2021最美科技工作者,中国有色金属学会推荐候选人严大洲

严大洲,1963年4月生,教授级高工。1988年中南工业大学有色金属冶金专业硕士毕业,现为中国恩菲工程技术有限公司副总工程师、中原学者、中冶集团专业技术领域(多晶硅材料)首席专家,兼任硅基材料制备技术国家工程研究中心主任、中国光伏行业协会监事会主任、SEMI PV标委会核心委员等。

严大洲带领项目团队长期致力于多晶硅材料领域技术研究及产业化,主持完成了国家 “863”课题、科技支撑计划、电子基金课题、国家强基工程、省市科研课题和国家发改委产业化示范工程等30多项成果,创建了“物料闭路循环、能量综合利用”原创多晶硅技术体系,建成我了国第一条多晶硅产业化示范线,打破了美日德等国的技术封锁和市场垄断,实现国家战略性材料逐步自给和产业转型升级。

迄今,严大洲作为核心专利人带领团队申请国家专利269项,获授权专利188项(其中:发明专利89项);发表论文及应邀报告共60多篇,合著专著1部;已主持制定2项国际标准、5项国家和3项行业标准;以第1完成人获国家科技进步奖二等奖1项、省部级科技进步奖一等奖5项,中国专利奖金奖、银奖、优秀奖各1项,以第2完成人获全国工程勘察设计总承包金钥匙奖1项、中国专利奖优秀奖1项。2014年严大洲荣获中华国际科学交流基金会首届杰出工程师奖

目前,严大洲与团队一起正在承担国防军工用超高纯硅基材料、集成电路用电子气体和锂电池用硅碳负极材料等项目研究与产业化,已有多项技术产业化的产品在集成电路等生产线上试用,实现进口替代,高纯多晶硅技术应用于新疆多晶硅工程,多项指标国际领先。

一、主要事迹

破浪前行的领航者严大洲

他不服国外企业垄断多晶硅生产,带领一支科研先驱突破重围,成就了国内多晶硅的多项“第一”;他扎根洛阳乡村,在飞扬的黄土地中见证了光伏走进千家万户;他穿梭在神州各地,在西方媒体误导打压多晶硅产业时,为企业更为产业呼喊奔走,在欧美贸易战中勇往直前,奋力拼搏,他就是中国恩菲副总工程师严大洲。 

低调深沉,他是话不离业务的务实学者

“上帝赐予人类的宝石”——严大洲用这几个字来形容自己打了半辈子交道的多晶硅。严大洲的工作几乎都离不开“多晶硅”、“硅基材料”,这些“关键词”已经成为他的一种生活方式,“嵌”在他每一天的日子里。

出生于湖北安陆的严大洲,对中南大学有色冶金专业的每一个学习机会都倍加珍惜。大学本科学习期间,他利用寒暑假机会到实验室参加科研实验,得到了刘业翔院士和诸多业内大家的指导,“小到仪器的摆放,大到各种数据记录整理分析,教授都要求必须一丝不苟。也就是那时候,培养了我对科学的严谨和对冶金化学的热忱。”严大洲说。

1988年6月研究生毕业后,严大洲到当时的北京有色冶金设计研究总院(现中国恩菲工程技术有限公司)工作,先后承担了电解铝、水泥、锆、钛、稀土冶炼、稀土材料、半导体材料单晶硅、多晶硅等项目的科研和工程设计。

投身事业,缘起对中国硅产业的爱与恨

工作不久,严大洲听闻我国多晶硅专家组在国外考察受到接待方的故意“冷落”以避免接触行业技术,异常愤懑,这也激发了他为我国的光伏产业做点事情的决心。

2002年底,北京有色冶金设计研究院决定与洛阳单晶硅厂合作,在洛阳建设年产300吨多晶硅项目,严大洲被任命为总设计师和副总经理。项目从300吨做起,而当时国内还没有这么大规模的多晶硅生产线,生产厂区设在偏僻的偃师石牛村,因为资金有限,当时的办公环境也非常恶劣,主要为租农民家的民房,一边办公,一边听着外面拖拉机‘突突突’声是家常便饭。为了尽快投产,他和团队扎根在农村,奋斗在黄土弥漫的厂区,生产线建设两年多的时间里,甚至很少有机会到洛阳市区。

