ElliTOP量拓：橢偏測量的開拓者

　　光偏振現象的應用在日常生活中無處不在，比如液晶顯示屏、3D眼鏡等；在光伏、納米、半導體芯片等高端制造中，也常用到一種利用光偏振現象的儀器，那就是橢偏儀，它最拿手的就是測量納米級薄膜的厚度、折射率、消光系數等參數。橢偏儀為非接觸測量，快速、無損、無需真空、精度高、可測單層膜或多層膜。隨著中國產業升級和制造業水平的提高，橢偏儀的應用越來越廣。

　　近日，分析測試百科網采訪到國際高端橢偏儀生產廠家——北京量拓科技有限公司總經理孟永宏先生，他不僅帶我們了解了橢偏技術的前世今生，而且其“決不逆向工程、誓做原始創新”的創業做法讓人震撼。

　　希望此文能為無數懷揣技術夢想、堅持原始創新的中國創業者提供思路，也希望橢偏儀能得到更加廣泛的應用，支持中國更深遠的高新技術的產業創新。

左：北京量拓科技有限公司總經理 孟永宏先生；右：分析測試百科網總經理 卞利萍女士

為什么要創業？

　　孟永宏原在中科院力學所國家微重力實驗室工作十余年，長期專注于光學橢偏成像技術研究及其在納米生物芯片方面的應用研究，在力學所期間共獲11項ZL，在國內外學術刊物發表多篇學術論文，參與完成包括863、973、自然科學基金委在內的20個國家級科研項目，多個項目鑒定為國際領先水平，并獲得了2007年北京市科學技術進步獎。2007年，孟永宏所在的課題組參加在瑞典斯德哥爾摩舉辦的第4屆國際光譜橢偏大會ICSE時，曾代表中方申辦在中國主辦下一屆大會，卻沒有成功。評委認為中國應用不錯，但沒有產業。在外人看來，這個結果并無意外，但對于一直希望發展中國橢偏事業的孟永宏來說，震動極大，結合自己對橢偏測量技術、應用、市場的了解，認為必須改變中國在此領域的落后面貌；另一方面，所在課題組的主要研究方向也發生了較大改變，越來越偏離孟永宏的橢偏夢想；還有，在當時的科研體制下，優秀的科研成果總是束之高閣，個人的抱負難以實現。諸多因素結合在一起，促使孟永宏痛下決心，離開了自己深愛的科學研究事業，開始繼續沿著自己的橢偏夢，走入發展產業的道路。

　　量拓科技的商標ElliTOP的含義是：Ellipsometry Top Manufacture（Ellipsometry：橢圓偏光法），即橢偏測量的開拓者。量拓科技致力于專業橢偏測量方法的研究、儀器開發、產品制造和銷售、測試服務，并提供橢偏測量整體解決方案。迄今為止，量拓科技不僅是中國唯一的專業橢偏儀器廠商，而且是國際高端橢偏儀器的主要廠商之一。

　　量拓科技堅持每個產品有清晰明確的市場定位，要做就做到最好，否則不做。進入市場之初，正值中國光伏產業大發展時期，在晶體硅太陽能電池的生產過程中，納米減反膜的膜厚和折射率是必檢項目，因為這些參數直接影響了太陽電池的光電轉換效率。由于用于絨面納米薄膜檢測的橢偏儀技術難度大，當時僅有德國一家公司能提供橢偏儀產品，量拓科技決定迎難而上，以自己的智慧開發出能滿足用于需求的橢偏儀。公司采取了與德國公司完全不同的技術路線，2010年向市場成功推出國內首臺光伏專用橢偏儀EM01，打破了國外的技術壟斷，并以其高精度，高穩定性，高可靠性和簡潔的人機交互，迅速贏得了光伏太陽電池市場工業客戶的信賴，目前已經成為太陽能電池領域的標準產品。

