任理事長橋本和仁（Kazuhito Hashimoto）評價這項成果為“具有與準晶發現相當的原創性意義”。

（來源：Science and Technology of Advanced Materials: Metho）

在傳統認知中，認為有序的材料就是晶體，例如單晶和多晶等。2011 年諾貝爾化學獎授予了一種短程無序、長程有序的材料——準晶（Quasicrystal）。圓柱對稱旋轉晶體與準晶類似，不同點在于，準晶需要旋轉后再平移，而圓柱對稱旋轉晶體是與單晶、準晶同體系下的新結構，它不需要平移，僅需旋轉即可實現原子排序，這是在球坐標下對稱性最高的狀態。

這種新結構的獨特之處在于，改變了電子與材料相互作用的方式。傳統電子束依賴電場和磁場調控，如同用磁鐵去約束四處飛濺的水花。但是，電子發射大多數情況下發散分布，比如熱場發射燈絲，發射的電子束流是毫安量級（10-3），但真正又細又直、能被探測到的往往只有納安量級（10-9），中間差了百萬倍。

而圓柱對稱旋轉晶體是衍射方式約束聚焦，對電子的方向和速度都不敏感。它利用衍射效應，類似于光學中利用衍射透鏡對光線進行聚焦，把原本發散電子的方向重新約束起來，從而讓薄膜材料也具備了類似電子凸透鏡的功能。至此，類比光學中的衍射光學分支，這一材料的誕生，使電子光學領域中，多了衍射電子光學這一細分領域。

據理論估算，即使是非單色，非準直的電子束穿過圓柱對稱旋轉晶體，在恰當的條件下，其聚焦效率可以接近 1%，如果采用塊體電子發射源，其可被有效聚焦利用的束流強度，理論上有望比傳統方案提高數萬倍甚至十萬倍。未來如果該方法可行，并行電子束曝光機的效率將有機會超過現有的 EUV，進而有望改變整個半導體行業的生態。

圖丨日立財團倉田獎勵金視頻采訪（來源：日立財團官網）

憑借這一開創性貢獻，達博在國際學術與產業界獲得高度認可。2026 年，他受邀成為日立財團倉田獎勵金唯一外籍受訪學者，接受官方視頻專訪并獲重點推介——該獎項創辦于 1967 年、底蘊深厚且門檻嚴苛，受邀參與官方專訪者寥寥無幾 [5]。

在學術圈層，日本電子束領域泰斗、大阪大學名譽教授志水隆一，更是對其高度認可，將他視作自身學術體系的傳承接班人。

整建制歸國：一次提前押注

為了應對臺積電等的苛刻要求，美國泛林集團（Lam Research）與 NIMS 強強聯手，攻關 3 nm 量產線中刻蝕設備中與等離子體接觸的關鍵材料與核心部件。而達博是這一聯合研究項目的負責人。

多年來，達博長期主導先進制程刻蝕設備、電子束量檢測設備的關鍵材料與核心部件領域。當前國內正處在從成熟制程向先進制程跨越的關鍵時期，中微半導體、北方華創等企業已在刻蝕設備領域取得不俗進展，但刻蝕設備底層關鍵材料與核心部件仍存在短板；相較之下，高端電子束量檢測設備的國產化整機能力更是基本處于空白狀態，亟待依靠底層材料與核心部件的自主創新實現破局。

此前，國內頭部半導體設備企業核心負責人也曾勸達博回國：哪怕是關鍵方向性的行業信息，都可能幫國內省下幾百萬甚至幾千萬的研發成本——就像魔方，知道解法和盲目探索存在巨大差距。

家庭因素同樣是促成這次歸國的重要考量。孩子今年已經 8 歲，在日本長大的他，與中國文化的聯結始終有限——這讓他開始認真思考：孩子應該在更深厚的中國文化土壤中長大。

實際上在 NIMS 工作期間達博就意識到：一個人能做的事情有限，要把制造半導體設備這件事做到極致，一定要靠團隊共同協作。因此，從 2016 年開始，他就開始將同門師兄弟通過人才引進的方式在 NIMS 組建團隊，并且多年的協作與默契讓他們建立了深厚的情誼。團隊目標很明確：將中國的半導體裝備材料和部件做到與國際相當的水平。“如果能達成這個目標，我覺得這輩子的奮斗就值了。”達博感嘆道。

（來源：受訪者）

在達博全職歸國前，團隊中已有部分成員先期回國，圍繞電子光學相關方向開展工程化與產業化探索，并參與合肥國鏡儀器科技有限公司等產業化平臺建設。隨著后續科研人員陸續回國，團隊在基礎研究、工程驗證與產業協同等方面的能力進一步完善，開始形成“科研—工程—產業”相互支撐的發展模式。

