為迎接黨的二十大勝利召開，慶祝有研集團(tuán)70周年華誕，集團(tuán)舉辦了“輝煌七十載，奮進(jìn)向未來”故事大賽活動?；顒娱_展以來，共收到各單位報(bào)送的54篇參賽作品，生動講述了有研集團(tuán)成立70年來，特別是黨的十八大以來，堅(jiān)持黨的全面領(lǐng)導(dǎo)，扎實(shí)履行政治責(zé)任、經(jīng)濟(jì)責(zé)任、社會責(zé)任，在服務(wù)國家重大工程、強(qiáng)化科技創(chuàng)新、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展等方面作出的突出貢獻(xiàn)和取得的輝煌成就。

本期推出“輝煌七十載 奮進(jìn)向未來”有研故事系列展播（二）——太空飛行“鍺”。

太空飛行“鍺”

作者：有研新材 馮德伸 王宇

太空神秘而令人向往，人類追尋太空奧秘的腳步從未停止，從嫦娥奔月的古老神話，到阿姆斯特朗留在月球上的第一個(gè)腳印，再到太空遨游的神舟飛船，這些都彰顯著人類對太空無盡的向往。在浩瀚星河中，同樣閃亮著人類探索太空的各類衛(wèi)星，無論是提供電訊信號、還是氣象監(jiān)測、或是軍事安防，早已滲透到了人們生活之中。衛(wèi)星能夠遨游太空給人類提供各種信息，離不開支撐它工作的翅膀上的太陽能電池。2019年12月27日晚，我國研制的新一代最先進(jìn)的通信衛(wèi)星在文昌航天發(fā)射場發(fā)射成功，當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定軌道后翅膀張開的瞬間，我們深感激動與驕傲，因?yàn)樵陔姵匕迳?，有我們研制的高性能太陽電池襯底材料——鍺。

新一代通信衛(wèi)星

鍺行天下，勇于擔(dān)當(dāng)

說起鍺，時(shí)間還要回到上個(gè)世紀(jì)，1948年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室肖克利、巴丁和布拉頓組成的研究小組，采用鍺材料研制出一種點(diǎn)接觸型的晶體管，正式開始鍺材料的應(yīng)用研究。上世紀(jì)五十年代到七十年代，鍺占據(jù)了第一代半導(dǎo)體電子器件核心地位。而我們北京有色金屬研究總院從1952年建院起，就很快開始了鍺材料的研制工作，在1956年研制出中國第一顆金屬鍺，1958年拉制出冶金系統(tǒng)第一根鍺單晶，之后陸續(xù)建立了從鍺原料到高純鍺材料的全部工藝流程和全部鍺產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及性能指標(biāo)測試標(biāo)準(zhǔn)，研制成功不同電子器件要求的各種規(guī)格鍺單晶，為我國電子工業(yè)的建立和發(fā)展做出了不可磨滅的歷史貢獻(xiàn)，金屬鍺也榮獲了1978年全國科學(xué)大會獎。

第一顆金屬鍺

堅(jiān)韌轉(zhuǎn)型，探索前進(jìn)

1970年后，隨著硅材料的研制不斷取得突破，并逐漸取代鍺材料成為核心的半導(dǎo)體材料，鍺在半導(dǎo)體器件方面的應(yīng)用開始退出歷史舞臺，總院原來做鍺材料研制的研發(fā)人員陸續(xù)轉(zhuǎn)向硅單晶的研制。到了80年代后期，只有不到十人仍在堅(jiān)持鍺材料的研制和生產(chǎn)。在那段艱難的時(shí)期，以馬紹芳教授為主的研發(fā)團(tuán)隊(duì)緊跟國外研究步伐，將鍺單晶的研發(fā)方向轉(zhuǎn)向紅外光學(xué)領(lǐng)域，在國內(nèi)率先研制成功滿足紅外光學(xué)應(yīng)用的鍺單晶。紅外鍺單晶研制陸續(xù)取得重大突破和進(jìn)展，在1995年研制成功直徑260mm鍺單晶，并應(yīng)用在某衛(wèi)星地面標(biāo)定設(shè)備上，研制成果獲得1997年國家科技進(jìn)步二等獎。隨著研發(fā)能力和產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提升，紅外鍺在我國國防先進(jìn)武器裝備系統(tǒng)、探測系統(tǒng)等得到成功應(yīng)用，產(chǎn)量不斷提升，特別是2001年我國加入WTO后，紅外鍺產(chǎn)品更是走向了國際舞臺，產(chǎn)品遠(yuǎn)銷日本、美國、歐洲等，產(chǎn)量從2000年的1.5噸增長到2020的12噸，占世界市場份額的25%左右，成為世界紅外鍺產(chǎn)品的主要供應(yīng)商。

