本文摘自新材料在線️®《大國之材》編年冊
1877年，在一個堆滿耐熱材料的實驗室裡，狂熱的發明家愛迪生正在進行一項實驗。他想找到一種能燃燒到白熱的物質做燈絲，並且要經住熱度在2000攝氏度持續1000小時以上的燃燒。同時追求用法簡單，能經受日常使用的擊碰，價格低廉，並且不影響其他燈同時工作。
這是一個大膽的設想，卻也耗費了這位天才無數的心血。他每天工作19個小時，做過上質礦石和礦苗共1600種不同的試驗，試驗筆記簿多達200多本，共計4萬餘頁。直到1908年，才找到了理想材料——鎢絲。
30餘年的光陰一去不復回。除了研發週期十分長，逐個嘗試的實驗方法每天耗費的成本也令人驚歎。對於現代工業來說，這是耗不起的“玩法”。
若研發能從一樣一樣串聯式的變成多種研發並聯式的進行，時間和資金等各種成本或許能得到大幅下降。深圳市矩陣多元科技有限公司（以下簡稱“矩陣科技”）董事長張曉軍就開始嘗試這樣一種捷徑路線，這種技術被稱為“高通量材料製備”。
樣品圖 高通量製備具有不同成分的100種材料
他將這樣一種捷徑技術用在了最需要的地方，正是中國經濟轉型最核心的陣地——集成電路行業。
在科技產業發達的深圳，張曉軍帶著團隊進駐了一家產業園，創立了矩陣科技，面對奮力嘗試突破“卡脖子”瓶頸的眾多同袍，張曉軍將理想和中國芯片產業的命運緊緊地捆綁在一起。
芯片研發成本降100倍
過去十餘年，中國在下游製造業和自主品牌上發展迅速。但在最為核心的集成電路工業上，卻始終難以取得實質性突破。
相關數據顯示，2018年我國集成電路行業實現銷售收入2519.3億，但其中自給率僅為15.35%，近85%的芯片依賴進口，價值超過2000億元。
2019年，華為被美國列入了實體名單，芯片被卡住脖子，接二連三的事件也讓中國審思了發展芯片產業的重要性。
國家新材料產業發展專家諮詢委員會主任幹勇院士曾指出，芯片之爭其實是材料之爭，中國對“卡脖子”材料的突破迫在眉睫。
帶著同樣的想法，張曉軍開始深耕芯片材料這一領域。在張曉軍看來，中國未來5-10年內，芯片的市場潛力巨大。
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芯片的製造是通過一步一步的材料製備工藝完成的，隨著芯片的不斷迭代升級，新材料不斷出現，新材料的成分含量敏感並決定著芯片的質量，成分含量無法準確地預測，比如柵級氧化層材料或者複合材料，其氮氧化硅成分可以佔0.01%、0.02%、0.03%不等，這要求做大量實驗才能得出準確數據。
張曉軍對《大國之材》表示，假設一款傳感器數據芯片的開發包括1000個步驟，每一步需要耗費製造、人工、設備成本約30美元，完成1000步完成需要花費3萬美元。這是一筆不小的成本，而且研發週期很長，需要3-6個月。
“做材料研究好比捕魚，傳統的方式是釣魚，一次只能釣起一條，而高通量材料製備技術是撒網，一次可以拉上來一大網的魚。”張曉軍向《大國之材》作了個形象的比喻。
張曉軍看到芯片材料開發流程長，誕生了將高通量技術應用在芯片材料領域的想法。
張曉軍提出的高通量材料製備技術路線是通過多元脈衝沉積系統實現一次性批量製備100種不同的材料，並且可進行自動化的掃描數據，快速篩選出最佳的材料或芯片。
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“採取高通量材料製備技術，從理論上講，芯片研發成本可以降低100倍。”張曉軍對《大國之材》說。
鞏固國內市場地位
事實上，掌握了高通量芯片材料製備技術的還有國外的公司。不過，其他公司所能製備的只有局部幾種的材料。一般而言，芯片涉及多種材料組合，有些芯片涉及的材料達300多種，而僅對幾種材料進行高通量的製備，對提升芯片開發速度而言無異於杯水車薪。
更為關鍵的是，製備100種材料的良品率需要滿足與單個材料製備的質量相當水平，這樣高通量的製備方式才有意義。
樣品圖 高通量製備不同材料成分的100個小樣品
