兰红波:潜心纳米压印

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  科学研究应该坚持“顶天立地”。所谓“顶天”即是瞄准国际研究前沿,不断创新,创造高端领先的技术成果;“立地”指的则是科研成果的产业化,解决国家和社会的需求,服务于社会。近10年来,兰红波一直潜心纳米压印技术的基础研究和工业化应用,在纳米压印研究领域不断创新,始终秉持“顶天立地”做科研的理念,用纳米压印技术改变我们生活和创新未来。
  瞄准广阔前景,
  潜心纳米压印
  说起纳米压印,您可能不清楚。但是,如果说平板电脑、笔记本、高清电视、监控摄像头、柔性电子等众多消费电子产品,以及量子通信、高亮度LED、闪存、CPU等您肯定熟悉。没错,这一技术就是21世纪最具发展潜力的高新技术——微纳技术。目前,它已经成为未来10年的战略性新兴产业,也是高新技术产业发展新的增长点,是支撑新一代信息技术、节能环保、生物医疗、新材料、新能源等战略性新兴产业的基础和关键。
  据兰红波介绍,微纳米结构制造(微纳米图形化)被认为是微纳制造技术的核心,尤其是高效、低成本批量化制造大面积微纳米结构的工艺和装备是实现微纳器件和产品从实验室走向大规模工业化应用的根基。与现有的其它微纳结构制造技术相比,纳米压印光刻在高效、低成本批量化制造大面积微纳结构方面已经显示了突出的潜能和显著优势,具有广阔的市场和商业化应用前景。
  正是因为认识到微纳制造技术的重要性和巨大的社会需求,兰红波将全部身心都投入到了纳米压印的研究和开发之中,并取得了不俗的成绩,在科技创新的征途上踏出了一条芳香之旅。
  近10年来,兰红波一直致力于纳米压印、微纳制造、光电子器件制造、3D打印等方面的研究和开发,先后主持国家自然科学基金重大研究计划(培育项目)、教育部“新世纪优秀人才”支持计划项目等国家和省部级课题10项,参与国家级课题6项,取得了一系列创新成果。由他带领的纳米制造与纳光电子实验室,以应用为牵引,致力于研发批量化大面积纳米压印工艺、装备及商业化应用,开发了国内首台拥有自主知识产权的4英寸整片晶圆纳米压印光刻机和滚型纳米压印光刻机。先后在本领域顶尖期刊Nano Today(IF: 17.689)、 International Journal of Advanced Manufacturing Technology、《中国科学 E》等期刊上发表学术论文62篇。出版纳米压印英文学术专著1本,受邀参编英文学术著作3部(Book Chapter)。持有1项美国专利,22项中国发明专利(第一发明人19项),申请18项发明专利(包括3项PCT国际专利)。
  由于在行业内的突出贡献,兰红波受邀担任Advances in Microelectronic Engineering和Journal of Control Engineering and Technology的编委,International Journal of Advanced Manufacturing Technology、Microelectronic Engineering等16种国际期刊审稿人,并多次受邀在日本、美国等举办的国际会议上做邀请报告和大会报告。
  顶天立地做科研,
  挑战更高更强
  科学的乐趣,很多时候在于挑战。在纳米压印领域,兰红波不懈攀登,只为领略更为壮美的风景,以自身智慧为人类发展贡献力量。近年来,他先后承担多项重要研究课题,取得许多创新性研究成果。
  2011年,兰红波主持了国家自然科学基金“纳米制造的基础研究”重大研究计划:“大面积、高度均匀有序量子点阵列制造及其在量子点激光器中的应用”。为了实现大面积完美量子点及其阵列的制造,他带领课题组提出了一种基于软紫外纳米压印的大面积完美量子点及其阵列制造方法,解决了现有的S-K模式直接自组装生长量子点和采用图形化衬底生长量子点均难以实现大面积完美量子点及其阵列的制造的问题,提供一种具有成本低、效率高、适合规模化制造大面积完美量子点及其阵列制造方法,突破了制约量子点器件实用化的技术瓶颈。
