導(dǎo)言
近年來，傳感器產(chǎn)業(yè)正處于飛速發(fā)展的黃金時期，我國傳感器市場持續(xù)快速增長。物聯(lián)網(wǎng)的未來已來，傳感器的爆發(fā)期也將到來。在這一進程中，細分行業(yè)的隱形冠軍和標(biāo)桿人物逐漸顯現(xiàn)，如燈塔般照亮產(chǎn)業(yè)發(fā)展前行之路，引領(lǐng)中國頂尖品牌的不斷涌現(xiàn)，成為科技由大到強的微觀象征。
圍繞如何發(fā)展和進一步推動中國傳感器產(chǎn)業(yè)在智能時代的技術(shù)創(chuàng)新、加速產(chǎn)業(yè)發(fā)展，中國傳感器與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟借助“感知領(lǐng)航標(biāo)桿人物評選”契機，聯(lián)合感知芯視界推出“傳感器國產(chǎn)化的進階之路專家談”系列報道，采訪相關(guān)領(lǐng)域的行業(yè)領(lǐng)袖和專家，探尋傳感器國產(chǎn)化之路的發(fā)展方向。
近日，感知芯視界記者對蘇州慧聞納米科技有限公司（下文簡稱“慧聞科技”）董事長兼首席科學(xué)家孫旭輝教授進行獨家訪談。針對氣體傳感器技術(shù)演進方向、未來發(fā)展趨勢、創(chuàng)新人才培養(yǎng)、傳感器“卡脖子”破局之道和生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)等熱點話題，孫旭輝道出了他對行業(yè)發(fā)展的見解。
孫旭輝教授 蘇州慧聞納米科技有限公司董事長兼首席科學(xué)家
孫旭輝畢業(yè)于清華大學(xué)后，繼續(xù)進修，獲得清華大學(xué)碩士學(xué)位，香港城市大學(xué)材料學(xué)博士學(xué)位和加拿大西安大略大學(xué)博士后。隨后他留在美國國家宇航局工作。
2009年，孫旭輝追隨博導(dǎo)李述湯院士一起到蘇州大學(xué)創(chuàng)立了蘇大納米科學(xué)與技術(shù)學(xué)院。作為頂尖技術(shù)咖，孫旭輝已在SCI收錄國際期刊上發(fā)表論文200余篇，他引8000余次，H-index 50。獲得美國專利3項，PCT專利2項，中國專利40余項。
2014年6月，孫旭輝和他在美國宇航局的同事、還有清華的同學(xué)及蘇大畢業(yè)的學(xué)生組成的科學(xué)家團隊在蘇州工業(yè)園區(qū)成立慧聞科技，專注于先進智能氣體傳感器研發(fā)生產(chǎn)并提供智能氣體傳感解決方案和人工嗅覺綜合服務(wù)。2018年，慧聞在昆山建成了年產(chǎn)千萬顆MEMS氣體傳感器芯片的生產(chǎn)線。
在訪談中，孫旭輝看好MEMS工藝的氣體傳感器的發(fā)展趨勢和應(yīng)用市場。他認為，MEMS氣體傳感器小體積、低功耗和智能化的發(fā)展趨勢在未來會有新的應(yīng)用市場需求，比如說智能家居家電、品質(zhì)監(jiān)測和醫(yī)療健康方面的應(yīng)用將是全新的增長點。
在談到傳感器卡脖子問題時，孫旭輝坦言，其實我們國家在往往買不到傳感器的情況下，我們反而能夠做好傳感器?！安皇钦f我們沒有這個能力，是因為我們之前沒有把‘力’發(fā)在這塊，沒有找到突破口。因為能買得到，就不會花更大力量去研發(fā)。那現(xiàn)在已經(jīng)意識到這個情況，加上國產(chǎn)化替代的趨勢，給了企業(yè)很好的機會去做深度研發(fā)?！?
下面讓我們走進這場短暫但富有意義的采訪......
