中国科学院大学2021年本科录取通知书曾被称为“最硬”通知书，皆因其中嵌着一块刻有校训“博学笃志、格物明德”的金刚石。
这批刻有校训的金刚石，由中国科学院宁波材料技术与工程研究所（以下简称宁波材料所）制作完成。
经过多年努力，该所成功打通了从理论探索到装备与工艺国产化，再到高品质大尺寸单晶高效制备和规模量产的全链条，成功研发出我国首条化学气相沉积（CVD）大单晶金刚石生产示范线，为我国在半导体技术领域实现弯道超车、抢占未来产业的制高点，以及实施国家发展战略提供了支撑。
江南回江南
2013年，抱着“为中国人在国际业界争口气”的决心，拥有海外博士学位、20年工作经验以及数项荣誉加身的江南，主动放弃国外优渥生活，与志同道合的创业伙伴在镇海中官路创业创新大街上燃起晶钻科技“创业梦”。次年，镇海区海创项目一类扶持资助以及“妈妈式”精准帮扶，恰恰为他的金刚石/金属界面强化技术、CVD单晶金刚石合成研发注入“强心剂”。如今他所创办的企业，已是全国最大的化学气相沉积人造金刚石（培育钻石）制造企业。
而在当时，国际上已经有个别机构能够使用CVD法生产金刚石，但售价很高。国内个别厂家虽然有生产装备，但由于腔体设计有缺陷、等离子体不稳定、气密性及合成工艺有问题，没有成功生产的先例。
回国前就有人建议江南使用国外设备，因为“国内设备长不出单晶金刚石”。
江南却颇有信心，他说：“不必迷信，国外有的机构也就一两位博士主持研发，而国内那么多科研力量，我们一定行！”这也是后来进入研发团队的许多人秉持的信念。
江南加入宁波材料所前的人才引进评审会由中国工程院院士、时任宁波材料所科学技术委员会主任薛群基主持。薛群基介绍，当时国内用高温高压法生产金刚石的企业很多，出口量也很大，但缺乏高技术层面的应用。
“有专家对江南要做的CVD单晶金刚石研发不看好，毕竟那时连靠谱的国产设备都没有。”薛群基回忆说，“当时虽然宁波材料所很年轻，但作为国家战略科技力量的一员，应当围绕高技术应用、面向国家战略需求开展研究，这就需要有水平、有信念的人才。”
而江南正是这样的人才，因此他顺利成为宁波材料所的一员。
江南“种”钻石
金刚石听起来就很贵重，事实也是如此。它更为人熟知的名字是“钻石”，由于其切割、打磨后璀璨夺目，因此在饰品市场颇受追捧。此外，金刚石是精密切削和精密加工的关键。“几乎所有高端制造业产品都依赖它。”江南介绍，从光学镜头到我国大科学装置的反射盘，都离不开金刚石刀具的超精密加工。
然而，天然金刚石十分稀有，很难在工业领域实现大规模应用。
20世纪50年代，美国通用公司开始采用高温高压法，模拟天然金刚石“老家”地幔层的温度与压力，制备金刚石。由于具有综合优势，目前依然有大量国内外企业使用这种方法制备金刚石。
与传统的高压合成金刚石的方法不同，江南带领研发人员采用的主要是低压合成工艺，即化学气相沉积（CVD）。
“这个过程和‘种植’类似，形象点说，就是在超真空培养仓中，用小钻石作为‘种子’，甲烷作为‘养料’。甲烷在微波作用下分离出碳原子，逐渐沉积在钻石‘种子’上，并按钻石晶格的‘DNA 编码’顺序结晶。”江南说。这种技术相对于传统主流合成金刚石的高温高压法，最大的优势就是能合成更大、更纯的钻石晶体，同时大幅降低能耗。
江南认为，天然金刚石是大自然的馈赠，而人造金刚石则是人类科技硬实力的展现。
江南造设备
2012年底回国的时候，江南只身一人，携带简单的个人用品，轻装出发。那时宁波材料所经费并不充裕，但仍为江南提供了当时最高的科研启动经费。
江南团队的第一位成员是科研兼行政助理戴丹，第二位成员是来自湖北的硕士毕业生吕继磊，专业方向是金刚石。
帮手有了，江南决定尽快启动科研工作。他们想用微波等离子CVD（MPCVD）法实现单晶金刚石的同质外延生长。原理是在微波能量的作用下，将原料气体激发成等离子体状态，直到实现辉光发电，腔体中充满过饱和原子氢和含碳基团，从而有效提高单晶金刚石的沉积速率和质量。为此，先要配备相关设备。
当时，国外已经实现CVD金刚石的生产，但进口一台设备要花近300万元，太贵了，而且只买一台也不能满足批量生产需求。江南决定在国产设备基础上进行研发，让国产化实现得更彻底。
吕继磊跟着江南到成都等地的几家设备厂商寻求定制。“江老师很有经验，也不多说废话，直接去设备现场，结果发现设备确实非常不成熟。比如腔体做得不均匀、材料本身不均匀，甚至有的地方用铁替代不锈钢，就连等离子体都是偏的……”对于10多年前的那段经历，已成为企业家的吕继磊记忆犹新。
