不久前，达博做出了一个重要决定：辞去日本国立材料研究所（NIMS）的永久研究职位，带领一支由多名独立科研骨干组成的团队回国发展。

　　深耕半导体装备关键材料与核心部件领域多年，达博是极少数深度参与 2022 年后国际半导体一线产业项目的中国籍学者。他牵头美国泛林集团（Lam Research）与 NIMS 联合研发项目，聚焦台积电 3 nm 量产产线，主攻电子束设备、刻蚀设备的关键材料与核心部件研发与应用攻关 [1]。

　　图丨美国泛林集团（Lam Research）捐赠新闻稿（来源：泛林日本）

　　做出回国抉择，他放弃了诸多优厚机会。泛林集团与他长期合作，过往曾多次给予无偿捐赠支持。今年 4 月 27 日，在得知他决意辞职后，泛林方面随后再次提出无偿捐赠支持，希望其继续推进相关合作研究。与此同时，多家海外企业也向他抛出优厚合作条件，但这些因素已不能动摇达博全职回国的决心。

　　如今，他已正式受聘于母校中国科学技术大学工程科学学院担任讲席教授。这个选择看似突然但恰好踩在一个关键节点上：当半导体制程逼近亚纳米尺度，决定胜负的不再只是半导体装备的设计与集成，而是那些装备中更底层、也更难被看见的材料与部件能力。

　　他和团队想做的事情不仅是在高水平学术期刊上发表论文，更是要为国产半导体装备筑牢自主可控的“筋骨与基石”。恰逢当前国内半导体产业攻坚的关键时期，此时回国正当其时，团队多年积累的行业积淀与技术经验，也正好能为国家产业发展贡献力量。

　　那个从甘肃大山走出的少年，成为 NIMS 最年轻的永久职位研究人员

　　这位 85 后出生于甘肃省陇南市康县。康县素有“陇上江南”之称，山水秀丽，却也因地处秦巴山区、交通不便，教育资源十分有限。他以市应届高考状元的成绩，进入中国科学技术大学物理学专业就读。

　　达博回忆道：“年少读书时只有一个想法，那就是通过积极努力去获得改变环境的机会。在那个交通闭塞的年代，我对世界的很多认知都来源于书本，对未知世界的渴望和想象是我学习最大的动力。”

　　从本科到硕士再到博士，达博在中国科学技术大学度过了 9 年时光，师从丁泽军教授。在此期间他围绕半导体装备进行了大量理论研究，本科毕业论文是用理论方法研究电子束曝光机的工艺问题。

　　在中科大求学期间的数理功底与基础研究积累为日后的发展打下了坚实的基础，达博也找到了明确的发展方向——先进制程半导体装备中的关键材料与核心部件。彼时，日本在半导体设备领域处于领先地位，荷兰 ASML 公司还不像如今那样有名。

　　图丨达博的谷歌学术页面（来源：谷歌学术）

　　2013 年，达博在获得博士学位后，来到 NIMS 进行博士后研究。用达博的话描述，他将之前“看到的、想到的在 NIMS 全部印证了一遍”。

　　在 NIMS，达博打破了多项纪录。一般来说 tenure track 需要三到五年才能获得终身职位，而达博仅用了一年，成为 NIMS 获得终身职位最年轻的学者。此外，他也是 NIMS 中科研项目最多、与产业结合最紧密的年轻学者之一。

　　2017 年 4 月 1 日，NIMS 开年大会上，达博在同一天两次“登台”：第一次是作为新人做入职介绍，随后又凭借 tenure track 阶段的成果，斩获 NIMS 最高奖“理事长赏”。时任 NIMS 理事长、现任日本 JST 的理事长桥本和仁（Kazuhito Hashimoto）先生甚至开玩笑说，他一辈子能拿的奖，入职第一年就全拿完了。

　　图丨“材料改变世界，我们创造材料”宣传语展示（来源：NIMS 官网）

　　2001 年，NIMS 由日本国立金属材料研究所（NRIM）与国立无机材料研究所（NIRIM）合并成立，但一直沿用金属所此前的宣传语已有二十几年。2023 年，NIMS 面向社会有学术影响力的研究人员征集宣传语，达博从一句朴素的哲学道理中汲取灵感，提出了“材料改变世界，我们创造材料”，并被采纳沿用至今，这也是日本国家级研究机构中唯一采用的外籍人员提出的宣传语 [2]。

