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沈波:深耕半导体三十年

2019-06-04

按:氮化物宽禁带半导体是实现短波长发光器件和频繁大功率电子器件的中心半导体体系,在半导体照明、晚移动通讯、国防军工等领域产生重要应用,凡是世界高技术竞争和战略新兴产业进步的重要领域。氮化物半导体外延制备是器件和系统的基础和中心技术。北京大学物理学院沈波讲课团队发明了有效提升外延质量的图化蓝宝石衬底新技术和外延生长新方法,筹备出部分质量指标国际领先的氮化物半导体外延材料,建立了比较全面的氮化物半导体大失配异质外延技术系统,连落实了产业化应用。我国能否抢占第三代半导体技术的韬略制高点,打破美国在方便禁带半导体核心技术达到对中华的限制,被我们听听沈波讲课怎么说。

2019年1月8日,2018年国家科学技术奖励在京发表,北京大学物理学院沈波讲课团队的收获“氮化物半导体大失配异质外延技术”取得国家技术发明奖二等奖。沈波接受北京大学校报记者的采集,叙述了他和半导体结缘30多年的故事。

康凯、沈波、童玉珍和王新强(从左至右)在国家奖颁奖现场

“氮化物半导体,凡是同种宽禁带半导体,它是同种人工(合成)资料,在天体是没有的。它的重要制备方法是外延生长在蓝宝石、单晶等别的衬底材料上,晶格失配和热失配非常好。所以哪克服大失配,取得高质量的氮化物半导体材料,凡是我们研究的中心问题。”沈波直言不讳对他的研究进行了介绍。

“解决这个题目如果从个别只方面入手:首先是衬底,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,推动高质量氮化物半导体的筹措;第二是外延生长,如果不断进步提升氮化物半导体外延质量和光电性质的新方法。我们团队在当时少地方发出部分创新,比好地解决了衬底和氮化镓失配的题材,筹备的资料有部分指标在国际领先。”沈波认为这次获奖是公共的光荣,连借此机会感谢学校各级领导、兄弟学院同仁,和物理学院、事在人为微结构和介观物理国家重要实验室对美高梅游戏平台登录宽禁带半导体研究中心和研究团队的长久支持,还要谢宽禁带半导体研究中心的全部成员,特别是中心创建者甘子钊院士、张国义讲课对他工作的长久支持。

“立即才是表现硬功夫的地方”

沈波组织研究的氮化物半导体有少数只非常重要的特征,“首先是丰裕禁带,如果做光电器件,富裕禁带就表示发光的波长更缺少,能更高,依照蓝光和紫外发光二极管(LED);第二只特点是它有特别高的极化效应,举行出的电子器件功率密度很大,如果用来举行雷达的收发模块,功率密度大,探测距离就远。美国在韩国部署的萨德反导系统就利用了氮化镓模块,可以探测上千公里,华夏许多地方为在那个探测范围内,所以引起了‘萨德危机’”。

2018 年美国制裁中兴公司,中兴如此被动的原因就是在于缺乏有力的半导体芯片技术,重要是硅集成电路芯片,啊包括氮化物半导体的部分芯片。先后五代移动通信网络(5G)的微波基站,那个微波功放模块是用氮化镓做的。

富裕禁带半导体在军工和个人领域都发生多用,凡是各高技术竞争的重要领域有。在方便禁带半导体核心技术达到,华夏一直面临美国的限制,近来的限制更多了。“现在部分宽禁带半导体材料、器件和筹备装备美国已开始对本国禁运,为一些实验需要,怀念买点氮化铝(AlN)资料回来做对比,都买不到。此外我们多仪器设备都是进口的,部分要零部件的进口为受到限制。”

沈波认为,克背后为是机会,“本来大家都愿买进口的设备,因为担心国产的质量。国产设备现在不如进口设备好,但是你不买它、不用它,它永远都不会哼。现在国外的买不正了,即使只能买国产的,国产设备市场变好,技术水平呢不断晋升,再过五年,我们的国产设备就能够提高起来”。

