有研電子束裝備助力中國“芯”發展
2022年10月13日 8:43 8714次瀏覽 來源： 中國有色金屬報 分類： 重點新聞 作者： 李琪 尹中榮 孫照富
高純金屬靶材是半導體芯片生產制備中的核心材料，其質量和純度對半導體產業鏈的后續生產質量起著關鍵作用，主要金屬靶材材料如鈦、鉭、銅、鈮等的高純提純主要依靠電子束熔煉技術來實現。
有研電子束裝備
有研集團全資子公司——有研工程技術研究院有限公司自主研發的大功率電子束熔煉爐是鈦、鉭、銅、鈮等半導體核心材料及航空航天、核工業用高端材料制備提純的關鍵裝備，也是我國的重大短板裝備之一。
電子束熔煉是在高真空環境下利用高能量密度的電子束進行轟擊，將電子束的動能轉化成熱能使原料熔化的技術。電子束熔煉爐熔池的維持時間、溫度及溫度分布的自主可控可以有效地避免金屬液被耐火材料污染。隨著科學技術的迅速發展，對高純材料的需求量越來越多，常規的冶煉方法已很難滿足要求。真空電子束熔煉對于難熔金屬而言是一種有效的提純方法，特別是對于在冶煉溫度下具有較低蒸汽壓的金屬和合金。
創業求實 創新致遠
20世紀50年代，隨著第三次科技革命的興起，高熔點金屬與合金逐步成為原子能、航空、電子等尖端技術發展的重要材料。世界各國特別是歐美等國家都轉向采用電子束熔煉方法研制高熔點金屬材料。當時，國家急需大量的高純鉭鈮、鋯、鉿等難熔金屬材料，但是采用傳統方法卻難以制出高純難熔金屬。
1959年，有研集團的先輩們開始組織設計研制60kW雙環狀槍電子束轟擊爐，并于六十年代初研制成功。這也是全國首臺環狀60kW電子束爐，為研究高熔點金屬提供了重要手段，填補了國內空白。這臺電子束爐也熔煉出當時我國直徑最大的鈮錠（80毫米）和鉭錠（50毫米）。
此后，為了解決環狀電子槍的技術不足，有研集團的先輩們創新性地改進了電子槍技術，研制出功率更高的電磁聚焦電子束爐，獨立自主地設計出進料和拖錠機構，為當時三線工廠提高生產率作出了重要貢獻。1978年，超高真空電子束區域熔煉爐獲全國科學大會獎。1989年，電子轟擊爐的電子槍和給料裝置獲得國家實用新型發明專利。
進入21世紀，有研工研院進一步加大設備開發力度，陸續開發出系列產品：
2003年研制成功200kW電子束熔煉爐；
2005年研制成功250kW電子束熔煉爐；
2009年研制成功300kW電子束熔煉爐；
2010年研制成功600kW電子束熔煉爐和多槍大功率電子束冷床爐；
2015年研制成功IGBT高壓電源；
2020年研制成功單槍最大功率800kW電子束熔煉爐并投入使用。
在大功率電子束熔煉設備的研制及制造技術方面，有研工研院研制的大功率電子槍具有完全自主知識產權，技術達到世界領先水平，獲省部級一等獎2項、三等獎1項，獲授權專利100余項。
引領高純金屬精煉
有研工研院成功研制出單電子槍功率最大800kW、電子束總功率達3200kW的電子束熔煉提純裝備，產品覆蓋電子束熔煉爐、冷床爐、區熔爐等，為國內從事難熔、高純金屬研發生產的高校、科研院所以及企業累計提供70余臺套電子束熔煉裝備。除適用于難熔金屬外，也廣泛應用于銅、稀土等元素提純。
2009年，有研工研院為金川集團提供300kW高純銅用電子束熔煉爐，成功生產出直徑80mm、長度500mm、含銅量達99.9999%、重量25kg的超純銅錠，電子束爐煉銅技術的成功，標志著我國從此有了自己的高純、超高純銅。
2011年以來，有研工研院為有研億金、有研稀土、江豐電子等企業提供了超高純金屬濺射靶材用電子束爐，其生產的超高純材料雜質元素含量小于十萬分之一。用于生產半導體濺射靶材高純金屬的電子束熔煉爐曾登上央視頻道紀錄片《大國重器》。
助力中國“芯”發展
2021年，有研工研院設計制造的GREB2800大型電子束熔煉爐在麗水成功“點火開爐”，助力我國第一個電子級超大規模集成電路制造用超高純鉭材料產業基地的誕生。鉭金屬是國家重要的戰略資源，是超大規模集成電路制造中不可或缺的關鍵性材料。全球應用于高端芯片制造用超高純鉭材技術被美國和日本2家公司壟斷，有研工研院自主研發的單槍功率達到800kW的大功率電子束熔煉爐，同時也是目前國內單槍功率最大的電子束熔煉爐，實現了我國超高純鉭材料制備用大功率電子束熔煉爐的完全國產化，將結束我國高端芯片制造用超高純鉭材長期依賴進口的局面，填補了該領域空白，為解決集成電路制造用材料的國產化提供了有力支撐，為中國“芯”發展進入新篇章貢獻力量。
有研工研院將繼往開來，為解決我國有色金屬高端制造加工短板裝備攻堅克難，提供一批有色金屬高端制造加工裝備原創技術，培育一批有色金屬高端制造加工裝備設計制造人才。在“十四五”新征程上，有研工研院將繼續面向國家重大需求，為我國半導體行業的發展貢獻自己的綿薄之力！
（ 作者：李琪 尹中榮 孫照富）
責任編輯：孟慶科
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