以下是對話內(nèi)容（有刪減）：
大咖觀點：“氣體傳感器在智能家居、品質(zhì)監(jiān)測和醫(yī)療健康等應(yīng)用是完全新的增長點。”
Q：請您介紹一下慧聞在國內(nèi)首條千萬級MEMS氣體傳感器生產(chǎn)線情況。
孫旭輝：我們的生產(chǎn)線主要是通過MEMS基板加工，然后涂覆納米氣敏材料，封裝形成MEMS氣體傳感器芯片。具有低功耗、小體積、高靈敏度、高選擇性和智能化的優(yōu)點。因為體積小、功耗低的特點可以組成陣列，加上算法后可以做出一些人工嗅覺的解決方案。
我們這條線目前產(chǎn)能是每年1000萬顆傳感器，且高度自動化。如果后面市場的需求增大，我們很容易做到兩三千萬顆的芯片規(guī)模。
Q：請您談?wù)剼怏w傳感器成本如何？慧聞有哪些降本增效的解決方案？
孫旭輝：一直以來氣體傳感器產(chǎn)業(yè)由于其涉及多學(xué)科領(lǐng)域，在眾多傳感器種類中屬于技術(shù)難度大并且發(fā)展緩慢。氣體傳感器的工序和本身的原理以及工藝都比較多，所以相對來說，氣體傳感器的成本相對較高，特別是在工業(yè)安全等傳統(tǒng)領(lǐng)域有一些強制性的應(yīng)用，涉及到產(chǎn)品認證，所以整體成本比較高。
那么做MEMS傳感器有一個非常好的市場前景，就是通過MEMS工藝，將傳統(tǒng)半導(dǎo)體氣體傳感器低成本、批量化生產(chǎn)，大大降低傳統(tǒng)傳感器的生產(chǎn)成本。同時，MEMS氣體傳感器因為在民用、商用等新領(lǐng)域里的規(guī)模應(yīng)用，價格也會隨之下降。
Q：請您談?wù)剼怏w傳感器的應(yīng)用市場有多大？后續(xù)氣體傳感器的增長點是什么？
孫旭輝：之前我們傳統(tǒng)的氣體傳感器主要應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)安全和公共安全這三個傳統(tǒng)領(lǐng)域。像環(huán)境監(jiān)測這塊，最近這幾年市場也在快速增長。國外一些統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，在2035年，氣體傳感器在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域市場可能達到38億美金。氣體傳感器在環(huán)境監(jiān)測、在工業(yè)環(huán)境這一塊的發(fā)展趨勢，也是逐漸趨向物聯(lián)網(wǎng)的形式，特別是無線物聯(lián)網(wǎng)的形式。
對于剛才說的氣體傳感器小體積、低功耗和智能化的趨勢在未來會有新的應(yīng)用需求，比如說智能家居家電、品質(zhì)監(jiān)測和醫(yī)療健康方面的應(yīng)用，這是完全新的增長點。
比方說，醫(yī)療健康方面，大家可以通過呼出的氣體來監(jiān)測健康狀況和一些疾病的早期診斷。實際上，目前科研階段已經(jīng)有很多的研究成果，下一步將逐漸進入到商品化和應(yīng)用階段。
Q：這些都是非常好的增長點，那您認為存在哪些痛點？
孫旭輝：其實痛點也是氣體傳感器發(fā)展的難點，因為氣體傳感器是多學(xué)科的交叉融合。所以在實際應(yīng)用中，氣體傳感器的穩(wěn)定性、使用壽命和選擇性是目前氣體傳感器要解決的痛點問題。目前我們正通過不斷地研發(fā)投入來解決氣體傳感器這些痛點問題。
Q：您剛剛提到的這幾個應(yīng)用領(lǐng)域，也是慧聞科技重點關(guān)注和布局的嗎？
孫旭輝：是的，實際上新興的市場是我們比較關(guān)注和布局的地方，我們已經(jīng)在跟一些國內(nèi)外大型的家電廠商合作，做一些氣味相關(guān)的應(yīng)用方案開發(fā)，我們也開放我們的人工嗅覺平臺給廣大客戶去做應(yīng)用開發(fā)。對于傳統(tǒng)的氣體傳感器市場，我們主要是通過MEMS氣體傳感器的物聯(lián)網(wǎng)解決方案進入這些領(lǐng)域。
