初冬时节，珞珈山青砖黛瓦，叠翠流金。走进武汉大学校园东北角的实验室，庞大的“薄膜生长缺陷跨时空尺度原位/实时监测与调控实验装置”（以下简称薄膜生长实验装置）正在高速运行。

该装置由“进样腔”“高真空环形机械手传样腔”等多个腔体和“超快飞秒双模成像系统”“超快电子成像系统”等多个构件组成，占地面积20多平方米。凑近细看，整个装置宛如一座复杂的精密元器件森林。

“现在及未来，就是它发挥作用的时候了！”中国科学院院士、武汉大学动力与机械学院院长刘胜对这套装置颇有信心。过去五六年，他带领团队把大量时间和精力倾注于此，因为“实在太重要了、太紧迫了”。

这套自主研制的薄膜生长实验装置，由武汉大学牵头，联合华中科技大学、清华大学天津高端装备研究院、华南理工大学、中国科学院半导体研究所和微电子研究所等多家单位，历时5年完成。权威专家在《激光与光电子学进展》上撰文评价，该装置对解决我国薄膜生长核心技术“卡脖子”问题具有重要意义，有效促进了宽禁带等半导体材料与器件领域的学科发展与进步。

在刘胜看来，这一切都得益于国家自然科学基金项目的支持，“如果没有国家自然科学基金的支持，大家只能小敲小打；正是因为有了国家重大科研仪器研制项目，才有了后面的故事”。

刘胜院士（中）与团队成员在一起。武汉大学供图

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小敲小打解决不了问题

2012年，美国波士顿大学，在薄膜生长实验装置前，刘胜和学生合了张影。彼时，薄膜生长实验装置的研制技术被少数发达国家和地区掌握，技术壁垒重重，在国外出差的刘胜心里暗暗较劲，一定要攻克这项研制技术。

“薄膜生长”如果采用传统的化学沉积方式，容易产生污染和缺陷，影响半导体的质量和性能。解决这个问题需要借助薄膜生长实验装置，但国内长期不掌握相关装置的研制技术，只能靠买，而关键的核心技术往往是买不来的。能不能自主研发？刘胜带领团队开展了一系列基础研发工作。国内同行也开展了一些相关研究。经过几年的探索，大家发现，光靠某几个科学家团队零零碎碎的小敲小打不足以解决问题，而且这类研发周期长、投入巨大的研究很难争取到社会投资，唯有借助国家科研投入、开展协同攻关才能尽快破题。

这一重要科学研究的迫切需求受到了国家自然科学基金委员会的关注。2018年4月，由刘胜领衔的国家重大科研仪器研制项目薄膜生长实验装置正式启动。

从无到“优”难度巨大

薄膜生长实验装置的研制对场地要求高——震动小、电磁场低、干扰少。科学家团队绕着武汉大学所在的珞珈山勘测了一圈，“山顶上、山洞里都寻了个遍”，最终发现位于学校东北角的废弃学生澡堂最合适。此前这个地方准备作为另一项研究的用地，那项研究的负责人主动把地块让出来，支持薄膜生长实验装置的研制，为后面的工作打下了基础。

刘胜坦言，2018年项目立项之后的5年是他压力最大的5年。一方面，芯片技术作为国际科技博弈的焦点，地位越来越重要，迫切性越来越突出；另一方面，国际上的相关技术不断更新，设备研制要从无到“优”，难度巨大。那几年，一向以爱运动、精力好著称的刘胜血压高了起来。

“拿了国家那么多钱，压力很大，但动力也很足。”刘胜告诉《中国科学报》，“从0到1”的创新虽然很难，但是很有挑战性，科研越是进入“无人区”，越是要有不惧艰难的开拓精神，绝不能辜负国家的信任。

为方便工作，刘胜全家搬进了武汉大学校内的教师公寓。每天除了睡觉，他基本上都待在实验室和办公室。

据团队成员回忆，那几年，刘老师和大家一起没日没夜地干，克服了疫情带来的不便并破解了很多大大小小的难题。最困难的时候，大家住在实验室里干通宵。

功夫不负有心人。2023年9月1日，由3位院士领衔的国家自然科学基金委员会项目验收专家组，一致同意薄膜生长实验装置项目通过结题验收，并认为该成果具有突出的原创性。

据介绍，这套自主研制的薄膜生长实验装置能够将硅、蓝宝石等衬底放入进样腔，通过“高真空环形机械手”将衬底转运至功能不同的腔体，完成衬底的预处理、薄膜生长、等离子体清洗等过程。装置真空互联，避免人为因素及外部环境对生长材料造成不良影响，显著提高了生长材料的质量，同时引入超快激光，对整个“薄膜生长”过程中的缺陷进行监测和调控。

