您現在正在瀏覽: 首頁 » 媒體福大

媒體福大:

福建日報、中工網(2020-11-17):為5G通信“強心”

發佈日期: 2020-11-17    作者: □本報記者 張穎 文/圖    閲讀:

當前,5G技術帶動新一輪科技革命和產業變革。通信產業鏈正加速重構。光纖通信、5G器件市場正邁向千億元級,應用領域前景廣闊。 然而,我國5G通信器件的核心材料——法拉第磁光材料卻100%依賴進口。由於技術難題未能攻克,生產5G通信三大光無源器件(光隔離器、光環形器、光開關),必須從日美進口法拉第磁光材料。國外供應鏈的限制,讓產業呈現隱憂。《助創》記者瞭解到,福州大學化學學院光功能晶態材料研究所經過十多年的潛心科研,攻關關鍵核心技術,創新使用自助溶劑導模提拉法制作CRIG磁光晶體材料,有望打破日美企業制約——


為5G通信“強心”


晶體生長設備

研究人員正在進行產品性能測試

福州大學用獨特工藝製成的磁光晶體材料薄片


100%依賴進口,日美築起技術壁壘

在福州大學化學學院的實驗樓裏,有一間晶體生長實驗室,裏面幾台機器正在運轉。透過小小的長方形玻璃視窗,可以看到機器內有一個非常不起眼的倒模裝置。雖然肉眼看不出變化,但裝置裏一種非常稀缺的磁光晶體正在生長。

“這個薄片,就是光通信元器件的核心部件。” 展示着手中一個已經完成加工,並被密封起來的晶體,福州大學化學學院光功能晶態材料研究所劉海鵬博士説道。

在劉海鵬的手機裏,我們看到了這個黑色薄片的“前身”——法拉第磁光材料,它從倒模裝置“出生”後,長相各不相同,有的像倒鍾,有的像葫蘆。“如果出生後無法加工成這樣的薄片,就是廢品。‘懷胎’不易,這種材料很珍貴。”劉海鵬説。

法拉第磁光材料,顧名思義就是具有法拉第效應的特殊晶體材料,目前主要應用於光通信領域。光通信中必不可少的部件——光隔離器就需要用到這種材料。它在光信號傳輸中可確保光信號實現正向通過,反向隔離,同時還能降低系統傳輸信噪比、穩定光信號傳輸和保護光源。

作為關鍵材料,美國II-VI公司旗下的IPI和日本的GRANOPT是法拉第磁光材料商用領域的兩大主力供應商,壟斷了全球市場。國內發展5G通信,自主生產法拉第磁光材料迫在眉睫。

福州大學化學學院光功能晶態材料研究所所長莊乃鋒告訴記者,磁光材料是目前世界高科技領域具吸引力的一種新型功能材料,各個科技強國都在這一領域展開激烈的競爭,中國的研究起步晚,進展也不大。

磁光晶體材料的壟斷性源自其生長方法複雜,直到2005年,日本的GRANOPT才實現商業化生產。由於材料摻雜改性困難,因此存在諸多技術難題。想要突破壁壘,就要正視生產中三大瓶頸問題:結構、生長、性能。


12年磨一劍,研發磁光晶體材料有新方法

多年從事晶體研究,莊乃鋒感嘆,法拉第磁光材料的自主研發之路非常坎坷。“材料的工藝複雜,我們起步晚,日美築起的技術壁壘造成研發週期長,成果轉化慢,因此很多國內團隊紛紛放棄。”他透露,之前研發的許多材料成品都因為法拉第旋轉角(<900deg/cm)這一關鍵指標不理想,不具備商用價值。

據介紹,從2009年開始,莊乃鋒開始研究用自助溶劑導模提拉法來培養此類晶體材料,也曾申請到國家青年基金項目。其後研究雖有所中斷,但2015年後,磁光材料的研發重新進入視野,在前期研發的基礎上,相關研究接力啓動。

2017年3月起,研究所專注於導模法制備磁光晶體材料的基礎研究,主要完成了結構選型、晶體生長、性能表徵等前期研發。3年多來,團隊在國際晶體專業期刊上發表了11篇論文,還申請了13項發明專利,對自主研發的生長方法、材料組分進行了全面保護。

今年1月起,他們將成品在比法拉第旋轉角、透過性能等主要參數指標上進行了全面性能評測,7月產品已經在華為試用,目前正在評估產品在器件上的應用性能。

“我們的研究引起了不少國內外同行的關注。”莊乃鋒表示,“目前研發出的CRIG晶體在主要指標性能測試中表現優異,具備了法拉第旋轉角高、可控性強和成本低、無鉛等優點。”

團隊提供的實驗室數據顯示,與市場上的商用品核心應用參數對比,CRIG晶體展示出更高、更薄、更優、更環保的特點。“我們的材料鉛含量為0,比法拉第旋轉角、45°法拉第旋轉片產品厚度、消光比等關鍵指標優於現有商用品,而且總體成本可以降低30%。”莊乃鋒説。

能夠實現這樣的突破,關鍵在於其技術有別於日美企業目前採用液相外延法,福大團隊創新使用自助溶劑導模提拉法生長CRIG磁光晶體材料。

“我們的生長過程是可視化的,因此可控性強。”莊乃鋒補充説道,“液相外延法還必須採用基片,每片成本在200元左右,還會衍生出含鉛等問題。我們的工藝無須基片,鉛含量為0,目前測試的生長速度高於液相法20~30倍。”


成長的煩惱,創業型研究需要更優渥土壤

記者瞭解到,目前團隊已經與福州致卓晶體光電科技有限公司達成初試生產合作意向,正在全力優化穩定生長工藝參數,為初試生產做好更充分的準備。

從新技術到能夠實現工業化生產,研發之路還很長。莊乃鋒表示,目前實驗室有3台晶體生長設備在運轉,2台半自動,1台全自動,他們希望擴充設備,提高實驗效率。“我們也有用傳統的液相外延法在優化熔體配比,進行比較研究,這些設備投入需要資金的支持。”

除此之外,研究所還面臨着研發人員調整的窘境,莊乃鋒透露,目前團隊有4名博士、3名碩士,劉海鵬博士作為主力之一即將畢業,能否留校繼續研究尚屬未知數。“對技術研發來説,人員的穩定很重要,但是他們總要畢業,研究的持續性還是會遇到困難。”

據記者瞭解,目前與產業緊密聯繫的創業型研究人員留校還是存在一定的障礙。“無論是論文發表,還是人才引進,從現有的人才考核指標體系上看,走創業這條路多少會有點吃虧。”莊乃鋒希望,未來相關政策能夠有更大的彈性,鼓勵激勵更多與產業需求密切相關的研究獲得更良好的成長土壤。


福建日報://fjrb.fjdaily.com/pc/con/202011/17/content_45859.html

福建省工業和信息化廳:

//gxt.fujian.gov.cn/xw/hydt/snhydt/202011/t20201117_5435030.htm

中工網://firm.workercn.cn/33991/202011/17/201117165956688.shtml