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高純金屬靶材是半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)制備中的核心材料，其質(zhì)量和純度對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的后續(xù)生產(chǎn)質(zhì)量起著關(guān)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(shù)來實(shí)現(xiàn)。

有研電子束裝備

有研集團(tuán)全資子公司——有研工程技術(shù)研究院有限公司自主研發(fā)的大功率電子束熔煉爐是鈦、鉭、銅、鈮等半導(dǎo)體核心材料及航空航天、核工業(yè)用高端材料制備提純的關(guān)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(huán)境下利用高能量密度的電子束進(jìn)行轟擊，將電子束的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成熱能使原料熔化的技術(shù)。電子束熔煉爐熔池的維持時(shí)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(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)高純材料的需求量越來越多，常規(guī)的冶煉方法已很難滿足要求。真空電子束熔煉對(duì)于難熔金屬而言是一種有效的提純方法，特別是對(duì)于在冶煉溫度下具有較低蒸汽壓的金屬和合金。

創(chuàng)業(yè)求實(shí) 創(chuàng)新致遠(yuǎn)

20世紀(jì)50年代，隨著第三次科技革命的興起，高熔點(diǎn)金屬與合金逐步成為原子能、航空、電子等尖端技術(shù)發(fā)展的重要材料。世界各國特別是歐美等國家都轉(zhuǎn)向采用電子束熔煉方法研制高熔點(diǎn)金屬材料。當(dāng)時(shí)，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(tǒng)方法卻難以制出高純難熔金屬。

1959年，有研集團(tuán)的先輩們開始組織設(shè)計(jì)研制60kW雙環(huán)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(tái)環(huán)狀60kW電子束爐，為研究高熔點(diǎn)金屬提供了重要手段，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。這臺(tái)電子束爐也熔煉出當(dāng)時(shí)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(huán)狀電子槍的技術(shù)不足，有研集團(tuán)的先輩們創(chuàng)新性地改進(jìn)了電子槍技術(shù)，研制出功率更高的電磁聚焦電子束爐，獨(dú)立自主地設(shè)計(jì)出進(jìn)料和拖錠機(jī)構(gòu)，為當(dāng)時(shí)三線工廠提高生產(chǎn)率作出了重要貢獻(xiàn)。1978年，超高真空電子束區(qū)域熔煉爐獲全國科學(xué)大會(huì)獎(jiǎng)。1989年，電子轟擊爐的電子槍和給料裝置獲得國家實(shí)用新型發(fā)明專利。

進(jìn)入21世紀(jì)，有研工研院進(jìn)一步加大設(shè)備開發(fā)力度，陸續(xù)開發(fā)出系列產(chǎn)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(shè)備的研制及制造技術(shù)方面，有研工研院研制的大功率電子槍具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，技術(shù)達(dá)到世界領(lǐng)先水平，獲省部級(jí)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)、三等獎(jiǎng)1項(xiàng)，獲授權(quán)專利100余項(xiàng)。

引領(lǐng)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(dá)3200kW的電子束熔煉提純裝備，產(chǎn)品覆蓋電子束熔煉爐、冷床爐、區(qū)熔爐等，為國內(nèi)從事難熔、高純金屬研發(fā)生產(chǎn)的高校、科研院所以及企業(yè)累計(jì)提供70余臺(tái)套電子束熔煉裝備。除適用于難熔金屬外，也廣泛應(yīng)用于銅、稀土等元素提純。

2009年，有研工研院為金川集團(tuán)提供300kW高純銅用電子束熔煉爐，成功生產(chǎn)出直徑80mm、長度500mm、含銅量達(dá)99.9999%、重量25kg的超純銅錠，電子束爐煉銅技術(shù)的成功，標(biāo)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(yè)提供了超高純金屬濺射靶材用電子束爐，其生產(chǎn)的超高純材料雜質(zhì)元素含量小于十萬分之一。用于生產(chǎn)半導(dǎo)體濺射靶材高純金屬的電子束熔煉爐曾登上央視頻道紀(jì)錄片《大國重器》。

助力中國“芯”發(fā)展

2021年，有研工研院設(shè)計(jì)制造的GREB2800大型電子束熔煉爐在麗水成功“點(diǎn)火開爐”，助力我國第一個(gè)電子級(jí)超大規(guī)模集成電路制造用超高純鉭材料產(chǎn)業(yè)基地的誕生。鉭金屬是國家重要的戰(zhàn)略資源，是超大規(guī)模集成電路制造中不可或缺的關(guān)鍵性材料。全球應(yīng)用于高端芯片制造用超高純鉭材技術(shù)被美國和日本2家公司壟斷，有研工研院自主研發(fā)的單槍功率達(dá)到800kW的大功率電子束熔煉爐，同時(shí)也是目前國內(nèi)單槍功率最大的電子束熔煉爐，實(shí)現(xiàn)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(chǎn)化，將結(jié)束我國高端芯片制造用超高純鉭材長期依賴進(jìn)口的局面，填補(bǔ)了該領(lǐng)域空白，為解決集成電路制造用材料的國產(chǎn)化提供了有力支撐，為中國“芯”發(fā)展進(jìn)入新篇章貢獻(xiàn)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(jiān)克難，提供一批有色金屬高端制造加工裝備原創(chuàng)技術(shù)，培育一批有色金屬高端制造加工裝備設(shè)計(jì)制造人才。在“十四五”新征程上，有研工研院將繼續(xù)面向國家重大需求，為我國半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的綿薄之力！

（ 作者：李琪  尹中榮  孫照富）