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沈波:深耕半导体三十年
发布:Iron_MAN10?? 时间:2019/4/24 14:12:32?? 阅读:1238?
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2019年1月8日,2018年度国家科学技术奖在京揭晓,北京大学物理学院沈波教授团队的成果“氮化物半导体大失配异质外延技术”获得国家技术发明奖二等奖。

“这才是见硬功夫的地方”

氮化物半导体,是一种宽禁带半导体,它是一种人工(合成)材料,在自然界是没有的。它的主要制备方法是外延生长在蓝宝石、硅等别的衬底材料上,晶格失配和热失配非常大。

“怎样克服大失配,得到高质量的氮化物半导体材料,是我们研究的核心问题。”沈波开门见山对他的研究进行了介绍。

解决这个问题要从两个方面着手,第一个是衬底,一般称之为衬底工程,虽然都是蓝宝石衬底,但是可以通过在衬底表面做各种各样的新型微纳结构,促进高质量氮化物半导体的制备。第二个就是外延生长,要不断发展提升氮化物半导体外延质量和光电性质的新方法。

“因为我们团队在这两个方面有一些创新,比较好地解决了衬底和氮化镓失配的问题,制备的材料有部分指标在国际上是领先的。”沈波说,这次获奖是集体的荣誉。

沈波团队研究的氮化物半导体,有两个非常重要的特征,第一个是宽禁带,如果做光电器件,宽禁带就表示发光的波长更短,能量更高,比如蓝光和紫外发光二极管(LED);第二个特征是它有非常强的极化效应,做出来的电子器件功率密度很大,如果用来做雷达的收发模块,功率密度大,探测距离就远。

宽禁带半导体在军工和民用领域都有很多应用,是各国高技术竞争的主要领域之一。沈波认为,竞争背后也是机遇,“国产设备市场变好,技术水平也就不断提升,再过5年,我们的国产设备就能发展起来。”

校企合作核心诉求契合

在这次获奖项目的完成人当中,除了北大的老师,还有东莞两家公司的代表,分别是东莞中镓半导体科技有限公司、东莞中图半导体科技有限公司。这一次获奖的技术,也已经投入到两家公司的生产中。

“这两个公司跟北大都很有渊源。2009年,在甘子钊、张国义老师组织领导下,北大宽禁带半导体研究中心的研究成果与东莞企业家的投资相结合,创立了中镓半导体科技有限公司,把北大氮化物半导体的研究成果在广东做产业化转移。2013年,中镓公司又把发展得很好的蓝宝石图形化衬底业务单独拿出来,成立了中图半导体科技有限公司。这两家公司的技术支撑都来源于北大,一直以来跟我们有非常紧密的合作。”

对于大学和企业之间的合作,最重要的是双方的核心诉求要契合。对企业来说,最关注的就是大学的研究成果对企业产品研发和生产的帮助。对大学来说,研发是核心使命,通过研发成果的产业化推广既可彰显成果的价值,也可获得更多的研发资源。从实验室的研究成果到企业有竞争力的产品,需要经过长时间的中试,不仅需要大学的研发能力,还需要企业在人力物力上的大量投入,因此需要大学和企业长时间的紧密合作来共同完成。

美国等发达国家为了抢占宽禁带半导体技术的战略制高点,通过国家级创新中心等形式,把企业、高校、研究机构及相关政府部门等有机地联合在一起。在这方面,中国也行动起来了。2015年,宽禁带半导体相关的科研机构、大专院校、龙头企业发起筹建我国的“第三代半导体产业技术创新战略联盟”,其中北大是副理事长单位。

沈波说,这个产业联盟的作用不可小觑。“这个联盟,它有三方面的作用,第一是促进行业内企业的协调发展。第二是促进产业界和学术界的合作。通过这个平台,我们可以了解到产业界的需求是什么,也让产业界知道我们大学、研究机构都在做哪些事情,哪些技术在生产中可以用上。第三就是协调政府和研究机构、企业的交流,可以把学术界和企业的声音,反映给政府相关部门,如科技部、工信部等,政府在制定宽禁带半导体行业的五年规划时,会参考联盟成员的意见。”

三十年磨半导体一剑

沈波的人生道路和中国半导体的发展紧密结合在一起,1985年从南京大学物理系半导体物理专业毕业后,在中国科学技术大学攻读半导体物理专业研究生,再到日本留学,获得半导体材料专业博士学位后回国任教,一直没离开过半导体。

对于沈波来说,氮化物宽禁带半导体的研究,“一方面在科学上有足够的空间进行探索,有大量的物理问题需要通过研究去解答。另一方面,半导体作为一个事关国计民生的核心技术对国家是非常重要的,它在民用技术和军用国防上都有很高的应用价值”。

1995年,沈波在日本东北大学材料科学研究所获得博士学位。谈及当初为什么选择回国,沈波说,这是一个顺理成章的选择。“当年我本是南京大学公派出国的访问学者,等我博士毕业,就没有任何理由再待在国外。如今24年过去了,事实证明回国是对的。虽然刚回国那几年科研条件比较艰苦,但是国家对归国青年人才非常重视,让你挑大梁,很锻炼人。最近10多年来,科研人员的待遇、科研条件都得到了大幅度改善,我对自己的生活条件和工作条件都非常满意。”

中国的宽禁带半导体研究起步较晚,前期可投入的资源较少,而半导体研究仪器设备动辄上百万美元,“上世纪90年代我刚回国的时候,我们的实验条件跟国外比起来差距确实很大。可是最近10年,中国在科研经费上的投入大幅增加,我的日本朋友经常会来北大访问,他们就觉得我们现在实验室的仪器设备条件,跟日本的大学已经没太大差别,加上中国对人才的高度重视,我们确实缩小了和美国、日本等发达国家的差距。在少数技术点上,我们已经处在国际前列”。2018年我国整个半导体照明的产业规模约7500亿元,是世界上规模最大的半导体照明产业,也是我们国家最近10多年来高新技术发展的典型案例之一。

这次获奖,用沈波自己的话来讲,就是“一剑磨十年”,是厚积薄发的过程。从2004年到北大,他一直在做氮化物半导体研究,至今已经过了15年,这个奖也被他视作这15年工作总结的一部分。“我这辈子从上大学开始就学半导体,1995年起做氮化镓,看来一辈子就做半导体这件事情了。但真的沉浸到里面,你会发现其中的事情是做不完的,永远有好多事情等着你去做。”沈波说。


来源:人民网
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