創客路上｜「資金過河」助城大學者創科突破

（大公報 記者 鍾怡、蔡文豪）2018年國家推出的「資金過河」措施， 令香港院校能夠自行申請內地經費，推動了香港的創科發展。香港城市大學機械工程學系教授陸洋作為首批獲國家自然科學基金「優秀青年科學基金項目」的港澳科學家之一，在接受《大公報》訪問時感慨道：「這筆基金對金剛石納米力學與應變工程起到了重要幫助，非常及時！」

陸洋現與中科院深圳先進院、南方科技大學等內地著名高校和科研院所都有建立合作，他說，下一步將繼續推動「應變金剛石」半導體的應用，實現高質量的批量生產，推動國家的半導體事業發展，實現「科研報國」的理想。 

獲選首屆國家自然科學基金

半導體材料應用一直是國家高度重視的關鍵技術。陸洋憶述，他從2012年來港後，便專注於半導體材料的納米力學及應變工程研究。「香港學術氛圍佳，不僅背靠祖國，亦聯通國際，做科研極具優勢。然而，當時香港對創科的資源投入少，硬件設施更是滯後，即使我們滿懷熱情去研究探索新型半導體，也感到有些力不從心。」

2017年6月，24名在港中國科學院院士、中國工程院院士給習主席寫信，表達了報效祖國的迫切願望和發展創新科技的巨大熱情。習主席對此高度重視，作出重要指示並迅速部署相關工作。國家有關部委貫徹落實習近平的重要指示，推出多項支持香港科研措施，其中包括國家重點研發計劃、廣東省的科技計劃等科研項目經費獲准「過河」到香港使用；將國家自然科學基金「優秀青年科學基金項目」開放予港澳科學家等。

作為2019年首屆國家自然科學基金「優秀青年科學基金項目」（「優青」）的獲選港澳科學家之一，陸洋對此感到十分榮幸。他說，團隊當時是憑「微納米力學」這一課題獲獎，而該技術恰好適用於金剛石等半導體的應變工程研發。

早在2018年，陸洋的團隊便發現，金剛石材料納米化後，在拉升、彎曲等力學方式下，可達到接近9%-10%的變形量。陸洋說，在「優青」基金的支援下，團隊在2021年再次於《科學》發表文章，說明金剛石未來有機會成為半導體。「這筆基金對金剛石納米力學與應變工程起到了重要幫助，非常及時！」

走出象牙塔　創造更大價值

習主席日前考察科學園時強調，國家已將支持香港建設國際創科中心納入「十四五」規劃，對香港有很高的期望。希望香港發揮自身優勢，匯聚全球創新資源，與粵港澳大灣區內地城市珠聯璧合，強化產學研創新協同，着力建設全球科技創新高地。

陸洋認為，習主席高瞻遠矚，高度認可香港的高等教育和科研實力，支持發揮香港國際化以及背靠大灣區的獨特優勢，對未來建設香港成為全球科創高地是很大的鼓舞。「在習主席和中央的支持下，我們也更有信心，把自己的科學研究與國家需要結合起來，走出象牙塔，為社會創造更大的價值。」

陸洋說，團隊希望透過研究金剛石半導體材料，與跨學科專家一起努力，實現彎道超車，令國家半導體事業更進一步。「我們目前只是提出科研理論，離真正的應用還有距離。相信香港在中央的領導下，能加大香港本地對先進製造產業的投入，我對金剛石半導體的未來充滿信心。」

發展本港先進製造業，亦離不開大灣區的協同。陸洋說，廣東省多個城市的製造業都較發達，與內地合作，可以更好地推動金剛石半導體應用。他計劃未來能在香港做基礎和轉化研發，在大灣區內地城市實現產業化。

目前，陸洋在深圳的納米製造實驗室，已經和中科院深圳先進院、哈爾濱工業大學、南方科技大學、深圳大學、西安電子科技大學等內地高校和科研院所建立了合作。陸洋說，期望依託國家對大灣區的發展規劃，同時在民間資本的支持下，能夠推動金剛石半導體的應用，實現高質量的批量生產。

夠穩定 散熱佳 金剛石半導體優勢多

目前市面上有多種半導體，除常見的矽基半導體材料，科學家亦致力於研究碳基半導體。相較於石墨烯、碳納米管等碳基半導體，金剛石半導體在高功率下較穩定、散熱佳，具有許多優勢，亦可應用於量子計算機。

陸洋說，碳納米管、石墨烯都屬於熱門的碳基半導體材料，功能強，被廣泛使用。而金剛石雖然屬於相對冷門的碳基半導體材料，但它在未來被應用於集成電路的潛力是巨大的。「碳納米管、石墨烯做展示性器械相對容易，但是若要規模化生產，還面臨很多挑戰。」例如碳納米管天生有金屬性、半導體性這兩種特性，較難提純。在批量生產時，所得出的半導體性碳納米管，裏面常混有金屬性。至於石墨烯若要製成器件，即高質量的晶圓，其質量還很難達到集成電路的要求。此外，石墨烯本身不是半導體，需做一些調控才能使用。

