派瑞工程師黃寶貴正通過實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的精密科學(xué)儀器做實(shí)驗(yàn)。（廈門日?qǐng)?bào)記者 張奇輝 攝）
目前，半導(dǎo)體領(lǐng)域絕大多數(shù)的光電子器件都以硅基為材料，但硅基器件的小型化正逐步逼近其物理極限。如何實(shí)現(xiàn)器件進(jìn)一步縮小？能夠嘗試的另一條路線，就是看單個(gè)分子是否也能具備硅基半導(dǎo)體器件的特性。
十多年來，嘉庚創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室副主任、廈門大學(xué)教授洪文晶帶領(lǐng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)做了一件事——他們自主研發(fā)的單分子電子學(xué)科學(xué)儀器，能“抓住”單個(gè)分子，對(duì)單分子的電學(xué)特性進(jìn)行表征，評(píng)估其未來作為集成電路基本器件單元的可能性。
2019年底，第一代單分子電子學(xué)科學(xué)儀器產(chǎn)品在嘉庚創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室問世，這也是國際上第一臺(tái)能夠在不同科研實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)單分子尺度半導(dǎo)體器件電子學(xué)特性精準(zhǔn)表征的科學(xué)儀器產(chǎn)品。如今，由洪文晶領(lǐng)銜的派瑞未來（廈門）科技有限公司（以下簡稱“派瑞”）研發(fā)團(tuán)隊(duì)，正在努力使其走向越來越廣闊的市場。
自主研發(fā) 國際首臺(tái)單分子電子學(xué)精密測量儀器
采用分子來構(gòu)筑電子器件，是未來半導(dǎo)體器件小型化的潛在技術(shù)路徑之一。對(duì)科研人員而言，單分子電子學(xué)儀器是他們開展前沿研究的“眼睛”，它既可以評(píng)估單個(gè)分子是否適合做晶體管、憶阻器，也可以用來實(shí)現(xiàn)高靈敏度醫(yī)學(xué)檢測和環(huán)境傳感器測試等。
近日，記者走進(jìn)派瑞實(shí)驗(yàn)室，見到了這臺(tái)目前已經(jīng)在國際上50多個(gè)實(shí)驗(yàn)室廣泛使用的精密科學(xué)儀器。派瑞的工程師黃寶貴正通過智能控制系統(tǒng)，控制金針尖在溶液中不斷上下運(yùn)動(dòng)，從而獲得分子不同構(gòu)型演化過程的電導(dǎo)信號(hào)。
“這個(gè)控制系統(tǒng)結(jié)合了納米級(jí)精度的位移和飛安級(jí)微電流檢測技術(shù)，儀器的電流測量模塊核心指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先水平的高靈敏度——皮安，特定條件下甚至能達(dá)到飛安級(jí)?！秉S寶貴介紹，在嘉庚創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的支持下，洪文晶教授帶領(lǐng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)自研了這款定制化控制器，實(shí)現(xiàn)了單分子電子學(xué)測量儀器的全部件自主研發(fā)。
相較于商業(yè)化通用控制器，派瑞團(tuán)隊(duì)自研的控制器將硬件成本降低了80%以上。同時(shí)，通過設(shè)計(jì)優(yōu)化了內(nèi)部空間布局，實(shí)現(xiàn)硬件的模塊化設(shè)計(jì)，大幅提升了儀器的穩(wěn)定性和市場競爭力。
單分子電子學(xué)是化學(xué)、化工、材料與集成電路交叉的學(xué)科，“相對(duì)于常規(guī)半導(dǎo)體器件，單分子電子學(xué)研究的主要挑戰(zhàn)在于：分子僅有亞五納米的尺寸，給器件制備與表征帶來的巨大挑戰(zhàn)。”洪文晶說，因此，研究一開始以“測得準(zhǔn)”為首要目標(biāo)，聚焦于如何在數(shù)個(gè)納米的尺度實(shí)現(xiàn)單分子電導(dǎo)的精準(zhǔn)表征。
這項(xiàng)研究推動(dòng)了微尺度科學(xué)研究的發(fā)展，也成為半導(dǎo)體電子器件小型化和大規(guī)模集成的希望。近年來，單分子電子學(xué)精密測量儀器歷經(jīng)多次系統(tǒng)升級(jí)與功能迭代，經(jīng)由派瑞實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化走向市場。
持續(xù)迭代產(chǎn)品 提升用戶口碑與黏性
從2019年第一臺(tái)樣機(jī)的問世，到2021年派瑞成立，再到如今儀器實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、不斷拓展應(yīng)用領(lǐng)域，其中的經(jīng)歷在派瑞董事長吳文峰看來，像是“打怪升級(jí)”般持續(xù)奮斗。