Q：請問慧聞在技術(shù)上有哪些核心的競爭力優(yōu)勢？
孫旭輝：慧聞成立之初，就采用納米技術(shù)和MEMS工藝結(jié)合，這也是整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向，尤其是傳感器發(fā)展方向。在傳感器發(fā)展中，MEMS工藝傳感器已經(jīng)占了70%，所以我們在具體方面也是通過納米技術(shù)和MEMS工藝來使得氣體傳感器的競爭優(yōu)勢更加明顯突出。所以，慧聞會一直在這兩方面發(fā)力和發(fā)展。
大咖觀點 ：“傳感器公司發(fā)展到一定體量和規(guī)模，必然會走IDM模式?！?/strong>
Q：物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展離不開中傳感器的助力，您認為目前智能傳感領(lǐng)域的行業(yè)發(fā)展趨勢怎樣？隨著5G、AI的賦能，有哪些新的變化？
孫旭輝：物聯(lián)網(wǎng)的信息獲取，第一步是必須依賴于傳感器。如果沒有好的傳感器，數(shù)據(jù)的獲取是不可靠、不準(zhǔn)確的。在物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中，我們之前更多關(guān)心于它的后端——信息處理和信息傳遞。對于前端信息獲取沒有特別的關(guān)注，但隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，對于傳感器的依賴和要求會越來越高。
在我國高速發(fā)展和國際局勢的情況下，我們國家的傳感器特別是高端傳感器進口的依賴度將近占到80%。所以，智能傳感器的發(fā)展對我們國家來說非常重要。國家層面也非常重視，十四五規(guī)劃中科技部專門設(shè)立智能傳感器專項，來推動智能傳感器的發(fā)展。
新的變化就是傳感器是向智能化的發(fā)展，這是一個必然趨勢。具體到氣體傳感器是用MEMS工藝做到小型化、低功耗，加上高度集成和智能化就是傳感器的發(fā)展方向。
Q：請您談?wù)勀壳皻怏w傳感器運用的主流材料和生產(chǎn)工藝有哪些？未來技術(shù)上有哪些演進方向？
孫旭輝：因檢測原理不一樣，氣體傳感器種類非常多。市場上主流的氣體傳感器主要分成4個大類。比如說紅外傳感器、電化學(xué)傳感器、催化燃燒傳感器和現(xiàn)在量最大的半導(dǎo)體傳感器。
那這4種氣體傳感器原理不一樣，結(jié)構(gòu)材料也不一樣，各自特點、優(yōu)缺點也非常明顯。目前還沒有一種氣體傳感器能夠代替其他種類，形成“一統(tǒng)天下”的局面。
那這4種傳感器，我覺得至少在中短期是長期共存和互相互補的。那對于氣體傳感器，很多企業(yè)都在用不同的先進工藝來做到小型化、微型化，因應(yīng)用場景不一樣，所以用的工藝路線也不一樣。
目前比較主流的一個方向，特別是在人工嗅覺解決方案上面，大家比較看好的可能有兩個方案，一個就是紅外光譜，解決的是類似于做大型紅外吸收光譜的小型化、微型化。另外一個就是仿生學(xué)原理，通過MEMS工藝做小型化、微型化的半導(dǎo)體傳感器，然后做成陣列。
目前來說MEMS工藝做的半導(dǎo)體傳感器，繼承了半導(dǎo)體已有的優(yōu)勢，又能克服一些缺點。比如說靈敏度選擇性不好，可以通過陣列來解決；功耗大，可以通過MEMS工藝降低功耗。我覺得未來MEMS傳感器，特別是MEMS陣列傳感器的發(fā)展是氣體傳感器主流的一個發(fā)展方向。
Q：一些國際傳感器企業(yè)的技術(shù)基本上覆蓋了整個產(chǎn)業(yè)鏈，以IDM模式運營，請問慧聞是IDM的模式嗎？國內(nèi)傳感器企業(yè)未來的發(fā)展模式會是IDM嗎？為什么？
