在国家自然科学基金项目（批准号：61533014）等资助下，西安理工大学刘丁教授带领的研发团队，以我国半导体产业发展的重大需求为导向，围绕极大规模集成电路用硅单晶的生长机理与建模、核心工艺与控制、整机设计与装备制造中的关键科学技术问题，系统开展了基础理论、关键技术、制造装备以及产业化应用等方面的研究工作。
硅是集成电路芯片制造第一大宗材料，产业高度集中。国际五家硅制造企业垄断了全球90%以上的市场份额，已成为制约我国集成电路产业发展的卡脖子问题。
该项目组针对集成电路硅材料产业发展需求，以实现高品质硅单晶生长工艺为目标，在大尺寸电子级硅单晶生长控制与产业化应用方面取得了以下成果：一是提出了基于知识和数据的硅单晶生长过程三维温度场建模及数值模拟方法，提高了非对称热场空间任意点的温度、流场矢量及热应力变化的检测精确（图1）；二是建立了晶体生长工艺参数优化模型，提出了硅单晶生长工艺参数与晶体微观品质的作用机理，获得了晶体生长热系统结构参数优化方案及其数值模拟技术并应用于高品质热系统设计与制造；三是基于工业互联网，设计并实现了面向工业应用的网络化智能晶体生长集成控制系统（图2）。
该团队取得的上述研究成果在保障微细纳米制程对硅材料的品质要求、关键工艺的实现、高端装备研制等方面发挥了积极的促进作用，并在我国半导体大硅片产线中投入应用。该项目紧密围绕国家重大需求，为解决我国产业发展中卡脖子问题提供了有力的理论与技术支撑。
图1. 热系统三维实体模型及自主研发的热系统实物
图2. 新一代硅单晶生长装备与关键工艺控制