努力看到更多风景

当地媒体报道，薄膜生长实验装置顺利通过验收后，刘胜特地从老家湖北黄梅县买了甲鱼和黄鳝，邀请团队全体成员吃饭庆祝。

刘胜说：“这一天，我终于看到了一些风景。”为了看到这些“风景”，他准备的时间其实远不止5年。

刘胜29岁取得美国斯坦福大学博士学位，32岁获美国总统教授奖。20世纪90年代，已经是美国知名大学终身教授的刘胜决定带着妻子回国，和其他科学家一道开展前沿研究，致力于扭转我国芯片封装技术受制于人的局面。他领衔自主研制的薄膜生长实验装置是其中具有代表性的工作之一。

据悉，芯片产业链大致可分为设计、制造和封装三大环节。在芯片设计和制造环节，我国与先进国家仍存在差距，但在刘胜带队攻关的芯片封装领域，目前我国已占据行业技术制高点，处于并跑乃至领跑位置。

在2021年11月召开的国家科学技术奖励大会上，刘胜团队领衔完成的“高密度高可靠电子封装关键技术及成套工艺”项目荣获国家科学技术进步奖一等奖，标志着我国高密度、高可靠电子封装技术实现了从无到有、由传统封装向先进封装的转变。

2023年9月，集成了超快激光、超快光学成像、超快电子成像、真空互联等创新技术，在国际上处于领先地位的薄膜生长实验装置通过结题验收，意味着我国在薄膜单晶生长领域走入世界前列。

2023年11月，60岁的刘胜当选为中国科学院院士。他告诉《中国科学报》，自己是赶上了院士制度改革的好政策，运气不错。他直言，对科学家来说，瞄准国家重大战略需求和产业发展需要做出更多开创性成果，努力看到更多风景，才是最重要的。

“自主研制的薄膜生长实验装置已经有了，中国科学家不必再用羡慕的眼光去国外与这类装置合影了。现在及未来，就是它发挥作用的时候了！”刘胜说。

《中国科学报》：接下来，薄膜生长实验装置将在助力我国芯片制造上发挥哪些重要作用？

刘胜：重点是通过“产学研用”联动，把它更多地应用到产业中。

比如，我们做芯片封装，在先进工艺装备被发达国家垄断的背景下，经过10多年“产学研用”校所企联合攻关，与行业内科研单位、龙头企业组建了国家集成电路封测产业链技术创新战略联盟，实现了高密度、高可靠电子封装从无到有、由传统封装向先进封装的转变；实现了高密度、高可靠电子封装技术的自主化；研制成功的300多类产品，覆盖通信、汽车等12个行业，使我国电子封装行业更具国际竞争力……这些都说明一个道理，科技创新特别是重大装备研制的创新，需要有产业意识，注重应用到产业中。

眼下，我国一些芯片制造企业做得不错，但部分技术参数还不尽如人意，与发达国家的一些大企业相比还有差距。下一步，我们将开展更密切的“产学研用”合作，让更多企业借助先进设施设备实现技术上的提升，尤其是在一些关键技术上力争“做到极致”。总之，薄膜生长实验装置将更多地在产业链上用起来，产生更大价值。

《中国科学报》：可否结合团队五年如一日研制薄膜生长实验装置的过程，给广大青年科研人员一些建议？

刘胜：做科研不能只为了发论文，而应该努力面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康，多做一些国家迫切需要的研究。此外，在选择研究方向的时候，可以多在交叉领域、新领域寻求突破，不必一窝蜂地奔着热点去“卷”。

记得当年我从斯坦福大学毕业时，曾问我的导师——我毕业后应该做点什么研究？导师说：“如果我知道，我就去做了，干吗告诉你？”我一直记得他的话，一定要努力做那些其他人没做或者很少人做的事情。不断交叉融合、不断创新，就能找到一些尽量少“卷”，但又很值得去做的研究。

科学研究不妨在国家和社会需求的范围内去“求异”，另辟蹊径看风景。比如，过去我国百分之八九十的装备和材料靠进口，很多东西都来自国外。经济社会发展到一定阶段，国家自主创新的需求与日俱增，如何实现先进装备、先进材料的自主可控，实现国产替代乃至国产超越，是一个摆在我们面前的大课题。

现在的年轻人知识结构更丰富、眼界视野更开阔，创新突破的机会也更多，前景无限。