　　亚纳米时代，看不清还是看不准？

　　当下，台积电正在推动 1.4 nm 等下一代先进制程节点，半导体制程正在向亚纳米尺度迈进。以往的成熟制程随机误差偏小，然而在亚纳米尺度的测量，随机误差显著增大，无法再用单一、少量参数来简单标定精度，必须在参数收集阶段即引入更复杂的模型。但这种复杂模型在人的感知中是模糊的图像，每个像素及其统计波动都包含关键信息。

　　半导体制程演进，首先要解决“如何在更小尺度看清和看准”的问题。

　　随着先进制程的细节要求越来越高，电子束量检测设备正在成为半导体领域不可替代的工具。在芯片生产加工过程中，结构成型、图形按照目标图形生产、晶圆表面或结构表面是否残留光刻胶以及各类缺陷等各个方面都需要精准排查，而这些因素都与半导体的良率密切相关。

　　另一方面，先进制程下缺陷愈发微观，需要捕捉到微弱信号。传统的光学手段由于波长受限，很难在小尺寸实现观测；而电子束波长在亚纳米级别尺度，既能在光学基础上看得更小、更清晰，还能探测比光学手段更丰富的信息，例如深孔观测，其已成为存储芯片制造领域最核心的问题之一。这就像是在医学领域中用肉眼以及 X 光观测人体，所获取的信息维度完全不同。

　　根据公开资料显示，在电子束量检测设备领域，达博曾重新定义亚纳米尺度下微观观测的底层逻辑。他借鉴电阻测量四探针技术与红外天文学领域的 Chop-Nod Method，原创提出“白色电子”研究方法 [3]。

　　该方法通过多次关联测量，有效屏蔽衬底背景信号干扰，实现半导体微纳缺陷的精准表征与定量解析。其核心创新是把非单色二次电子（SE）能谱整体作为探测信号，构建出微弱信号超高通量探测、识别与分析的全新技术方案。

　　在科研应用案例中，该方法能够依托纳米材料透射率的细微变化，精准获取衬底表面仅 1–2 个原子层厚度纳米材料的定量信息，检测效率相较传统多层探测法提升近两个数量级。

　　而在这项研究过程中，也让达博第一次强烈感受到半导体的产业和学术界不同的需求：对于产业界而言，只要方法管用、能给企业节约费用就是好方法；而在发表学术论文时，以“白色电子”方法相关论文为例，审稿人纠结的是，提取出来的结果是很多实验的组合，那它到底代表的是什么样的信息？这背后究竟有怎样的机理？

　　为此，达博在数学和物理层面花费了很多时间和精力进行证明。达博进一步解释道：“学术界更看重的是方法创新，假如在 100 次实验中成功一次可能就可以发表论文，但产业界的期望是 100 次实验中一次失败都不要有。”

　　图丨“白色电子”方法的可视化（来源：Nature Communications）

　　这种学术与产业的认知差异，也让达博在先进制程量产研发中有了更深体悟，其中就包括台积电 3 nm 产线关键部件研发。在他看来，成熟制程与先进制程的本质区别是，前者是“长板驱动”，即追求某几个关键部件的极致性能，其他部件的问题是可以被掩盖的；而后者是“短板致死”，尤其是在量产线上，整个装备中尤其是工作在等离子体、腐蚀气体、高温或高真空的所有材料与部件，其任何微弱的影响都可能破坏整体性能的表现。这就像是牵一发而动全身，因此先进制程在量产线上，是一个不断对部件找问题、找方案的过程。

　　在这个过程中，达博意识到一个更根本的问题：现有电子束设备中，可被有效利用的电子束流比例极低。要突破这一瓶颈，必须从材料本身的结构入手。为此，达博制备出圆柱对称旋转晶体