談及團隊整建制回國，對此他感慨萬千，并指出，優秀科研人員回國發展相對順利，但優秀工程青年人才鮮少回國。原因在于科研人員可通過論文、獎項等直觀評判，而工程人才的核心工作因涉密等原因大多不能公開發表，且關鍵技術單憑個人無法落地，需團隊從研發到量產的全過程，評價周期長。

“這是領域面臨的一個現實難題。即便是像我們這類配合默契的完整團隊一起回國，也需要各方妥協讓步，但好在我們有共同的奮斗目標。”達博表示。

不止于“國產替代”：從底層材料出發，為中國半導體裝備鑄魂

當下國內半導體裝備產業規模正在逐步形成，但高校和科研層面的配套布局還不夠明晰，未來亟需產學研深度融合發展。目前設備設計和整機集成國內已具備成熟能力，但關鍵的幾種材料和核心部件仍未能實現自主制備，高度依賴日本引進。

實際上，國內的課題組并不缺豐碩的成果，但普遍缺少把單點實驗室材料，轉化為量產可替換核心部件的工程落地能力，這也是國內半導體裝備國產化最大的現實短板。

在研發落地模式上，NIMS 一套整機替換驗證的研發工藝極具借鑒價值。半導體產線無法停機配合新材料驗證，要實現新材料規模化導入量產，必須先將材料做成標準化部件，放入和商用產線環境高度一致的整機設備中做替換測試，再經過長時間細節打磨，才能最終獲得產線認可。這也是即便歐美擁有頭部半導體設備企業，但全球半導體裝備材料與部件供應鏈仍高度集中在日本的核心原因之一。

在先進制程推進路線上，國內暫未實現 EUV 光刻機產線商用落地，現階段主要采用 DUV 多重多次曝光技術路線。但多重曝光會不斷增加工藝流程，每新增一道工序都會帶來芯片良率下滑。

國際廠商在電子束量檢測中的抽檢覆蓋率要求相對寬松，而國內受多重曝光工藝影響，對檢測覆蓋范圍要求大幅提高。這對國產電子束量檢測設備的檢測效率和先進制程適配能力，提出了更高標準。若能落地更高效率、更強適配能力的電子束量檢測方案，可有效彌補無 EUV 工藝的短板，緩解芯片量產良率壓力。

從技術迭代趨勢看，2022 年起電子束量檢測已從沿用近二十年的熱場發射，轉向冷場發射技術路線。冷場發射具備高束流強度、檢測速度快的優勢，既能滿足存儲芯片刻蝕深坑檢測、線路導通判定等剛需，還能提升抽檢覆蓋概率，對降低高端芯片生產成本、拉升量產良率價值突出。

同時冷場發射技術適用場景廣闊，可用于光伏器件等弱導電樣品觀測，也適配生物醫療電鏡病理分析、病變篩查、病毒檢測等低損傷高分辨檢測場景。達博認為，未來 3 到 5 年，冷場發射技術有望率先在研發與工藝導入環節實現規模化應用，后續再逐步滲透到半導體量產環節。

國產化破局要遵循先對標、再深耕的路徑，首先在關鍵指標上對標國際一流水平，在此基礎上立足現有技術向內沉淀、底層攻堅。行業當下最迫切的任務，是搭建起底層材料與核心部件自給自足的完整配套體系。

長遠來看，達博的目標是實現半導體關鍵裝備核心材料、核心部件全面國產化，讓我國在全球半導體產業競爭中掌握更多話語權與產業硬實力。短期則要正視現有短板、搶抓時間窗口補齊產業鏈配套；他希望未來十年能夠把基礎科研、工程落地、產業發展與國家戰略需求進一步結合，搭建完善、可持續的半導體裝備產業發展格局。

在亞納米的世界里，“看見”本身正在被重新定義，而他選擇回到起點，參與這一定義的重寫。

參考資料：

1.https://www.redcruise.com/magic/press/ap00386.php

2.https://www.nims.go.jp/eng/nims/index.html

3.Da, B., Liu, J., Yamamoto, M. et al. Virtual substrate method for nanomaterials characterization. Nat Commun 8, 15629 (2017). https://doi.org/10.1038/ncomms15629

4.Da, B., Cheng, L., Liu, X., Shigeto, K., Zhang, Z., Tsukagoshi, K., … Tanuma, S. (2024). Exploring high-symmetry structures in non-Cartesian coordinates: preparation and characteristics of cylindrically symmetric-rotating crystals. Science and Technology of Advanced Materials: Methods, 4(1).

https://doi.org/10.1080/27660400.2024.2406743

5.https://www.hitachi-zaidan.org/activities/kurata/voices.html

6.https://www.redcruise.com/magic/press/ap00386.php

7.https://web.archive.org/web/20230413103819/https://www.nims.go.jp/

8.https://www.hitachi-zaidan.org/activities/kurata/voices.html

運營/排版：何晨龍

注：封面/首圖由 AI 輔助生成