  2012年,兰红波主持了“教育部新世纪优秀人才支持计划项目:面向光子晶体LED整片晶圆纳米压印工艺和装备的研究”。
  众所周知,光子晶体LED目前被业界认为是提高取光效率、实现超高亮度LED最有效的技术手段之一,而纳米压印光刻在低成本、高生产率、一致性和规模化制造光子晶体LED方面与其他现有方法相比具有显著的优势,尤其是大面积整片晶圆(晶圆尺度)纳米压印工艺被认为是实现光子晶体LED一种理想的解决方案。
  兰红波抓住机遇,带领项目组发展了一种基于气体辅助顺序微接触压印和揭开式脱模的全新整片晶圆纳米压印工艺,并完成了工程样机的开发,实现了光子晶体LED高效、低成本、批量化、一致性制造,突破了制约光子晶体LED批量化制造的国际性难题。
  正是看准了纳米压印的广阔前景,兰红波选择了勇往直前。今年,他又承担起“国家自然科学基金面上项目:面向LED图形化的大尺寸和非平整衬底整片纳米压印方法研究”。
  据他介绍,我国的LED产业正从产业链低端的封装和末端的应用开始转向产业链高端的LED芯片制造、外延生长和衬底制造。增加发光效率,提高亮度和功率,降低成本是当前LED行业所面临最大的挑战性问题,也是亟待解决和突破的核心问题。
  “LED纳米图形化技术(采用纳米尺度图形化蓝宝石衬底NPSS和纳米尺度图形化取光层)被学术界和工业界认为是当前提高光产生效率和光提取效率,改进光源质量是实现高亮度LED最有效的技术手段。”兰红波说。
  在不断尝试中,他找到了自己的道路,创新采用新的压印填充和脱模策略,提出一种基于氟聚合物基薄膜状复合软模具和EHD辅助压印的整片晶圆纳米压印新方法,为大尺寸和非平整衬底纳米图形化提供一种高效、低成本、具有工业化应用前景的技术,并应用于NPSS和纳米棒LED的制造,突破当前制约LED纳米图形化的瓶颈。该项目的研究对于发展新型大面积纳米压印方法、实现LED纳米图形化和开发新一代高亮度LED具有非常重要的理论价值和实际工程意义。
  目前,该项成果已申请1项国际PCT专利,3项发明专利,并应邀于今年6月参加在墨西哥举办的2014EMN(能源、材料与纳米技术)国际会议,并作邀请报告。
  此外,瞄准超大面积(m级尺度)非平整刚性衬底纳米图形化国际难题和巨大的产业化要求,兰红波还开发了两种原创性大面积纳米压印工艺:复合纳米压印和基于带形模具的纳米压印,正在开展相关工艺和装备的研发,以期实现超大面积复杂三维纳米结构和高深宽比微纳结构高效、低成本和规模化制造,为高效太阳能电池板、高清平板显示、高性能玻璃等提供另外一种全新的思路和方案,具有更高的质量、效率和更低的生产成本。目前,该项目已得到青岛市创新领军人才项目的支持。
  精诚合作,
  在共赢中寻求发展
  牛顿说:“如果说我比别人看得更远些,那是因为我站在了巨人的肩膀上。”在纳米压印领域不懈求索的兰红波,总是积极构建高水平的国际平台,寻求与国际纳米制造领域的专家合作。
  柏林工业大学Bimberg教授是国际纳米领域著名科学家,他带领固体物理研究所和纳光子研究中心在量子点相关领域的研究一直处于国际领导地位。早在从事博士后研究期间,兰红波就将纳米压印技术拓展到量子点领域,并与合作导师Bimberg教授、Pohl教授共同提出一种基于软UV-NIL和MOCVD制造大面积、高度均匀有序量子点阵列方法,为提高量子点器件性能以及突破制约量子点器件实用化的技术瓶颈提供一种重要的支撑技术。
  此外,他还与处于国际领先水平的东京理科大学的Jun教授保持着密切合作与交流,开展了多项课题合作研究。
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