持续创新,从“第一”迈向下一个“第一”

2005年10月18日,年产300吨多晶硅项目终于在这一天正式投产并顺利生产出第一炉多晶硅。该生产线成为国内第一条拥有自主知识产权的多晶硅生产线,也是当时国内最大的多晶硅生产线。这炉产品的诞生,标志了我国成功打破了国外长期以来对中国多晶硅生产的技术封锁和市场垄断,掌握了规模化生产的关键技术。

产业的快速发展,离不开一系列的技术创新,依托多晶硅材料制备技术国家工程实验室平台,严大洲带领团队取得了丰硕成果:

1.突破多晶硅高品质难题,形成了规模化低成本制备光伏用高品质多晶硅的系统集成技术。研究确定了影响多晶硅品质的63种微量组份,发明去除原料三氯氢硅中痕量杂质的方法,自主研究设计了选择吸附、络合精馏、高效填料及耦合精馏集成技术,成功攻克了多晶硅高速沉积、能耗物耗与硅棒品质协同难题。

2.首创节能还原炉系统设计方法,通过设备创新大幅降低多晶硅电耗。模拟构建了硅棒气固界面反应物料更新通道和热场、流场的动态平衡,突破了加压不利于多晶硅高效沉积难题,成功研发我国首套24对、36对、48对棒节能还原炉技术与装置,形成了完整工艺包,填补国内空白,每吨多晶硅生产成本从70万元降至6万元,实现了高纯多晶硅低成本大规模生产,解决了光伏行业“卡脖子”问题。

3.发展循环经济,首创四氯化硅氢化、尾气回收循环净化技术,破解行业污染难题。自主研究设计建成了3万Nm3/h过程气体处理系统,发明了吸收、吸附、溶解、蒸馏等集成技术,将含H2、HCl、三氯氢硅、四氯化硅和硅粉等成分的混合气体分5个回路分离、净化后循环使用;发明了多晶硅副产物四氯化硅氢化生产三氯氢硅的方法,比德国、美国技术的一次转化率高20~38%,电耗仅为进口技术的1/5,使每吨多晶硅耗硅从1.5吨降至1.08吨,达到国际先进水平,实现了多晶硅绿色生产。

4.持续研发,攻克超高纯多晶硅及硅基电子气体制备技术。开发了半导体用电子级、区熔级高纯多晶硅制备技术,形成了纯度12N以上的具有自主知识产权的区熔用电子级多晶硅制备技术;攻克了“电子化学品痕量杂质分离”、“反应定向控制、反应效率”等技术难题,独创了硅基电子特气“光催化微反应-吸附络合-高效精馏”纯化新技术,形成了具有国际领先水平的光通讯和集成电路用高纯四氯化硅及电子级三氯氢硅等系列硅基电子气体核心技术,为持续占领高端提供了智力支持和保障。

行业引领, 瞄准高端破局而立向新而生

科学技术者最美的样子就是胸怀天下,心中有热情,手里有“绝活”。严大洲带领团队一直勇立在破局的潮头上,因为够拼,所以够出彩。

  1. 规范行业标准,实现有标可依。统一了多晶硅行业的节能监察标准和程序,破解了多晶硅行业长期低水平重复建设困局,促进了行业健康发展,为光伏发电平价上网奠定了坚实基础,同时相关技术成果及建设标准正积极向埃及等国输出,助推“一带一路”发展。
  2. 心系国之安危,解决国家“卡脖子”环节。以“进口替代、填补国内空白”为目标,承担国防军工项目,积极参与军民融合,有望解决我国芯片用基础材料卡脖子的问题,保障国防安全,有效地支撑国家“十四五发展规划” 中集成电路产业发展。
  3. 以国家之务为己任,保障国家战略性新兴产业的安全。承担并实施了工业强基工程项目,打破了电子级多晶硅国外垄断和制约,有效解决我国电子信息及光通讯产业基础薄弱问题,提升电子信息产业关键电子材料供给保障能力 ,推进中国“制造”向中国“智造”转型”。