　　（CSRC，cylindrical symmetric rotating crystals）[4]，并开创衍射电子光学

　　领域，NIMS 时任理事长桥本和仁（Kazuhito Hashimoto）评价这项成果为“具有与准晶发现相当的原创性意义”。

　　（来源：Science and Technology of Advanced Materials: Methods）

　　在传统认知中，认为有序的材料就是晶体，例如单晶和多晶等。2011 年诺贝尔化学奖授予了一种短程无序、长程有序的材料——准晶（Quasicrystal）。圆柱对称旋转晶体与准晶类似，不同点在于，准晶需要旋转后再平移，而圆柱对称旋转晶体是与单晶、准晶同体系下的新结构，它不需要平移，仅需旋转即可实现原子排序，这是在球坐标下对称性最高的状态。

　　这种新结构的独特之处在于，改变了电子与材料相互作用的方式。传统电子束依赖电场和磁场调控，如同用磁铁去约束四处飞溅的水花。但是，电子发射大多数情况下发散分布，比如热场发射灯丝，发射的电子束流是毫安量级（10-3），但真正又细又直、能被探测到的往往只有纳安量级（10-9），中间差了百万倍。

　　而圆柱对称旋转晶体是衍射方式约束聚焦，对电子的方向和速度都不敏感。它利用衍射效应，类似于光学中利用衍射透镜对光线进行聚焦，把原本发散电子的方向重新约束起来，从而让薄膜材料也具备了类似电子凸透镜的功能。至此，类比光学中的衍射光学分支，这一材料的诞生，使电子光学领域中，多了衍射电子光学这一细分领域。

　　据理论估算，即使是非单色，非准直的电子束穿过圆柱对称旋转晶体，在恰当的条件下，其聚焦效率可以接近 1%，如果采用块体电子发射源，其可被有效聚焦利用的束流强度，理论上有望比传统方案提高数万倍甚至十万倍。未来如果该方法可行，并行电子束曝光机的效率将有机会超过现有的 EUV，进而有望改变整个半导体行业的生态。

　　图丨日立财团仓田奖励金视频采访（来源：日立财团官网）

　　凭借这一开创性贡献，达博在国际学术与产业界获得高度认可。2026 年，他受邀成为日立财团仓田奖励金唯一外籍受访学者，接受官方视频专访并获重点推介——该奖项创办于 1967 年、底蕴深厚且门槛严苛，受邀参与官方专访者寥寥无几 [5]。

　　在学术圈层，日本电子束领域泰斗、大阪大学名誉教授志水隆一，更是对其高度认可，将他视作自身学术体系的传承接班人。

　　整建制归国：一次提前押注

　　为了应对台积电等的苛刻要求，美国泛林集团（Lam Research）与 NIMS 强强联手，攻关 3 nm 量产线中刻蚀设备中与等离子体接触的关键材料与核心部件。而达博是这一联合研究项目的负责人。

　　多年来，达博长期主导先进制程刻蚀设备、电子束量检测设备的关键材料与核心部件领域。当前国内正处在从成熟制程向先进制程跨越的关键时期，中微半导体、北方华创等企业已在刻蚀设备领域取得不俗进展，但刻蚀设备底层关键材料与核心部件仍存在短板；相较之下，高端电子束量检测设备的国产化整机能力更是基本处于空白状态，亟待依靠底层材料与核心部件的自主创新实现破局。

　　此前，国内头部半导体设备企业核心负责人也曾劝达博回国：哪怕是关键方向性的行业信息，都可能帮国内省下几百万甚至几千万的研发成本——就像魔方，知道解法和盲目探索存在巨大差距。

　　家庭因素同样是促成这次归国的重要考量。孩子今年已经 8 岁，在日本长大的他，与中国文化的联结始终有限——这让他开始认真思考：孩子应该在更深厚的中国文化土壤中长大。

　　实际上在 NIMS 工作期间达博就意识到：一个人能做的事情有限，要把制造半导体设备这件事做到极致，一定要靠团队共同协作。因此，从 2016 年开始，他就开始将同门师兄弟通过人才引进的方式在 NIMS 组建团队，并且多年的协作与默契让他们建立了深厚的情谊。团队目标很明确：将中国的半导体装备材料和部件做到与国际相当的水平。“如果能达成这个目标，我觉得这辈子的奋斗就值了。”达博感叹道。