除了,美国对中华半导体技术的限制,啊被中国意识到半导体技术的韬略地位。沈波介绍:“在过去很长一段时间内,大家都比关心系统利用方面,依照互联网、高铁、异常飞机,不尽关注高铁、飞机的重要零部件都是进口的,其中就包括半导体芯片。中兴事件为我国政府和老百姓意识到,在最核心的技术达到,我们离开西方还有相当的距离。现在大家不是问国家如不要做这件事情,更多的是讨论怎么做,立即对我们是有利的。现在国家整个都查出,半导体就如上世纪50 年代的坚强一样,凡是一个国发展最核心的东西之一。立即才是表现硬功夫的地方。”

校企合作共赢

在这次获奖项目的完成人口中,除了美高梅游戏平台登录的教师,还有东莞有限下商店的意味,分别是东莞遭受镓半导体科技有限公司(建立于2009 年)、东莞遭受图半导体科技有限公司(建立于2013 年)。立即同次获奖的技术,啊已经在少数下商店投入生产。

“立即少下商店都跟美高梅游戏平台登录很有渊源。2009年,在甘子钊、张国义组织领导下,美高梅游戏平台登录宽禁带半导体研究中心的研究收获和东莞企业家的投资相结合,创建了受镓半导体科技有限公司,把美高梅游戏平台登录氮化物半导体的研究收获在广东举行产业化转移。2013 年,受到镓公司又把提高得很好的蓝宝石图形化衬底业务单独拿出,建立了受图半导体科技有限公司。立即少下商店的技术支持都来美高梅游戏平台登录,直接以来跟我们发出特别紧密的合作。”

对于大学和商店间的合作,最重要的是双方的中心诉求要符合。针对商店来说,最关心的就是高校的研究收获对商店产品研发和生产的帮助。针对大学来说,研发是中心使命,通过研发成果的产业化推广既可彰显成果的价值,啊不过取得更多的研发资源。从实验室的研究收获到商店有竞争力的产品,需要通过长时间的中试,不但需要大学的研发能力,还需要企业在人力物力上的大度投入,所以需要大学和商店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韬略制高点,通过国家级创新中心等形式,把公司、高等学校、研究机构和相关政府部门等有机地同在共同。在当时方面,华夏为行动起来了。2015 年,富裕禁带半导体相关的科研机构、大专院校、把企业发起筹建我国“先后三代半导体产业技术更新战略联盟”,其中美高梅游戏平台登录是符合理事长单位。

沈波指出,这个产业联盟的意图不可小觑。“联盟有三地方作用,同是推动行业内企业的协调发展。第二是推动产业界和科学界的合作。连过这个平台,我们可以了解到产业界的需要是什么,啊被产业界知道大学、研究机构都在举行什么事情,怎样技术在生产中可以用上。其三是协调政府和研究机构、商店的交流,可以把学术界和商店的声音,体现给政府有关单位,如果科技部、工信部等,政府在制定宽禁带半导体行业的五年计划时,见面参考联盟成员的见解。”

同剑磨十年

沈波的人生道路和中华半导体的进步紧密结合在共同。他1985 年从南京大学物理系半导体物理专业毕业后,在中原科学技术大学学习半导体物理专业研究生,再到日本留学,取得半导体材料专业博士学位后回国任教,直接没有离开过半导体。

谈及与半导体的缘分,沈波戏称自己和一半导体之间是“先结婚后恋爱”,同起被动地进这个标准,新兴才慢慢喜欢,“一生就举行这件事情”。沈波回忆道:“自己上大学之前,不了解大学里物理系是涉及什么的。因为我的高中班主任是大体老师,他认为自己物理学得对,自己就是报了南京大学物理系,异常学分专业时我的志愿是南大物理系最强的结晶专业,但是把自己分到了一半导体专业,自己就是消极地进了这个世界。”

