科學技術(shù)是第一生產(chǎn)力，而高端儀器設備作為探索前沿科學的工具，則是發(fā)展第一生產(chǎn)力的關(guān)鍵要素。據(jù)報道，我國超90%的高端儀器依賴進口，并在部分儀器購置上遭受嚴重壟斷。2020年，美國出臺芯片禁令，阻斷幾乎所有芯片代工廠為我國頭部企業(yè)加工制造芯片，其背后所折射的問題便是我國在高端儀器設備研發(fā)中所遭受的巨大困境。

在2021年軟科世界一流學科排名中，中國多所大學的儀器科學與技術(shù)學科名列前茅。但在世界科研儀器產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，全球前20強科研儀器生產(chǎn)商中，卻沒有一家中國企業(yè)?！爸袊隽诉@么多科研，卻一直在用國外的儀器?！泵慨斚氲竭@種情況，都讓北京航空航天大學青島研究院（簡稱“北航青島研究院”）微電子分院副院長張學瑩倍感唏噓。

工欲善其事，必先利其器。在張學瑩看來，加強高端儀器設備的自主研發(fā)能力，是我國目前所面臨的緊迫任務。多年來輾轉(zhuǎn)北京、青島從事微電子測試技術(shù)開發(fā)與設備研發(fā)、自旋電子器件設計等研究，張學瑩在基礎(chǔ)研發(fā)以及產(chǎn)業(yè)化一線扎根探索，為中國高端儀器設備的自主創(chuàng)新不斷添磚加瓦，作出了一系列貢獻。

北航青島研究院微電子分院副院長張學瑩倍

中法多元教育，打下堅實科研根基

張學瑩基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)應用并行的思想，與他在海內(nèi)外的學習積累密不可分。

本科與研究生階段，張學瑩就讀于北京航空航天大學中法工程師學院。在這里他不僅練就了良好的法語能力，還在通識教育的培養(yǎng)中，鍛煉、打造了交叉學科思想。2014年，在順利獲得北京航空航天大學中法工程師學院工學碩士/法國通用工程師學位后，張學瑩決心投身微電子領(lǐng)域，在北京航空航天大學師從趙巍勝教授攻讀微電子學與固體電子學博士學位。

2015年9月—2017年4月，張學瑩在國家留學基金委的資助下，前往法國巴黎薩克雷大學攻讀物理學博士學位。在這所高校，他不僅進一步夯實了自己在自旋電子學領(lǐng)域的研究優(yōu)勢，還在導師的帶領(lǐng)下增強了自己實驗研究的嚴謹性以及動手能力?！霸诎屠璧倪@段研究經(jīng)歷和所受的實驗方法訓練，讓我受益終生。”張學瑩說。

北京航空航天大學作為一所工科特色院校，從成立之初發(fā)展到現(xiàn)在，始終瞄準國家的戰(zhàn)略需求。在北京航空航天大學攻讀博士學位期間，張學瑩的博士課題偏向于自旋電子器件應用開發(fā)，為自旋電子芯片的工程應用進行產(chǎn)業(yè)化探索。而在法國留學期間，張學瑩的研究課題則更偏向于自旋電子學的物理和實驗測試?；A(chǔ)研究和應用開發(fā)的雙重探索，讓張學瑩受益匪淺。經(jīng)過近4年的學習和研究，張學瑩分別完成了中國和法國兩個獨立的博士課題和學位論文，分別于2018年5月和6月順利獲得了法國巴黎薩克雷大學物理學博士學位和北京航空航天大學工學博士學位，其博士論文也被評為北航優(yōu)秀博士學位論文。

落地青島，創(chuàng)新微電子測試設備研發(fā)

北航青島研究院于2016年5月28日正式成立，自成立以來緊緊圍繞國家戰(zhàn)略需求和青島市經(jīng)濟社會發(fā)展需要，全力服務青島市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級。在張學瑩看來，青島具有扎實的工業(yè)基礎(chǔ)，但是隨著現(xiàn)代信息革命浪潮來襲，其傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)活力慢慢減弱，競爭力也逐漸降低?；趪液偷胤綄ΜF(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)特別是微電子領(lǐng)域的需求，張學瑩和研究團隊將科研成果瞄準實用，以磁性微電子測試設備研發(fā)為切入點，在這里開啟了一段產(chǎn)學研結(jié)合的科研創(chuàng)新之旅。

自古以來，“磁”就與人們的社會生活密不可分。早在兩千年前，中國人就發(fā)明了世界上最早的磁性指南工具——司南?，F(xiàn)如今我們所使用的智能手機中的指南針也是用磁性材料來指引方向的。目前，張學瑩團隊所致力的自旋電子芯片開發(fā)研究就是傳統(tǒng)磁性材料和微電子結(jié)合的學科，其在航天領(lǐng)域以及便攜式電子設備中都有著廣泛的應用前景。

