“芯”系国防——记西北工业大学苑伟政科研团队

实验室中的苑伟政教授。 西北工业大学提供

在我们所见到的一些精密运转的设备中，往往有肉眼看不到的核心器件在微纳米尺度空间里发挥关键作用。比如喷墨打印机里的微喷头、汽车安全气囊里的微加速度计等。

在这样一根头发丝粗细的尺度下，要让机械很好地动起来，想想就是一件很难的事情。

这一高深的领域有一个通俗的称呼——微机电系统（MEMS）。在西北工业大学机电学院，苑伟政带领着自己的研究团队在这个“细如发丝”般的领域深耕了20多年，蹚出了一条宽广的路。

苑伟政科研团队在2010年和2011年获得国家技术发明奖，在2019年度国家科学技术奖励大会又以“航空航天特种MEMS制造技术及其应用”成果第三次摘得国家技术发明奖。

为航空航天事业提供关键核心器件一直是苑伟政团队不变的追求。

“MEMS最早的应用领域就是航空航天。它体积小、重量轻、成本低、响应快，在寸土寸金的狭小空间操作有显著的优势。西工大有‘三航’作后盾，一定要占领这个研究阵地。” 这是苑伟政经常说的话。

微机电技术是集机械、光学、生物医学与微电子工程为一体的新兴、边缘、交叉的前沿学科，被誉为“在微观领域认识和改造世界的关键使能技术”。

然而，航空航天特种MEMS具有高性能、多品种、小批量等特点，必须有自主可控的研究适应其特殊性的制造技术。

1993年，苑伟政从法国国立高等机械与微技术学院学习研究后回国，是我国较早开展MEMS领域研究的青年学者。留学归国后，苑伟政在西北工业大学的支持下，建立了微机械与微细加工技术研究室，在学校组织开展微机电系统研究工作。

起步总是艰难的。最初的研究异常艰难，为解决经费困难，苑伟政不断争取国家各类基金和国防重大项目资金的支持，曾创造过一年写9份基金申请书的纪录。

资金的缺乏没有让苑伟政气馁，凭着迎难而上、坚韧不拔的毅力，团队在一间小小的实验室里干起了宏伟的事业。

在当时国际上，相较于以往的硅基MEMS，SOI基MEMS具有机电性能好、可靠性高等优良特性，为发展航空航天特种MEMS提供了重要途径。团队瞄准这一研究方向，开始了艰难的攻关。

SOI基MEMS的典型结构是由数以千计的驱动检测梳齿和敏感大质量块构成的。一根头发丝的直径通常为60—90微米，但梳齿之间的宽度仅为3微米，间距2微米；而敏感大质量块间隙仅为2—4微米。如何在如此微小的尺寸破解高深宽比结构可控刻蚀、可动结构的无黏附释放等难题，成了摆在团队面前的巨大技术挑战。

想要占领核心技术制高点，光在一个新的研究领域凑热闹是不够的，需要以追求极致的韧劲打“持久战”。

苑伟政说：“一开始可能做不到别人那么好，但我们有耐心、有韧劲，每一个器件都要做10来年才能做出来。我们是靠团队精神一次次克服失败前进的。”

经过无数次攻坚克难，团队在国家自然科学基金及多项国家研究计划重点项目等支持下，提出了SOI基MEMS制造新方法，使敏感芯片尺寸减小一半，而且传感器谐振频率提高了一倍以上。此外，他们主持制订的“基于SOI硅片的MEMS工艺规范”国家标准成为迄今国际上第一个颁布的同类标准，使我国跻身掌握SOI基MEMS制造技术的先进国家行列。团队自主研制的微剪应力传感器等6款特种MEMS产品，满足了大飞机等国家重大专项和航空航天“重点型号”工程急需。

同时，团队研发的世界上第一台流体壁面剪应力测试仪等技术成果，近3年经济效益超过2.5亿元，制造技术推广用于60多家骨干单位，并在航空发动机、智能制造、机器人、高速列车等领域具有广阔的应用前景。

20多年来，从最初只有苑伟政一个“光杆司令”的团队，到如今把实验室建了起来、把团队带了起来、把学科发展了起来。“这个过程是很艰辛的，也是最值得我骄傲的。”苑伟政说。

从很小的新型学科方向起步，瞄准方向、由弱到强，如今，苑伟政带领团队有“极端环境智能微系统国家重点实验室（培育）”、“空天微纳系统教育部重点实验室”和“陕西省微/纳米系统重点实验室”，发展了国家重点学科、新兴交叉学科及国防重点学科，“微机电系统工程”专业入选国家一流本科专业。

苑伟政说，团队正瞄准国家重大需求和国际前沿，探索MEMS研究仿生化、智能化，为国家作出更大贡献。