　　（来源：受访者）

　　在达博全职归国前，团队中已有部分成员先期回国，围绕电子光学相关方向开展工程化与产业化探索，并参与合肥国镜仪器科技有限公司等产业化平台建设。随着后续科研人员陆续回国，团队在基础研究、工程验证与产业协同等方面的能力进一步完善，开始形成“科研—工程—产业”相互支撑的发展模式。

　　谈及团队整建制回国，对此他感慨万千，并指出，优秀科研人员回国发展相对顺利，但优秀工程青年人才鲜少回国。原因在于科研人员可通过论文、奖项等直观评判，而工程人才的核心工作因涉密等原因大多不能公开发表，且关键技术单凭个人无法落地，需团队从研发到量产的全过程，评价周期长。

　　“这是领域面临的一个现实难题。即便是像我们这类配合默契的完整团队一起回国，也需要各方妥协让步，但好在我们有共同的奋斗目标。”达博表示。

　　不止于“国产替代”：从底层材料出发，为中国半导体装备铸魂

　　当下国内半导体装备产业规模正在逐步形成，但高校和科研层面的配套布局还不够明晰，未来亟需产学研深度融合发展。目前设备设计和整机集成国内已具备成熟能力，但关键的几种材料和核心部件仍未能实现自主制备，高度依赖日本引进。

　　实际上，国内的课题组并不缺丰硕的成果，但普遍缺少把单点实验室材料，转化为量产可替换核心部件的工程落地能力，这也是国内半导体装备国产化最大的现实短板。

　　在研发落地模式上，NIMS 一套整机替换验证的研发工艺极具借鉴价值。半导体产线无法停机配合新材料验证，要实现新材料规模化导入量产，必须先将材料做成标准化部件，放入和商用产线环境高度一致的整机设备中做替换测试，再经过长时间细节打磨，才能最终获得产线认可。这也是即便欧美拥有头部半导体设备企业，但全球半导体装备材料与部件供应链仍高度集中在日本的核心原因之一。

　　在先进制程推进路线上，国内暂未实现 EUV 光刻机产线商用落地，现阶段主要采用 DUV 多重多次曝光技术路线。但多重曝光会不断增加工艺流程，每新增一道工序都会带来芯片良率下滑。

　　国际厂商在电子束量检测中的抽检覆盖率要求相对宽松，而国内受多重曝光工艺影响，对检测覆盖范围要求大幅提高。这对国产电子束量检测设备的检测效率和先进制程适配能力，提出了更高标准。若能落地更高效率、更强适配能力的电子束量检测方案，可有效弥补无 EUV 工艺的短板，缓解芯片量产良率压力。

　　从技术迭代趋势看，2022 年起电子束量检测已从沿用近二十年的热场发射，转向冷场发射技术

　　路线。冷场发射具备高束流强度、检测速度快的优势，既能满足存储芯片刻蚀深坑检测、线路导通判定等刚需，还能提升抽检覆盖概率，对降低高端芯片生产成本、拉升量产良率价值突出。

　　同时冷场发射技术适用场景广阔，可用于光伏器件等弱导电样品观测，也适配生物医疗电镜病理分析、病变筛查、病毒检测等低损伤高分辨检测场景。达博认为，未来 3 到 5 年，冷场发射技术有望率先在研发与工艺导入环节实现规模化应用，后续再逐步渗透到半导体量产环节。

　　国产化破局要遵循先对标、再深耕的路径，首先在关键指标上对标国际一流水平，在此基础上立足现有技术向内沉淀、底层攻坚。行业当下最迫切的任务，是搭建起底层材料与核心部件自给自足的完整配套体系。

　　长远来看，达博的目标是实现半导体关键装备核心材料、核心部件全面国产化，让我国在全球半导体产业竞争中掌握更多话语权与产业硬实力。短期则要正视现有短板、抢抓时间窗口补齐产业链配套；他希望未来十年能够把基础科研、工程落地、产业发展与国家战略需求进一步结合，搭建完善、可持续的半导体装备产业发展格局。

　　在亚纳米的世界里，“看见”本身正在被重新定义，而他选择回到起点，参与这一定义的重写。