來到北航青島研究院之后，張學瑩就和團隊積極投身公共建設類的項目研發(fā)中。在青島市政府、嶗山區(qū)政府以及歌爾集團的支持下，張學瑩所在團隊不斷進行實踐與創(chuàng)新，并成功建成了中國唯一一條具有全閉環(huán)研發(fā)能力的8英寸磁性微電子工藝測試公共平臺。這一項目的建設完成彌補了我國磁性微電子工藝領(lǐng)域的多項空白，對青島地方微電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生了巨大的推動作用。

磁光測試是研發(fā)磁性芯片的一個重要測試手段，而企業(yè)想要進行磁性芯片的研發(fā)，就需要相關(guān)的磁光測試設備。但是，目前國內(nèi)在磁光測試設備開發(fā)領(lǐng)域，幾乎處于空白狀態(tài)。為了打破這種困境，張學瑩團隊在北京航空航天大學、北航青島研究院和相關(guān)企業(yè)的共同協(xié)作下建立了磁光測試實驗室，以此為實驗支撐平臺，展開了一系列自主研發(fā)工作。

針對普通顯微鏡難以觀察到芯片單元內(nèi)部的磁性變化的現(xiàn)狀，張學瑩團隊通過創(chuàng)新實踐，研發(fā)了一款特種顯微鏡，這款顯微鏡便是中國首款商用磁光克爾顯微鏡，分辨率達到300nm。此前，磁光克爾顯微鏡只能依賴進口，單臺售價高達200萬元人民幣。在此之后，張學瑩和團隊成員成功將自主研發(fā)的磁光克爾顯微鏡設備推向市場，并大幅降低了其售賣價格，不僅讓更多科研單位用得起該設備，還消除了“卡脖子”隱患。目前，這款設備已經(jīng)在清華大學、中國科學院物理所等頂尖科研機構(gòu)裝機使用。團隊繼續(xù)努力，在2021年夏天，又成功研發(fā)了中國首臺產(chǎn)業(yè)級晶圓磁光測試儀，打破了美國科磊半導體公司在該領(lǐng)域的壟斷，為我國磁性芯片量產(chǎn)提供了測試設備支撐，這項成果也標志著團隊的產(chǎn)品邁向了微電子產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。

產(chǎn)業(yè)落地，培養(yǎng)實踐型人才

科技是第一生產(chǎn)力，是促進國民經(jīng)濟發(fā)展的支撐動力。“但是科技的落地并不是一蹴而就的，從原理到設備再到真正的產(chǎn)業(yè)化，我們需要走的路還有很長。”張學瑩說。為了能將自己的科研技術(shù)盡快與產(chǎn)業(yè)發(fā)展相協(xié)同，張學瑩團隊于2019年7月創(chuàng)立了致真精密儀器（青島）有限公司，由張學瑩擔任執(zhí)行董事/首席技術(shù)官，致力于通過公司的商業(yè)模式，完成研發(fā)設備的真正工程化。

“因為儀器行業(yè)涉及光、電、測控、軟件等各學科，而單學科的科研人才并不能完成整個高端儀器設備的設計制造?！睆垖W瑩說。而這一學科特點，也決定了科研人才必須具有多學科的技術(shù)能力以及產(chǎn)業(yè)實踐經(jīng)驗。在這一背景下，張學瑩團隊所倡導的產(chǎn)學研優(yōu)勢互補，也給人才培養(yǎng)注入了更多新鮮活力。很多學生在項目研發(fā)、討論的過程中，懂得了如何將自己所學的知識融合到科研產(chǎn)業(yè)化的項目應用中，真正做到“學以致研、學以致用”。

張學瑩團隊始終秉承“尊重科學、精益求精”的精神，在取得系列成果的同時，也獲得多項榮譽，包括青島市“市長杯”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽一等獎、“互聯(lián)網(wǎng)+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽全國總決賽金獎等，所創(chuàng)立的企業(yè)也獲得近千萬元的市場投資。

展望未來，推動企業(yè)主導、高校和科研院所支撐的聯(lián)合創(chuàng)新體，協(xié)同突破關(guān)鍵科研技術(shù)及高端儀器設備研發(fā)是大勢所趨。在這一背景下，張學瑩希望和研究團隊能夠在集成電路、高端儀器設備等領(lǐng)域繼續(xù)深耕，將產(chǎn)業(yè)模式進一步做大做強，特別是將團隊在磁光測試這一方向中的研究優(yōu)勢發(fā)揮到最大，在3年內(nèi)在磁性微電子測試領(lǐng)域達到世界前列。而后，通過產(chǎn)學研結(jié)合的模式，張學瑩還希望團隊所研發(fā)的設備能夠覆蓋整個集成電路制造領(lǐng)域，為更多的芯片研發(fā)和生產(chǎn)單位提供服務。

雖然高端科學儀器自主研發(fā)路阻且長，但是張學瑩及其研究團隊的信念始終堅定。在由儀器制造大國邁向儀器制造強國的奮進之路中，他們愿做其中的鋪路石，為我國的高端儀器研發(fā)奠定根基。（作者：謝明昊/科學中國人）