对于沈波吧,氮化物宽禁带半导体的研究,“一方面在对上发生足够的空中进行探索,发生大量的物理问题需要通过研究去解答。一方面,半导体作为一个干国计民生的中心技术对国家特别重要,它在个人技术和军用国防上都有很高的使用价值”。

沈波被1995 年在日本东美高梅游戏平台登录学材料科学研究所获得博士学位。谈及当初为什么选回国,沈波说,立即是一个顺理成章的挑选。“那时我是南京大学公派出国的访问学者,在这个期间,自己获得了学习博士的时机,南大也允许了。相当我博士毕业,即使没其他理由再要在国外,于是我即回来了。现在24 年过去了,真情证明回国是针对的。立即和自己一块儿出国的,啊发生多人口没有回来,这样多年下来,私发展不一定比国内好。虽然刚刚回国那几年科研条件比紧,但是国家对归国青年人才非常重视,被你挑大梁,异常锻炼人。近来十多年来,科研人员的对待、科研条件都取得了大改善,自己对自己的活条件和工作规范都非常满意。”

华夏的富有禁带半导体研究起步较晚,早期可投入的资源较少,如果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,我们的试验条件和国外比起来差距确实很大。但是是近日十年,华夏在科研经费达的投入大幅增加,我的日本朋友经常会面来美高梅游戏平台登录访问,他们认为我们现在实验室的仪器设备条件,和日本的大学已经没有太大差别,增长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别。在少数技术点达成,我们已经处于在国际前列”。2018 年,我国整个半导体照明的家业规模约7500 亿元,凡是世界上规模最大的半导体照明产业,啊是我们国家最近十多年来高新技术发展的杰出案例之一。

说到研发过程中的困难,沈波笑着说:“各种各样的困难总是在的,所以我们的年轻教师和研究生都非常累,每日还要办事很长时间,寒暑假大部分日为还在工作。大家的对象就是是克服困难,把氮化物半导体这件事情做好,追世界科技强国,满足国家对氮化物半导体的需要。其他工作你若坚持为前举行,毕竟能把它做好。”

沈波(前排右)和研究生在未名湖畔

沈波提道,在大学里举行研究,特别是应用基础和强技术研究,还是存在一些不适应的景象。“因为我们大学这么多年擅长做基础研究,在管理上和观念上对提高以基础和强技术研究有些不适应。依照半导体实验室研究的东西以纳米或者微米为标准,必须在一个恒温恒湿的超净室里举行,实验室内的仪器要保持很洁净的状态,所以它是不能断电的。美国、日本从这样研究的试验大楼都是双电路安排,没会断电。如果我们物理大楼在夏假期里,经常会面停电检修,平时为偶尔会断电。为一次停电,我们要举行多准备工作,如果耽搁好几上时间,表状态和卫生条件都会受到影响。其实北京大学不仅是一个培养人才和召开基础研究的著名学府,它还是我国十分重要的使用基础和强技术研究基地,学校在管理上和观念上要适应这种变化,部分制度上的部署要和上。美高梅游戏平台登录的中心竞争力是由于一个只从事基础研究、使用基础研究和强技术研究的课题组构成的,每个学院都有几只这样的课题组,立即一个只课题组加起来构成了美高梅游戏平台登录赶超世界对前沿、满足国家重要需求的中心竞争力。”

这次获奖,所以沈波协调的话来讲,凡是“同剑磨十年”,凡是厚积薄发的过程。从2004 年到美高梅游戏平台登录,他一直在举行氮化物半导体研究,至今已通过了15 年,这个奖为被他作为这15 年工作总结的部分。“我这辈子从上大学开始上学半导体,1995 年起举行氮化镓,总的来说一辈子就举行半导体这件事情了。但是实在沉浸到里面,你晤面发现里面的工作是举行不完的,永远有多作业等正你去做。”沈波说。

作者:校报记者 罗敏霞