“這臺(tái)儀器能做什么？能給儀器用戶和科研單位帶來什么？除此之外，我們還能給這個(gè)領(lǐng)域帶來什么？這是我們將其推向市場過程中不斷思考的問題。”吳文峰說，要將產(chǎn)品推向廣闊的市場，就必須在應(yīng)用中持續(xù)完善性能、提升品質(zhì)，為更多的基礎(chǔ)研究提供支撐，更應(yīng)該為這一領(lǐng)域的繁榮發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
“一開始，運(yùn)營團(tuán)隊(duì)對(duì)儀器本身不甚了解，通過深入市場摸爬滾打收集到一些信息，才真正了解到市場需要的是什么樣的儀器?！眳俏姆逭f，在走訪過許多科研院校、參加相關(guān)行業(yè)展會(huì)之后，企業(yè)意識(shí)到，僅僅有好的產(chǎn)品還不夠，瞄準(zhǔn)客戶需求，持續(xù)開展技術(shù)研發(fā)與售后服務(wù)，才是真正推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室儀器研發(fā)走向市場、形成新質(zhì)生產(chǎn)力的關(guān)鍵。
因此，派瑞在拓展客戶的同時(shí)，緊貼市場需求，持續(xù)迭代產(chǎn)品，并通過良好的服務(wù)提升用戶口碑和黏性。2021年底，派瑞的產(chǎn)品走進(jìn)諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者、美國西北大學(xué)Fraser Stoddart教授的實(shí)驗(yàn)室，迎來發(fā)展的里程碑。
眼下，派瑞的單分子電學(xué)表征實(shí)驗(yàn)還將走進(jìn)大學(xué)本科教育的化學(xué)課堂?；谂扇鹂茖W(xué)儀器設(shè)計(jì)的單分子電學(xué)表征實(shí)驗(yàn)課程，入選教育部基礎(chǔ)學(xué)科系列“101”計(jì)劃化學(xué)領(lǐng)域的化學(xué)測量學(xué)實(shí)驗(yàn)部分。
為單分子電子學(xué)領(lǐng)域研究拓寬道路
單分子電子學(xué)曾是一個(gè)非常“小眾”的研究領(lǐng)域，派瑞成立之時(shí)，在全國范圍內(nèi)做單分子電子學(xué)研究的僅有十多個(gè)課題組。
“我們希望與這個(gè)領(lǐng)域共同成長，因此在研發(fā)和市場開拓之外做了一系列的事?！迸扇饐畏肿涌蒲薪涣髦行呢?fù)責(zé)人賴奕霖介紹說，他們努力推動(dòng)單分子電子學(xué)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)交流，包括支持領(lǐng)域內(nèi)的專家學(xué)者每年舉辦行業(yè)交流會(huì)議、學(xué)術(shù)論壇和暑期培訓(xùn)班等。
派瑞團(tuán)隊(duì)的付出獲得了回報(bào)。吳文峰介紹，三年時(shí)間里，通過國產(chǎn)儀器研制降低儀器門檻，以及對(duì)領(lǐng)域?qū)W術(shù)活動(dòng)的參與和支持，讓單分子電子學(xué)研究領(lǐng)域從原來的十多個(gè)課題組，已經(jīng)發(fā)展到現(xiàn)在超過一百個(gè)課題組，其中大部分的實(shí)驗(yàn)課題組都使用了派瑞研制的精密科學(xué)儀器。
國內(nèi)外多個(gè)課題組也先后與嘉庚創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室和派瑞展開合作，利用派瑞所研制的科學(xué)儀器做科研攻關(guān)，在頂尖期刊上發(fā)表了多項(xiàng)高影響力研究論文成果，并在論文中致謝派瑞儀器產(chǎn)品對(duì)科研工作的支持，派瑞由此打響知名度。
除了科研應(yīng)用，派瑞還將產(chǎn)品拓展至醫(yī)療健康、半導(dǎo)體器件檢測等工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，通過“企業(yè)出題、實(shí)驗(yàn)室解題、共同破題”協(xié)同攻關(guān)的模式，將產(chǎn)業(yè)界所遇到的技術(shù)挑戰(zhàn)帶回實(shí)驗(yàn)室，通過合作研發(fā)，讓儀器在產(chǎn)業(yè)服務(wù)中發(fā)揮更大作用。他們與中南大學(xué)湘雅三醫(yī)院合作，基于儀器產(chǎn)品開發(fā)了一種檢測谷胱甘肽分子間相互作用的表征新方法，也與多家醫(yī)院合作，在疾病的早期診斷方向開展積極探索。
“我們希望通過從高校到產(chǎn)業(yè)的全鏈條協(xié)作，努力打好自主研究平臺(tái)和國產(chǎn)科技儀器設(shè)備攻堅(jiān)戰(zhàn)?！眳俏姆灞硎?，派瑞將持續(xù)練好內(nèi)功，拓展儀器在科研和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，向“精密科學(xué)儀器細(xì)分領(lǐng)域領(lǐng)軍企業(yè)”的目標(biāo)邁進(jìn)。
（廈門日?qǐng)?bào)記者 吳君寧 通訊員 楊國寧 黃亞男）