孫旭輝：實際上目前我們還不是IDM的運營模式。國際上大的傳感器企業(yè)基本上是IDM模式為主，原因是因為傳感器的種類和結(jié)構(gòu)非常特殊，哪怕用的都是MEMS工藝。各類傳感器的工藝定制化程度高，很難說有一個代工廠可以代工所有的傳感器。另外，傳感器的KNOW HOW也比較多，都給代工廠代工，會有一些知識產(chǎn)權(quán)安全的問題。
其實，IDM模式的特點是資產(chǎn)太重，早期投入太高。國際大企業(yè)也不是一開始就做IDM模式，他們是在不斷發(fā)展和市場積累中逐漸形成了IDM模式。所以階段不同，模式也不同。運用傳統(tǒng)工藝的完成制造加工的傳感器企業(yè)，我們也不叫IDM模式，因為不屬于半導(dǎo)體領(lǐng)域。
對于新型的MEMS傳感器來說，我國絕大多數(shù)中小型傳感器企業(yè)很多是代工模式。好處是我國MEMS代工廠蓬勃發(fā)展，比如中芯國際和華潤微電子等在不斷的投入大型MEMS代工廠，為傳感器的發(fā)展提供了非常好的代工平臺。
那對于傳感器公司來說，發(fā)展到一定規(guī)模，其體量市場和產(chǎn)品種類足夠到可以用自己的產(chǎn)線來做的時候，必然會走IDM模式，這是我的看法。
大咖觀點：“我們能夠在中短期內(nèi)實現(xiàn)趕超，主要還是靠創(chuàng)新的技術(shù)?！?/strong>
Q：目前業(yè)內(nèi)討論和關(guān)注芯片“卡脖子”問題比較多，請您談?wù)剣鴥?nèi)氣體傳感器有哪些“卡脖子”情況？原因是什么？有什么破局之道？
孫旭輝：剛才，我也提到我國對高端傳感器進口依賴度將近80%。所以有很多傳感器是卡脖子的，特別是一些高端傳感器。
對于氣體傳感器來說也一樣，一些高端的工業(yè)用的傳感器都是進口的。特別是像電化學(xué)、紅外這種高端傳感器，我們都是沒辦法做到高性能、高質(zhì)量。
你說過國內(nèi)有沒有這類傳感器？我們是有的，但在真正高端應(yīng)用上，我們自己的傳感器還是不敢用。主要原因是積淀不夠。比如氣體傳感器多學(xué)科門類的積淀和交叉融合這一塊，從人才和開發(fā)經(jīng)驗上都比較缺乏，需要去彌補。
那現(xiàn)在從國家層面、企業(yè)層面也意識到這個問題：以前可以買得到傳感器，那將來買不到的時候怎么辦？其實我們國家在往往買不到的情況下，我們反而能夠做好。不是說我們沒有這個能力，是因為我們之前沒有把“力”發(fā)在這塊，沒有找到突破口。因為能買得到，就不會花更大力量去研發(fā)。那現(xiàn)在已經(jīng)意識到這個情況，加上國產(chǎn)化替代的趨勢，給了企業(yè)很好的機會去做深度研發(fā)。
Q：國產(chǎn)氣體傳感器是否可以在新材料和新應(yīng)用以及新組合上實現(xiàn)國產(chǎn)化或是占領(lǐng)技術(shù)與市場制高點。原因是什么？
孫旭輝：如果我們能夠在中短期內(nèi)實現(xiàn)趕超，或者說我們進入從落后到并跑甚至領(lǐng)跑的一個局面，主要還是靠創(chuàng)新的技術(shù)。
如果一個新技術(shù)出現(xiàn)，我們可以在同一起跑線上。比方說，在納米技術(shù)和MEMS這個領(lǐng)域，我們實際上不比國外的廠商落后。比如像MEMS氣體傳感器，我們現(xiàn)在的技術(shù)水平跟國外已處在并跑的階段，甚至有一些技術(shù)我們還處于領(lǐng)先，所以這些是我們的一個機會。
對于傳統(tǒng)的高端傳感器來說，我們可能更多的是要有耐心。全世界巨大的市場在中國，國外的一些技術(shù)還需要在我們這個巨大市場上去應(yīng)用。那在這個過程中，我們更多的是去吸收、學(xué)習(xí)國外的一些先進技術(shù)。在一些傳統(tǒng)傳感器的落后領(lǐng)域，通過長時間的積淀、積累，最后實現(xiàn)趕超。
大咖觀點：“各地推進傳感器產(chǎn)業(yè)建設(shè)，要有所為有所不為?！?/strong>