      然而，任何偉大的事業都是需要經歷磨礪的，在打開光伏市場的時間不長，量拓科技就受到2011年歐美對中國太陽能電池市場“雙反”事件的嚴重影響，導致公司銷售額急劇下滑。回顧往事，孟永宏說：“在單一產品和單一市場的情況下，公司發展最怕遇到’行業風險‘，但真被我們遇到了；不過一開始遇到比在今后遇到更好。那段時期我們反而加大了研發投入和市場開拓的力度，針對明確的市場需求，成功開發出多個橢偏儀系列產品，并開拓了納米薄膜檢測、半導體、教學等多個應用行業，以后的路就越走越寬，增長迅速。所以在困難的時候，堅定的信念無比重要！現在回頭看看光伏行業興旺時期為提供光伏測試儀器的很多公司，都已倒閉，而真正存活下來并且得到發展的，還是那些有不懈堅持信念，并不段創造新的核心技術的企業。”

橢偏技術的前世今生

　　接下來孟永宏為我們“普及”了橢偏技術。光有幅值、頻率、相位、偏振4大性質，對應有不同的儀器。顯微鏡、望遠鏡等利用光的幅值原理，光譜儀器利用光的頻率特性，干涉儀利用光的相位性質，橢偏儀利用的是光的偏振性質。

　　偏振光波傾斜入射到樣品表面，與表面發生相互作用后，光波中載有樣品表面的信息，導致光波反射前后偏振態發生變化，這一變化用橢偏角表示。通過建立樣品的層構物理模型，利用理論計算和擬合就可以從橢偏角中解析出樣品的信息，如塊狀材料的光學常數，或者納米薄膜的膜厚和光學常量（如折射率n和消光系數K）。

　　最典型應用：納米薄膜

　　橢偏儀已成為納米薄膜光學參數表征的重要手段。在工業生產中，納米薄膜廣泛應用于半導體、化學、生物、光學、能源等多種領域中需要鍍膜的產品中。具體來講，建筑外墻玻璃、眼鏡、手機等電子產品的屏幕、耳機等等，生活中有許多方面都有納米薄膜的應用。在納米薄膜工業產品的生產過程的過程檢驗中，以及最終產品的終檢中，均需要對薄膜進行表征，包括測量膜厚（th）的結構參數，以及測量折射率n、消光系數k等光學參數。納米薄膜的表征需求為：非接觸、無破壞、高靈敏度、快速。

　　納米薄膜常用的表征方法有觸針法和光學法。觸針法主要是臺階儀和原子力顯微鏡，光學法包括白光干涉儀（膜厚儀）和橢偏儀等。各種方法的區別請見下圖：

　　相比較而言，白光干涉儀、臺階儀只能檢測50nm以上的范圍，檢測范圍窄。掃描探針顯微鏡、臺階儀都需要制作臺階，所以僅能表征單層薄膜，對多層納米薄膜的測量就無能為力了。而多層鍍膜相比單層鍍膜，會大大提高產品的性能。例如，在光伏領域里，最初在硅的表面單層鍍膜就能提高光電轉化效率。隨著發展，目前更多的廠家用的是雙層膜，雙層膜可以把更多的光吸收進去，光電轉換效率進一步實現明顯的提高。這時候進行膜厚測量就非“橢偏儀”莫屬了。又比如高檔的眼鏡，也采用多層鍍膜技術。

　　所以，橢偏儀在納米薄膜檢測應用中與其他檢測方法相比具有顯著的優勢：原子層量級的分析水平、無需制作臺階、可以檢測多層納米薄膜、無擾動、無破壞性、幾乎適合任何材料、對環境要求低。

橢偏測量原理

　　橢偏儀的應用

　　1892年，德國的Drude教授發明了橢偏儀，真正的應用發展是在上世紀六、七十年代蓬勃興起的半導體領域，半導體芯片就是典型的納米薄膜產品，芯片經鍍膜后、進行光刻、再鍍膜，所以芯片有幾十道工序要用到橢偏儀。目前光伏產品生產的過程控制也離不開橢偏儀。