各種規(guī)格紅外鍺產(chǎn)品

直徑400mm以上紅外鍺單晶

再擔(dān)重任，繼續(xù)前行

進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，我國加快了在航天領(lǐng)域的探索和開發(fā)，眾多航天工程取得了世界舉目的成績，同時(shí)也引發(fā)了國外對我們的限制和封鎖，這對我國航天事業(yè)的持續(xù)發(fā)展帶來不可預(yù)測的風(fēng)險(xiǎn)。而鍺材料又有幸成為一種與航天工程密切相關(guān)的關(guān)鍵材料。

太陽電池是衛(wèi)星等航天器下在太空工作時(shí)主要能源，電池的壽命影響航天器的使用壽命，早期使用的太陽電池主要是硅電池，但轉(zhuǎn)換效率偏低且受太空環(huán)境影響較大。到了90年代，國外開發(fā)了以鍺為襯底的單結(jié)砷化鎵太陽電池取代硅電池。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，目前已經(jīng)制備成功轉(zhuǎn)換效率高達(dá)31%的三結(jié)太陽電池，新發(fā)射的衛(wèi)星等航天器超過90%都采用了這類鍺基三結(jié)砷化鎵太陽電池。

作為航天太陽電池的鍺襯底材料，其技術(shù)指標(biāo)要求遠(yuǎn)高于普通的鍺單晶，國外幾乎沒有相關(guān)的研制報(bào)導(dǎo)，技術(shù)和產(chǎn)品只掌握在兩家國外公司手中，國內(nèi)的鍺單晶無法滿足要求，一度對我國空間用太陽電池的研發(fā)和制備構(gòu)成嚴(yán)重和不可估量影響。

在這種情況下，作為國家隊(duì)的有研集團(tuán)下屬有研國晶輝公司鍺研發(fā)團(tuán)隊(duì)再次承當(dāng)起歷史的重任，全力攻克這種低位錯(cuò)鍺單晶的研制難題，從2013年起陸續(xù)承擔(dān)了材料攻關(guān)和替代研制任務(wù)，以馮德伸教授為主的研發(fā)團(tuán)隊(duì)深感責(zé)任和重?fù)?dān)，投入大量精力進(jìn)行攻關(guān)研究，巧妙設(shè)計(jì)了雙加熱器組合的熱場系統(tǒng)，合理調(diào)整熱場溫度梯度，并通過單晶工藝的優(yōu)化，研制成功4英寸低位錯(cuò)鍺單晶，制備的三結(jié)太陽電池轉(zhuǎn)換效率超過31%，并在新一代衛(wèi)星上得到應(yīng)用。低位錯(cuò)鍺單晶的研制成功，打破了國外的壟斷，為我國新一代航天器用空間電源用關(guān)鍵材料提供有力支持和保障。

鍺單晶研發(fā)團(tuán)隊(duì)

4英寸低位錯(cuò)鍺單晶

完成4英寸低位錯(cuò)單晶研制后，研發(fā)團(tuán)隊(duì)繼續(xù)前進(jìn)，開展了更高要求的6英寸低位錯(cuò)單晶的研制和超高純13N鍺單晶的研制，并取得了良好的開端。國家的需求，是我們不斷前進(jìn)的號角，作為一代具有豐厚歷史傳承的有研人，在集團(tuán)成立70年到來之際，在黨的二十大即將召開之時(shí)，我們更能明白肩上的責(zé)任和重?fù)?dān)。鍺過去發(fā)展的道路曲折，未來也不會一帆風(fēng)順，和世界先進(jìn)水平比較，我們?nèi)源嬖谝欢ú罹啵?ldquo;乘風(fēng)破浪終有時(shí)”，我們相信，在黨的堅(jiān)強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)下，新一代有研人堅(jiān)守理想信念，不忘初心、牢記使命，繼續(xù)做好鍺材料，未來可期。