Q：我們了解到高校和研究機構(gòu)往往以發(fā)表論文為評判指標(biāo)，作為學(xué)術(shù)界的專家和產(chǎn)業(yè)界的行業(yè)領(lǐng)袖，請您談?wù)勥@是否影響到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的緊密合作？
孫旭輝：當(dāng)然會，因為指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)就是一個指揮棒。但目前來看，從國家層面到學(xué)校、科研所已慢慢改善這個情況，不以論文為評判標(biāo)準(zhǔn)。習(xí)主席也曾說要把科研成果寫在祖國的大地上，這是個很強的趨勢。我們高校已開始開展多種評價體系，鼓勵并實行多種措施來實現(xiàn)科研成果轉(zhuǎn)化，建立良好的渠道。
Q：您認為企業(yè)應(yīng)該是扮演怎樣的角色和校方共同去推動傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展？
孫旭輝：企業(yè)其實是由市場和利益驅(qū)動。所以在企業(yè)這塊，實際更多是看到了科技給企業(yè)的賦能和帶來的利潤。這點如果形成趨勢后，企業(yè)對于技術(shù)的追求必然成為一個主要的驅(qū)動力。特別是現(xiàn)在的科創(chuàng)板，加上北交所成立之后，對企業(yè)來說，他覺得科技含量和研發(fā)能力可以直接給他帶來效益和利潤。
另外是對于市場，國家在鼓勵轉(zhuǎn)型，低科技、高能耗的產(chǎn)業(yè)慢慢淘汰，那這時候企業(yè)就要追求高科技引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)方向。所以這兩塊形成合力以后，將來企業(yè)對于技術(shù)追求、科研能力培養(yǎng)以及產(chǎn)業(yè)聚集是一個比較大和不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。
Q：全國很多地方都在推進傳感器產(chǎn)業(yè)建設(shè)。從企業(yè)需求產(chǎn)業(yè)發(fā)展來看，請您對國內(nèi)各地在打造傳感器和物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈與生態(tài)建設(shè)提出建議。
孫旭輝：這是好事。從地方政府重視傳感器的發(fā)展，可以看到傳感器這個產(chǎn)業(yè)的市場前景。實際上，這些都有非常好的市場驅(qū)動因素在里邊，有利于我國傳感器的發(fā)展。
但是，各地政府在推進傳感器產(chǎn)業(yè)建設(shè)時不能一窩蜂而上，這種情況最后會傷害到產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。其實，我們國家現(xiàn)在傳感器行業(yè)總體來說處在早期。從市場高度依賴進口可以看出，我國特別優(yōu)質(zhì)的傳感器企業(yè)，還沒有那么多。
各地都在推進傳感器產(chǎn)業(yè)的時候，應(yīng)該首先看到區(qū)域優(yōu)勢、產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢以及后端的市場優(yōu)勢，綜合定義自身傳感器產(chǎn)業(yè)的一個方向或領(lǐng)域。要有所為有所不為。
進一步說要有選擇性。不能只要是傳感器企業(yè)，就落戶到產(chǎn)業(yè)園，不要把傳感器產(chǎn)業(yè)做成一個地產(chǎn)。要真正結(jié)合地域優(yōu)勢，比如勞動力優(yōu)勢、加工優(yōu)勢或市場優(yōu)勢，有選擇性的打造一個門類或者幾個種類結(jié)合的傳感器產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)。