高通量芯片製備涉及到不同原材料和不同配方的製備，在製備的過程中，傳統的方式是每個材料製備完成後，再進行混合，張曉軍對《大國之材》表示，矩陣科技的製備方式是在製備的過程中就實現原材料之間原子級別的混合，材料的質量也隨之大幅提高。
擁有高通量製備的獨特優勢，張曉軍將業務重心的第一步放在高通量芯片材料製備設備方面。他對芯片產業的需求很清楚，這種捷徑沒有人不心動。
2019年11月，張曉軍帶著他的產品參加了中國創新創業大賽新材料行業總決賽，決賽上組織了500強公司的對接活動。出乎意料的是，原本沒打算參與對接的張曉軍卻被三星集團的人攔住，並表達了合作的意願。
和其他的國產設備廠商一樣，張曉軍也曾為國內對國產設備質量存疑的心態擔憂過，對於新創立的公司而言，產品能否得到市場的認可關乎著接下來的公司處境，令張曉軍略感意外的是，銷售從0到1的突破很快就實現。
2019年5月份，矩陣科技與美國、日本、荷蘭等全球最主流的幾家材料製備設備供應商競爭一個六國院士項目。經過5位專家的評審，矩陣科技一舉中標，代表國產設備第一次打入了高通量製備高端設備市場。
隨著5G產業大幕拉開，芯片市場向中國轉移，這對矩陣科技來說如魚得水，其優勢在於設備完全自主設計，在中國本土加工，成本大幅降低。張曉軍表示，在國外加工一個真空設備的零部件，耗費了2000多美元，而現在在國內設計加工，只花了1000多人民幣，“在成本方面，國外公司是沒辦法跟我們競爭的。”
如今，矩陣科技已經接到了不少高校、研究所等的訂單，並且有企業已經開始與矩陣科技探討合作。“預計明年的訂單在3000萬到5000萬左右，生產相關的都要擴大。”張曉軍對《大國之材》說。
材料基因工程的參與者
早在2017年，矩陣科技就拿到了松禾資本1500萬天使投資。
2017至2018年，是張曉軍和他的團隊們積蓄力量搞研發的階段，2019年進入產品銷售階段。
銷售研發設備和耗材，提供材料配方、工藝以及設備的整套材料解決方案，這只是矩陣科技佈局的第一步，在張曉軍的計劃裡，第二步是擴大供應，隨著積累的數據量越來越多，第三步則將提供材料大數據服務。
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有人認為，新材料研究發展緩慢，不僅是中國面臨的問題，而是全世界的“通病”，大家都是通過堆砌實驗次數的“笨”辦法來創造新材料。愛迪生嘗試尋找燈絲材料時，中國仍處在封建時代。在材料領域，中國起步晚，但並非沒有辦法破解，打破研究方法的桎梏很重要。利用大數據，實則是找到更高效的材料設計的方法。
高通量芯片材料製備，其實牽出另一個概念——材料基因工程，我國目前已形成了全球門類最全、品種與產量規模第一的材料產業體系，2018年新材料產值3.9萬億元。儘管規模龐大，但面臨新材料創新能力不足、創新質量不高、迭代經驗欠缺等問題，而材料基因工程的實施，可有效地解決新材料發展的瓶頸問題。
材料基因工程包括高通量計算方法、高通量實驗方法、材料大數據等關鍵技術，通過協同創新，實現新材料研發週期縮短一半、研發成本降低一半的目的。而矩陣科技目前正在做的就是高通量實驗這一環節。“這是材料基因工程裡面最難，也是最核心的地方，因為只有把高通量的實驗做好了，才能提供準確、可靠的數據源。”
事實上，美歐國家早在20年前就開始著手材料芯片、材料數據庫、大數據技術的研究佈局。如美國加州理工大學已經與Google公司展開合作，通過高通量實驗方式分析材料數據。
“高通量技術將是大勢所趨，但是目前還是處於在一個爆發點的階段。”張曉軍對《大國之材》說。之所以選擇將高通量技術應用於芯片領域，張曉軍清楚，國產芯片要崛起，缺乏雄厚的材料數據積累，如果硬拼，勝算很小。而高通量技術的起跑線差距不大，在這個領域將有趕超的機會出現。
未來5-10年，中國芯片產業將迎來爆發性增長，這對矩陣科技而言無疑是個巨大的機會，張曉軍和他的團隊正枕戈待旦。
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