　　在工業中的應用還有平板顯示、觸摸屏、液晶顯示、曲面電視中的曲面等，在生產線上都要用到橢偏儀，所以橢偏儀是質量控制的儀器，通過在過程中檢測納米薄膜的膜厚和一些光學性質，就能獲知最終的質量，所以在每一道檢測中都會設置一些閾值范圍；鍍膜后檢測，然后反饋到工藝上，最后確保質量的一致性。

　　在靈敏度方面，橢偏儀可以測定半層、一層的原子，精度達幾個納米，并可以檢測幾乎任何材料，透明的、不透明的，金屬，半導體，生物樣品等。這種非接觸的方法非常有優勢。比如光經過任何物質，只要發生反射、透射、折射、散射，偏振態都會發生變化，目前還有些單位還將橢偏儀用戶PM2.5的研究。遙感拍攝中用偏振，可以區分地面上的物體是自然物還是人工的；在纖維檢測領域可用于分析纖維的組成。

　　在科研中，現在研究納米薄膜是熱點，在發達國家的實驗室，橢偏儀是必備的儀器，像光學顯微鏡一樣非常普遍，但在中國的很多實驗室還未配置。另外在大學的物理教學實驗課也需要橢偏儀，比如物理系的近代物理實驗、電子工程系、材料系等都需配置。

絕不逆向工程 立足原始創新

　　談到技術創新，孟永宏有個“驚人”的做法：“公司常召開內部的‘創新論壇’分享交流會，我要求研發部必須學習其它行業的儀器，比如家電、飛機、手機、彩電產品，但只有一條：不準學習其它家的橢偏儀，我們公司從來不做‘逆向工程’。

　　為什么？因為如果學的話一定是跟在他們后邊走，一定是無法超越的；如果去分析競爭對手，那么人會不自覺地模仿競爭對手，所以我公司禁止學習競爭對手。我們瞄準的是客戶的問題、技術本身的發展，當客戶有需求時，我們會根據自己創新的方式推出解決方案。當我們面向光伏領域推出第一款產品時，設計和以前的那家德國公司完全不同，但精度和準確度完全滿足甚至超過客戶要求。”據悉，量拓日前正瞄準國家戰略需要，計劃研發計量型的橢偏儀，希望將這種儀器裝到計量院去，這也是國際上目前沒有的品種，將有望為中國整個納米薄膜領域的發展奠定良好基礎。

量拓產品線

　　量拓科技目前已經形成了包括橢偏儀系列、偏振儀器、橢偏儀配件、偏振元器件等幾大產品線。

　　2010年量拓科技推出了第一款主要面向光伏領域的橢偏儀，打破了當時德國某公司獨家壟斷市場的局面，經過數年發展，國內光伏領域量拓的產品現已占據市場絕對領先。國內也有幾家開始生產橢偏儀，但孟永宏非常自信：“雖然目前有兩家國內公司在抄襲量拓科技，但我們相信，量拓在橢偏測量領域的使命感、責任感、科學思想、創新模式、技術優勢是任何其它國內任何廠家難以復制和超越的。”孟永宏還談到發生的多起“有趣的”經歷：在多次橢偏儀采購招標中，最初是其它廠家的產品中標，但是客戶發現中標者交不了貨，最終又回來訂購了量拓的產品。

　　在量拓的產品應用中心，我們看到其產品包括光譜類橢偏儀、激光橢偏儀和教學橢偏儀等系列產品。

量拓的橢偏儀系列產品：左上為教學型橢偏儀，右上為光譜橢偏儀，左下為激光橢偏儀，右下為EPAD雙通道偏振態檢測儀

　　由于光通信、光纖傳導、光纖測量領域的發展，量拓除傳統橢偏儀外，還在拓展偏振類儀器，比如偏振態檢測儀，波片檢測儀。

　　線偏振激光器是更為高檔的激光器，價格比普通的激光器要貴得多；那么激光器出來的線偏振光到底如何？是500:1還是1000:1，用偏振檢測儀即可檢出。這種對偏振器的檢測技術不僅填補國內空白，在國際上也是領先的。

