铌酸锂晶体，集压电、电光、声光及非线性光学等多种独特效应于一身，是集成光电子技术核心基础材料。近日，记者从济南大学了解到，由该校刘宏教授、孙德辉教授率领的山东恒元半导体科技有限公司-济南大学联合科研团队，经过两年奋战，率先研制出12英寸(直径300毫米)的超大尺寸光学级铌酸锂晶体。这一重大突破——“12英寸光学级铌酸锂晶体”入选2024年度山东省十大科技创新成果榜单。

　　大胆创新，历时两年突破瓶颈

　　济南大学科研团队在8英寸铌酸锂晶体科研成果基础上大胆创新，在世界上首次提出研发12英寸铌酸锂晶体生长技术的构想，并入选2022年济南市“揭榜挂帅”重点项目。

　　项目启动后，迎接科研团队的是前所未有的困难。生产设备和热场的设计堪称首道“天堑”。要实现12英寸铌酸锂晶体稳定生长，常规生长设备参数与热场架构远远无法满足要求。孙德辉带领学生整日泡在实验室与车间，反复模拟、测试、优化，最终打造出能够适合超大尺寸铌酸锂晶体的生长设备，为晶体生长奠定硬件基础。

　　然而，晶体生长过程才是真正的“硬骨头”。铌酸锂晶体生长宛如一场微观世界的精细舞蹈，温度稍有偏差、热场梯度微小波动，或生长速率控制不当，都会导致晶体出现瑕疵甚至生长失败。最初几个月，科研团队遭遇数十次失败，孙德辉不断给大家加油鼓劲，“这些晶体虽有缺陷，却在‘告诉’我们问题所在，指明了改进方向”。

　　在12英寸铌酸锂晶体生长过程中，难题接踵而至。博士生韩文斌在实验中连续出现几个异形晶体，形似飞碟状。“这样形状的晶体对于后期的加工极为不利。”韩文斌说。他迅速将几次实验的参数提交孙德辉，孙德辉指出问题关键：晶体尺寸太大，越接近边缘线速度越快，晶体在边缘结晶就成了奇特的“飞碟”模样。与此同时，团队做理论计算的李陈哲通过计算机模拟，得出相应理论结果。随后，他们依据分析调整晶体生长参数，成功解决了难题。

　　一波未平一波又起，晶体尺寸大、重量高又引发“新危机”。好不容易生长的晶体，在得到晶体前的降温冷却阶段，籽晶断裂坠落，这让大家心疼不已。韩文斌和团队成员们立刻深入分析原因，发现是下种孔道温度低，温度下降太快导致应力不均所致。他们迅速采取措施，增加这个部位的保温，精心改进降温参数，经过多次尝试，最终成功取出完整的12英寸晶体。

　　为未来光子产业发展做好技术储备

　　光子芯片以速度快、能耗低、性能稳优势，成为科学界和产业界瞩目的焦点，而大尺寸铌酸锂晶体恰是光子芯片迈向产业化的关键基石。孙德辉说：“晶体尺寸越大，单位芯片成本越低，这是光子芯片大规模普及的经济学根基。”科研团队在此过程中持续发力，一方面深入研究优化8英寸铌酸锂晶体产业化技术，提高良品率;另一方面，抢占下一代晶圆材料的技术高地，率先突破12英寸铌酸锂晶体生长技术，为未来光子产业发展做好技术储备。

　　12英寸铌酸锂晶体研制成功，不仅彰显济南在光电子关键材料制备技术上的世界领先地位，更带动上下游产业协同发展。

　　如今，铌酸锂产业已经成为山东省、济南市重点发展的产业方向。2024年，山东省科学技术厅批复了山东省铌酸锂光电集成功能材料重点实验室的筹建方案，由刘宏、孙德辉团队依托济南大学，联合济南市上下游企业济南晶正电子科技有限公司、山东恒元半导体科技有限公司共同筹建，孙德辉担任重点实验室主任。

　　孙德辉表示，未来科研团队将扎根省重点实验室，向着更高性能材料、更先进制备工艺进发，培养更多光电子领域专业人才，为产业持续注入新鲜血液。