現有製矽技術可兼容

「而金剛石與矽一樣，有機會被製成大塊晶體。」陸洋說，行業內目前已可以製出3英寸以上的高質量單晶。同時，金剛石亦能跟矽的半導體工業相兼容，即矽的製成技術與設備亦適用於金剛石，目前矽的投入已能達到一條生產線產出幾十億塊單晶。若金剛石能發展成熟，利用成熟的硅技術也可實現大的產量。

此外，金剛石亦適合作為量子計算機的一個載體。陸洋說，金剛石中有一塊色心，能應用於量子計算機中。首先，金剛石本身結構穩固，當它製成量子計算機時，有強穩固性。其次，傳統的量子計算機需在液氮環境中使用，但金剛石的散熱特別好，製成量子計算機後就能放在常溫中使用，十分有利於量子計算機的普及。陸洋補充說，條條大路通羅馬，石墨烯、碳納米管和金剛石都有各自的優點和不足。但他相信，若金剛石半導體能發展起來，也可以成為碳基半導體中一條非常有潛力的方案，值得投入。

破除學科壁壘 解決發展滯後瓶頸

金剛石在納米條件下具有彈性、可彎曲這一研究發明，顛覆了人們的印象，引發學術界關注。然而，金剛石半導體研發在港仍相對冷門。陸洋認為要發展這一技術，要解決現存的學科壁壘、先進製造業發展滯後等問題。

陸洋說，研究成果發表後，很多海外、內地的研究所都與他傾談下一步計劃，香港卻較少。納米的世界很微小，很難將研究成果可視化，所以即使研究成果佳，亦很難拿到後續支持。而且金剛石半導體材料的納米力學及應變工程屬於跨學科，涉及機械工程、力學、材料科學等領域知識。「即使有不少其他領域的科學家對我的研究成果感興趣，但大家思維方式不同，很難進行進一步合作，令更多人看到。」

借開展跨學科交流合作

陸洋認為，先進製造業不發達亦是阻礙後續發展的一大痛點。「所以我們只能在香港做基礎研究，在內地考慮生產。」香港研究半導體材料的科學家不少，但他們都傾向於研究石墨烯等較時髦的材料，亦比較好發文章。過於注重基礎科學研究，亦會導致先進製造業發展緩慢。此外，進一步研發需要博士生人才，以及精細的設備，這些投入亦需要資金支援。至於金剛石本身，雖然中國的金剛石生產量大，但質量一般，若要用作集成電路，甚至是量子計算機，都需要大量、高質量的單晶金剛石，「在提純方面，我們還有很長一段路要走」。

陸洋建議，Innohk目前來說只有與健康醫學、人工智能與機器人相關的主題。他認為政府之後亦可以考慮加入有關先進製造的項目，讓更多的科研人才關注半導體等項目的發展。而政府亦應開展一些跨學科交流論壇，不同領域的專家經常合作，才能打破大家在傳統領域的固有思維，碰撞出新的火花。

半導體應用廣 需求極大

半導體是指常溫下導電性能介於導體與絕緣體之間的材料。半導體在集成電路、消費電子、通信系統、光伏發電、照明、大功率電源轉換等領域都有應用。

從日常生活中來說，大部分的電子產品，如計算機、移動電話或是數字錄音機當中的核心單元都和半導體有着極為密切的關聯。因此，無論從科技或是經濟發展的角度來看，半導體的重要性都是非常巨大的。

負責研究半導體的城大陸洋教授表示，半導體對國家的發展十分重要。目前，我國每年進口芯片所花的錢早已經超過了石油。同時，由於西方的技術封鎖，導致這一方面我們想發展自己的矽基半導體特別艱難，所以發展新型半導體也是一條重要的路線。

芯片進口費用已超石油

陸洋說，半導體技術的投入研發時間長、規模龐大，一定程度上還是需要國家、特區政府的支持。目前內地對矽的投入已經超過十年，香港要從這方面追很困難，所以需要考慮發展新型半導體事業。

話你知：有望用於量子資訊技術

金剛石因為擁有超高的導熱性、導電性，科學家常思考它作為半導體應用於光電工程中的可能性。2021年，陸洋及其團隊，首次通過納米力學方法，展示了單晶金剛石陣列均勻的深彈性應變，從根本上改變金剛石的電子能帶結構，有望用於下一代微電子學、光子學和量子資訊技術。該研究結果已發表在《Science》上。

陸洋表示，團隊首先從固體金剛石單晶中加工成了，大約1微米長、300納米寬的條狀樣品。在拉伸試驗下，金剛石條表現出高達9.7%的彈性變形，接近金剛石理論上的彈性極限。而在卸載後，它們亦完全恢復了原來的形狀。

陸洋說，通過納米力學的方法，證明了金剛石的寬禁帶結構可以調控和顯著改變，更重要的是，這些改變可以是連續和可逆的，有望用於下一代微電子學、光子學和量子資訊技術。「我相信隨着越來越多的資金投入，金剛石半導體的應用指日可待。」

（來源：大公報A3：要聞 2022/07/08）