　　還有一種偏振態檢測儀是波片檢測儀。1/4波片是最基本的光學器件，用于激光器、投影機、偏振儀器等，做好1/4波片就要嚴格控制相位差。目前全世界的波片主要在中國生產，以前沒有儀器方法可以控制生產過程，靠經驗只有20-30%的成品率。將量拓設計的波片檢測儀進行波片生產的過程控制，可以將成品率迅速提高至80-90%。量拓的波片檢測儀是國際首創的儀器。

　　量拓還將在2015年推出白光干涉儀附件，白光干涉儀造價相對便宜，速度快，適合測量單層膜，在未來將與橢偏儀形成完美互補。

　　據悉，量拓還將于2015年推出全新設計的納米薄膜檢測儀，將完全打破橢偏儀現有的結構，使其更加人性化，實現更多的人機交互，更好的使用體驗。

　　堅持和聚焦

　　“企業需要創新，也需要堅持”，孟永宏表示：“產品需要不斷推陳出新，但無論怎樣出新，量拓都立足于自己手中掌握的實實在在的技術，在自己‘守得住’的領域中精耕新作，不斷堅持。國際上發展比較好的公司，都有著共同的熱點，就是在自己精通的領域做到別人無法企及。德國的GDP支撐依靠的是中小企業，專業化越來越突出。這也是我們公司的發展模式，就是高度聚焦，不能發散。”

為客戶提供解決方案和分析測試服務

　　孟永宏表示：量拓所有的產品都提供整體解決方案。比如橢偏產品除提供給客戶硬件、軟件外，對于工業客戶還提供一些工藝、過程質量相關的工藝文件，教會客戶如何用橢偏儀解決工藝質量問題，真正提高質量。因為客戶真正關心的是能不能解決問題。“比如在觸摸屏領域內，客戶關心的是控制鍍膜到什么程度、如何控制鍍膜質量，才能最終獲得觸摸效果好的高品質產品；所以僅提供給客戶儀器是不行的。這時，我們會告訴客戶測定的參數和最終問題之間的關系，幫助客戶把橢偏儀測量用在過程中，用在某幾個工序里，最終改善質量。所以我們提供的是整體解決方案。”雖然這樣做對量拓要求很高，要求必須理解客戶的需求，幫助客戶建模、實現過程控制、最終提升質量；但這種做法也為量拓的業務樹立了極高的競爭壁壘。比如有些客戶除橢偏儀外，其余均采用國外檢測儀器設備，但橢偏儀專門選擇量拓儀器，因為國外廠商提供不了這種解決方案。

　　2014年北京大學希望量拓為其教學設計一款橢偏儀，量拓在研究現有儀器不足的情況下，按照為市場提供下一代橢偏儀的整體思路進行研發生產，研制生產后，產品比以前市場上的教學型橢偏儀高，但想不到大受市場歡迎。除了過硬的產品質量，量拓還提供給學校非常專業的課件和教學軟件，這樣在許多理工課程的教學過程中，教師能夠非常方便清晰地進行講解。

　　還有些客戶做光刻機，需檢測偏振態。量拓就先了解光刻機的工作原理，然后為客戶定制設計方案，這些都是市場上原先沒有的，是完全定制的解決方案。

　　偏振實驗涉及磁場、電磁波，電磁波本身就含有物質的一些信息，量拓目前還和天文臺合作國家重大儀器的項目。

　　除了提供解決方案，量拓還為客戶提供分析測試服務。有些客戶有納米薄膜樣品，卻沒有儀器；還有一些客戶有國外的儀器，但自己用不了不會分析。量拓為這類客戶提供測試、分析服務并給出專業的報告，比如國家計量院、一流的學校、企業等。

三大競爭優勢

　　孟永宏總結談到了量拓科技的三大競爭優勢：

　　1、原始創新的產品設計思路。在產品設計時，量拓首先明確產品市場定位，調研國外所有、現有、頂級的產品，在此基礎上，提出自己的研發需求，其研發準則是：必須在一個或幾個點上超越國際上最好的產品，必須要有技術上的創新點。