这一轮定制之旅，用了很多天，白天测试、晚上总结。当他们将这些优化意见提交给厂家时，对方很吃惊。厂家每年只生产几台设备，没想到买家这么“麻烦”。不过，意见提得有理有据，厂家只能按要求进行修改。
就这样，2013年盛夏，一台相对靠谱的MPCVD设备终于造出来了。那天，来自宁波材料所的科研人员离开设备厂区后，驱车一个多小时到成都市中心的武侯祠喝茶，心情很好。
江南“种”成了
2013年8月初的一天，MPCVD设备到位了。放置籽晶开机后，这台设备几乎成了江南等人的全世界：凌晨两三点准备下班前，要看一下设备；早上8点多来实验室，第一件事是看设备；上班过程中，80%的时间都在看设备，观察金刚石生长情况、参数波动，随时记录，以应对突发情况。
然而，过了近一个月，金刚石还没“种”成功，设备却开始出现各种问题。
MPCVD设备的谐振腔关系着金刚石的生长效率，其设计、制造需要考虑尺寸、真空密封方式，承载晶片的基片台的性状、材质、散热方式，以及电源、水冷系统、气源系统等整个设备的外围稳定性。
由于厂家也不熟悉需要的工艺，江南只能带领团队亲自动手拆了改、改了装，3个多月内把这台设备“大卸八块”不止100次，有时候一天拆两次。“上百次的失败，每次都很沮丧，不是设备不稳定就是部件出问题，长出黑乎乎的已经不能称之为晶片的金刚石。”江南回忆说。
直到11月，崔平帮忙找到一家专门做腔体的企业，情况才有所好转。这家企业的负责人很专业且尽心尽责，双方结合各自经验逐步摸索，先通过模拟软件大量计算得到理论中的最优值，再通过经验叠加，得出实际的最优参数。
升级后的设备各方面得到优化——密封圈不再使用易老化、易熔化的橡胶圈，在试验过氟胶圈、聚氨酯圈等材料后，最终确定为金属密封圈；基片台材质从热导率差、易变形的不锈钢换成铜……随着工艺的改进，江南预判到了成功合成单晶金刚石的节点。
此后，团队又招进两名研究生，大家可以轮班看设备了。
2013年12月31日深夜，科研人员准备下班前再次到观察窗查看，得到了一份新年礼物——第一颗金刚石“种”成功了！这份特殊而贵重的礼物，让在场的每一位科研人员终生难忘。他们把这颗3毫米×3毫米×1.5毫米的人造金刚石放在石英石表盘上，拍下它的第一张照片。
作为国内第一片使用自主研发的CVD装备及工艺合成的单晶金刚石，它的诞生不仅意味着整个人造金刚石产业链条的生态可能发生改变，更意味着我国人造金刚石的高技术应用不再受制于人。
“是祖国这片创业热土，让我的梦想照进了现实。”回国多年，江南的创业“初心”始终未变。2018年，晶钻科技第四条单晶金刚石生产线也已投入生产，人工钻石产品已出口至苏拉特（印度钻石切磨工业主要集中区域），叩开美国、以色列与欧盟等市场，受到客户们的青睐。
投之以桃，报之以李
目前，晶钻科技自主研发的“钻石生产”装备已经迭代多次。企业入选了国家级专精特新“小巨人”企业、浙江省制造业单项冠军企业等。
在江南看来，企业快速发展的背后，离不开宁波在筑巢引凤、招才引智方面的付出。“政府的支持，对企业发展至关重要，宁波强调高科技发展，支持高科技发展，有机地把研发力量和企业发展相结合，给企业发展带来了非常大的动力。”江南说。
得益于金刚石人工合成技术的提高和成本的下降，金刚石更广泛地应用于电子材料、热沉材料、光学材料、量子材料、超精密加工、激光晶体与传感器等领域，拉动全产业链高质量发展。“通过我们的技术研发，金刚石切割工具的价格只有原来的十分之一，大幅降低了精密制造企业的生产成本。”江南介绍。
近期，江南带领团队正夜以继日地推动金刚石材料在半导体行业的研发应用。材料主要用来制造晶体管及其他半导体元件的基底材料。
投之以桃，报之以李。
不断提升的人才扶持政策和不断完善的人才生态链，让江南这样的科技人才与宁波“双向奔赴、双向成就”，走出了一条以人才驱动城市发展的康庄大道。
“希望更多朋友到宁波来，一起创业，共同追寻梦想。”江南说。
文章来源： 浙江日报，浙江省科技厅，浙江省科技厅
原文链接：https://www.xianjichina.com/special/detail_551340.html
来源：贤集网
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。