4.放眼未来世界,推动国家实现“碳达峰”和“碳中和”。   承担并实施了电子功能材料专项项目,实现了高纯多晶硅高效清洁生产,对我国能源结构调整、实现碳中和目标起到了积极的促进作用。

 

二、感人故事

不愿躺在功劳簿上的“开拓者”

2002年,光伏行业发展中的多晶硅产业关键核心技术受制于国外技术封锁,国内市场几乎全部依赖进口,这给中国光伏行业和集成电路产业的发展带来了巨大影响。“卡脖子”技术被西方掌握,怎么办?此时,中国有色工程设计研究总院(今“中国恩菲”)的严大洲收到通知,公司将在河南洛阳建立洛阳中硅高科技有限公司,致力于多晶硅领域的技术研发,打破技术封锁。

而他,则是科研带头人。

“能不能行?”当时的公司领导这么问他。

“没问题,什么时候出发?”严大洲毫不犹豫。

“跟家里人说一下,准备动身吧!”

就这样,严大洲和一批技术专家来到河南洛阳,开启了产业化多晶硅的梦想。

此时,严大洲面对的,不仅是几乎一无所有的厂房和实验室,还有近乎为零的相关技术基础。

条件是艰苦的,挑战是严峻的,责任也是艰巨的。面对艰难困苦,严大洲没有气馁。严大洲第一步考虑的就是国内首台12对棒还原炉的自主研发,严大洲率领团队在充分核算了热场、流场的合理分布后,自主研究设计并委托辽宁一家企业制造了第一台12对棒还原炉。

炉子研制出来了,新问题又出来了——硅芯无法击穿的问题,这是还原反应的第一个关键环节。严大洲和电气方向的专家一起研究调整打压系统,经过对炉内温度、硅芯高度等各种核算,最终,他们成功将打压系统调到了万伏以上,打压工艺调整后,当硅芯通红地出现在大家视野中时,在场的人激动欢呼,团队里年轻的小姑娘高兴得热泪盈眶。

当时还有一个很大的问题,就是硅芯倾斜造成倒炉,硅芯是用卡瓣固定在石墨底座上,传统的卡瓣是两瓣型。然而,经过团队对数据的总结分析,修改了卡瓣结构和尺寸,经过多次试验,降低了倒炉的可能性。就这样,严大洲一次次面对困难,一次次攻坚克难,又战胜了一个个挑战。多晶硅终于在洛阳顺利生产了,这也成为国内首条规模化的产业线,成功打破了国外长期以来对中国多晶硅生产的技术封锁和市场垄断,帮助国家摆脱高度依赖进口的困窘局面。

作为开拓者,严大洲没有躺在历史的功劳簿上,而是在科研的道路上继续破浪前行。严大洲又开始聚力高端,潜心研究国家紧缺的芯片用电子级多晶硅料和电子特种气体以及光纤通信行业的原材料。

无数的夜晚,在洛阳生产基地的办公楼二楼有一盏灯总亮到凌晨,那是严大洲的办公室。从理论研究、评价炉检测,到应用于还原炉的试生产,再到整个车间的稳定生产,严大洲带领科研技术人员在无数参数数据的计算、对比、推翻、再确定的过程中,经历着“残酷”的自我否定和惊喜的科学肯定。黑夜熬白了他们的黑发,近五年来,从电子级多晶硅小试成功,到区熔级多晶硅的研发成果转化,他用坚毅的韧性迎来了胜利的曙光。

严大洲继续致力于集成芯片的超纯原料研发,他以“硅业报国”热情,激励着身边的科研工作者向着助力中国电子信息产业崛起的征程不断攀登。