　　2、可為客戶提供專業服務。比如很多客戶用不起來橢偏儀是因為不會建模，而建模需要經驗和對客戶的理解，國外公司沒有精力去提供這樣的專業服務，量拓在此領域就有很大的優勢。

　　3、提供整體解決方案。除儀器外，還提供給客戶關心的工藝改進等方案。這一點要求公司對客戶要解決的問題有深入的研究和理解，并能夠提出適合的解決方法、產品、服務。

未來發展

　　從量拓科技的發展歷史來看，經歷過高起大落，正在健康快速地發展，未來將走向何處，也許從公司的使命“成為國際上橢偏測量領域貢獻最大的企業”能夠看出端倪。

　　首先是新產品研發。“未來五年我們的新產品研發計劃都很滿！”量拓的研發工作分為幾類：一是調研項目，研究客戶新的需求或新的方向，進行調查；二是預研項目，經過調研后確定要做的，就會在實驗室進行試驗；三是在研項目，將已經通過的技術做成產品；四是提升項目，對現有產品進行功能指標的完善提升。

　　另一大戰略是走向國際、開拓國外市場。孟永宏表示，公司會利用網絡宣傳、參加國外展位、發展更多的代理商，來開拓國際市場。據悉，高端橢偏儀目前國內的年需求量大概為幾十臺，國外的年需求量至少是國內的5倍。

　　談到對國家政策有什么期望，孟永宏提到了一個比較“尖銳”的問題，就是稅收上國內國外不平等。在科研院所的采購中，外國儀器廠家會有退稅、免稅的政策，但國內企業卻不享受這樣的“待遇”，至少要多交17%的增值稅。這樣，國內企業在科研院所的采購競爭中就降低了很多競爭優勢。因此呼吁國家在制定政策時應提供更加公平的競爭環境。

　　關于量拓科技：

　　北京量拓科技有限公司（ELLITOP SCIENTIFIC CO., LTD.）（以下簡稱“量拓科技”）是專業的高端橢偏儀器研發制造企業。

　　量拓科技成立于2008年4月，是中國唯一的專業橢偏儀器企業,專業致力于橢偏測量的方法研究、技術開發、產品制造和儀器銷售，并提供納米薄膜層構和物性參數的橢偏測試服務和橢偏測量整體解決方案的專業咨詢服務。經過持續的創新發展，目前已成為國際高端激光橢偏儀和光譜橢偏儀的主要廠商。

　　量拓科技以“發展國際領先的橢偏測量技術，提供納米薄膜檢測整體解決方案，成為橢偏測量領域貢獻最大的企業”為企業使命，將通過持之以恒的不懈努力，在國際橢偏測量領域樹立源自中國的高端專業橢偏品牌ELLiTOP形象，藉此提升中國在國際橢偏測量領域的實力和地位，實現中國高科技企業貢獻世界的夢想。

　　量拓科技作為專業的高端橢偏儀器制造商，榮獲國家“高新技術企業”、“ISO9001國際質量體系認證”、“中關村高新技術企業”、“海淀區創新企業”等資質，并獲得“第五屆北京發明創新大賽”金獎，以及入圍“2011年度光伏行業十大創新設備供應商”，“2013年光電行業年度貢獻單位”等殊榮。

　　量拓科技堅持國際水準的自主創新戰略，已獲得多項國家ZL和軟件著作權，在核心的橢偏測量技術和儀器制造方面形成了自主知識產權保護體系。承擔了“北京市科技型中小企業促進專項（創新基金）”，“首都設計提升項目”，并與中國計量院、中國科學院電工研究所、理化研究所、蘇州納米所、深圳先進技術研究院、國家天文臺、北京理工大學、南開大學等多家科研單位形成了密切的科技合作關系，并且積極參加相關的國際和國內學術研討會和展覽會，開放的全方位科技交流為企業持續發展提供了堅實的基礎。

　　量拓科技“以量拓產品和服務協助客戶創造價值，走向成功”為衡量自身價值的基本出發點，依托深厚的橢偏測量研發基礎和專業的橢偏測量技術服務隊伍，為客戶持續不斷地提供國際一流的橢偏測量產品和服務。