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沈波:深耕半導體三十年
發布:Iron_MAN10   時間:2019/4/24 14:12:32   閱讀:1536 
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2019年1月8日,2018年度國家科學技術獎在京揭曉,北京大學物理學院沈波教授團隊的成果“氮化物半導體大失配異質外延技術”獲得國家技術發明獎二等獎。

“這才是見硬功夫的地方”

氮化物半導體,是一種寬禁帶半導體,它是一種人工(合成)材料,在自然界是沒有的。它的主要制備方法是外延生長在藍寶石、硅等別的襯底材料上,晶格失配和熱失配非常大。

“怎樣克服大失配,得到高質量的氮化物半導體材料,是我們研究的核心問題。”沈波開門見山對他的研究進行了介紹。

解決這個問題要從兩個方面著手,第一個是襯底,一般稱之為襯底工程,雖然都是藍寶石襯底,但是可以通過在襯底表面做各種各樣的新型微納結構,促進高質量氮化物半導體的制備。第二個就是外延生長,要不斷發展提升氮化物半導體外延質量和光電性質的新方法。

“因為我們團隊在這兩個方面有一些創新,比較好地解決了襯底和氮化鎵失配的問題,制備的材料有部分指標在國際上是領先的。”沈波說,這次獲獎是集體的榮譽。

沈波團隊研究的氮化物半導體,有兩個非常重要的特征,第一個是寬禁帶,如果做光電器件,寬禁帶就表示發光的波長更短,能量更高,比如藍光和紫外發光二極管(LED);第二個特征是它有非常強的極化效應,做出來的電子器件功率密度很大,如果用來做雷達的收發???,功率密度大,探測距離就遠。

寬禁帶半導體在軍工和民用領域都有很多應用,是各國高技術競爭的主要領域之一。沈波認為,競爭背后也是機遇,“國產設備市場變好,技術水平也就不斷提升,再過5年,我們的國產設備就能發展起來。”

校企合作核心訴求契合

在這次獲獎項目的完成人當中,除了北大的老師,還有東莞兩家公司的代表,分別是東莞中鎵半導體科技有限公司、東莞中圖半導體科技有限公司。這一次獲獎的技術,也已經投入到兩家公司的生產中。

“這兩個公司跟北大都很有淵源。2009年,在甘子釗、張國義老師組織領導下,北大寬禁帶半導體研究中心的研究成果與東莞企業家的投資相結合,創立了中鎵半導體科技有限公司,把北大氮化物半導體的研究成果在廣東做產業化轉移。2013年,中鎵公司又把發展得很好的藍寶石圖形化襯底業務單獨拿出來,成立了中圖半導體科技有限公司。這兩家公司的技術支撐都來源于北大,一直以來跟我們有非常緊密的合作。”

對于大學和企業之間的合作,最重要的是雙方的核心訴求要契合。對企業來說,最關注的就是大學的研究成果對企業產品研發和生產的幫助。對大學來說,研發是核心使命,通過研發成果的產業化推廣既可彰顯成果的價值,也可獲得更多的研發資源。從實驗室的研究成果到企業有競爭力的產品,需要經過長時間的中試,不僅需要大學的研發能力,還需要企業在人力物力上的大量投入,因此需要大學和企業長時間的緊密合作來共同完成。

美國等發達國家為了搶占寬禁帶半導體技術的戰略制高點,通過國家級創新中心等形式,把企業、高校、研究機構及相關政府部門等有機地聯合在一起。在這方面,中國也行動起來了。2015年,寬禁帶半導體相關的科研機構、大專院校、龍頭企業發起籌建我國的“第三代半導體產業技術創新戰略聯盟”,其中北大是副理事長單位。

沈波說,這個產業聯盟的作用不可小覷。“這個聯盟,它有三方面的作用,第一是促進行業內企業的協調發展。第二是促進產業界和學術界的合作。通過這個平臺,我們可以了解到產業界的需求是什么,也讓產業界知道我們大學、研究機構都在做哪些事情,哪些技術在生產中可以用上。第三就是協調政府和研究機構、企業的交流,可以把學術界和企業的聲音,反映給政府相關部門,如科技部、工信部等,政府在制定寬禁帶半導體行業的五年規劃時,會參考聯盟成員的意見。”

三十年磨半導體一劍

沈波的人生道路和中國半導體的發展緊密結合在一起,1985年從南京大學物理系半導體物理專業畢業后,在中國科學技術大學攻讀半導體物理專業研究生,再到日本留學,獲得半導體材料專業博士學位后回國任教,一直沒離開過半導體。

對于沈波來說,氮化物寬禁帶半導體的研究,“一方面在科學上有足夠的空間進行探索,有大量的物理問題需要通過研究去解答。另一方面,半導體作為一個事關國計民生的核心技術對國家是非常重要的,它在民用技術和軍用國防上都有很高的應用價值”。

1995年,沈波在日本東北大學材料科學研究所獲得博士學位。談及當初為什么選擇回國,沈波說,這是一個順理成章的選擇。“當年我本是南京大學公派出國的訪問學者,等我博士畢業,就沒有任何理由再待在國外。如今24年過去了,事實證明回國是對的。雖然剛回國那幾年科研條件比較艱苦,但是國家對歸國青年人才非常重視,讓你挑大梁,很鍛煉人。最近10多年來,科研人員的待遇、科研條件都得到了大幅度改善,我對自己的生活條件和工作條件都非常滿意。”

中國的寬禁帶半導體研究起步較晚,前期可投入的資源較少,而半導體研究儀器設備動輒上百萬美元,“上世紀90年代我剛回國的時候,我們的實驗條件跟國外比起來差距確實很大??墑親罱?0年,中國在科研經費上的投入大幅增加,我的日本朋友經?;嶗幢貝蠓夢?,他們就覺得我們現在實驗室的儀器設備條件,跟日本的大學已經沒太大差別,加上中國對人才的高度重視,我們確實縮小了和美國、日本等發達國家的差距。在少數技術點上,我們已經處在國際前列”。2018年我國整個半導體照明的產業規模約7500億元,是世界上規模最大的半導體照明產業,也是我們國家最近10多年來高新技術發展的典型案例之一。

這次獲獎,用沈波自己的話來講,就是“一劍磨十年”,是厚積薄發的過程。從2004年到北大,他一直在做氮化物半導體研究,至今已經過了15年,這個獎也被他視作這15年工作總結的一部分。“我這輩子從上大學開始就學半導體,1995年起做氮化鎵,看來一輩子就做半導體這件事情了。但真的沉浸到里面,你會發現其中的事情是做不完的,永遠有好多事情等著你去做。”沈波說。


來源:人民網
 
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