郝躍的個人簡介
西安電子科技大學教授郝躍和他帶領的寬禁帶半導體技術科研團隊,依托寬帶隙半導體技術國家重點學科實驗室,開展寬禁帶半導體材料與器件的應用基礎研究,實驗室已成為國內外寬禁帶半導體材料和器件的科學研究、人才培養、學術交流、成果轉化方面的重要基地,是西安電子科技大學微電子學與固體電子學國家重點學科、“211工程”重點建設學科和國家集成電路人才培養基地的重要支撐。
敏銳洞察微電子前沿
上世紀,信息科學技術蓬勃興起,作為信息時代技術基礎的集成電路——微電子技術成為大熱門。彼時,在微電子領域已嶄露頭角的郝躍卻敏銳地感覺到,傳統的微電子技術研究已經遇到了問題。
以矽為半導體材料的集成電路技術基礎研究成為關註的核心。壹方面,隨著集成電路的集成度每18個月翻壹番,使半導體器件和材料基礎研究高度依賴於工藝條件,高校的優勢慢慢喪失;另壹方面,隨著相關技術產業化和行業市場的迅猛發展,集成電路技術的開發應用已迅速成為企業的天下,高校乃至研究院所都很難成為主導力量。
尋找新的方向,是學術帶頭人郝躍直覺到的內在要求。他把目光轉向化合物半導體,並最終聚焦到國際上剛起步的寬禁帶半導體材料——氮化鎵、碳化矽。他看到,寬禁帶半導體材料研究可以把電子學與光學緊密結合,必然具備單純的電子學或光學不具備的優勢,同時也有很高的學術和應用價值,容易形成先發優勢。
2000年前後,郝躍到美國進行學術交流,他留心考察了美國相關研究的最新動態,發現他們的氮化物寬禁帶半導體材料研究也還處於起步階段。這更加堅定了他的決心。回國後,他毅然宣布,全面轉向新的研究方向,寬禁帶半導體材料與器件。
據實驗室的青年教師馬佩軍回憶說,這無異於壹顆重磅炸彈,在學院裏引起了不小的震動,很多人都無法理解。當時作為郝躍老師的博士研究生,馬佩軍也覺得非常突然和吃驚。寬禁帶半導體是個新鮮事物,沒有人能預料它的發展前景。壹沒有研究基礎,二沒有經費支持,在馬佩軍看來,這壹新的未知領域充滿風險。
盡管爭議很大,但是郝躍非常堅決。沒有經費籌措經費,沒有條件就創造條件,舉全力投入。同事和學生們都感嘆,郝老師膽識過人,決策果斷,他看準的事情絕不拖泥帶水。
短短幾年的時間就已證明,當初郝躍帶領他的團隊爬上的這座山頭是個寶藏。氮化鎵、碳化矽化合物半導體材料,也就是寬禁帶半導體材料,很快被定義為“第三代”半導體電子材料,它翻開了世界微電子學科和微電子產業全新的壹頁。
自主搭建創新平臺
剛開始關於寬禁帶半導體材料氮化鎵的研究,擺在郝躍面前最大的問題是沒有材料生長設備。引進壹套設備,當時需要700萬元到800萬元。然而由於沒有研究基礎,還不能申請國家的經費支持。
怎麽辦?郝躍決定不等不靠,自己搭建壹套設備。他從手中的項目經費中擠出部分經費,又自己墊資,東拼西湊,終於湊到200萬元,由此開始了自主研發並搭建材料研制平臺的艱苦歷程。
用這200萬元購買零部件,團隊成員自己動手設計與搭建設備。萬事開頭難,郝躍鼓勵大家說,最痛苦的時候,也是最有希望的時候,等日子好過了,我們就要有危機感了。
2002年,在郝躍的領導和指導下,第壹代MOCVD(有機化合物化學氣相澱積)設備研制成功。當時畢業留校直接參與了設備研發的青年教師張進成,回憶起那段“帶著學生從焊板子開始”的往事,感到更多的是成就感。這套後來被張進成笑稱為“作坊”式的設備,滿足了材料生長、表征、測試等最基本的研究需要,很快就生長出了具有國際先進水平的GaN(氮化鎵)基外延材料。團隊成功邁出了具有關鍵意義的第壹步。
與此同時,全世界範圍內,寬禁帶半導體的時代很快到來了。學術界與產業界逐漸認識到,GaN電子器件是制造高功率微波毫米波器件的理想材料,在新壹代無線通信、雷達與導航測控等航天、航空平臺設備中,具有重大應用前景。只是GaN材料缺陷密度相對較高,這是長期制約GaN電子器件發展的瓶頸。
郝躍帶領他的團隊系統研究並揭示了GaN電子材料生長中缺陷形成的物理機理,獨創性地提出了脈沖式分時輸運方法、三維島狀生長與二維平面生長交替的冠狀生長方法,顯著抑制了缺陷產生。
正是基於這種創新生長方法的固化集成,團隊成功建立第壹代自主國產化的MOCVD系統和低缺陷材料生長工藝,並於2005年和2007年迅速更新為第二代和第三代,解決了高性能GaN電子材料生長的國際難題,推動了GaN材料生長技術與核心設備的應用。團隊自主研發的MOCVD系統及關鍵技術已成功產業化,應用於GaN半導體微波器件和光電器件制造企業,已累計實現產值2.1億元。他們自主制備的高性能GaN電子材料自2003年起批量應用於國內多家研究所與大學,以及日本、新加坡等國家的壹些科研機構,被國際用戶評價為“特性達到了國際前沿水平”。似乎就在朝夕之間,郝躍教授與他的團隊壹下拿出壹批有顯示度的成果,震動了整個微電子領域。
成果轉化彰顯價值
2002年,GaN高亮度藍光LED器件在郝躍的實驗室成功問世。這種新工藝具備傳統發光器件不可比擬的節能等優越性。郝躍預測到該項成果巨大的市場潛力,著力推動技術轉讓與成果轉化。
然而事情壹開始並不十分順利,顯然這件新事物的價值還不為市場所認識,沒有引起足夠的重視。郝躍認為,再好的成果,如果“養在深閨人未識”,沒有實現其應有的價值,就不能算最後的成功。不等不靠,郝躍決定主要依靠團隊自己的力量,將這項成熟的技術盡快轉化。
2005年,團隊以少額技術股份轉讓該項成果,以實驗室為技術依托,成立西安中為光電科技有限公司,成功實現了藍綠、紫外LED的產業化。
此外,他們自主建立的國產化GaN微波毫米波功率器件填補了國內空白,打破了發達國家的技術封鎖與禁運,已開始試用於多項雷達和測控國家重點工程,推動了我國寬禁帶半導體電子器件的跨越發展和應用。
高質量的GaN(氮化鎵)和SiC(碳化矽)材料外延片批量提供企業和研究所使用;微波功率器件已經開始用於國家重點工程;GaN的LED成果已經成為陜西省半導體照明的核心技術;微納米器件可靠性技術對推動我國高可靠集成電路發展發揮了重要作用……隨著多項成果應用於國家和國防重點工程,郝躍帶領團隊的研究工作得到了國內外的廣泛關註,科研水平和學術地位不斷提升。
在解決國家重大戰略需求方面,團隊註意到半導體器件可靠性壹直是航天、航空等系統中突出的薄弱環節。美國阿裏安火箭100多次發射中有過8次失利,其中7次都是由個別器件故障導致的。隨著電子系統復雜度的日益提高,器件可靠性問題越來越突出,對我國更是如此。
郝躍多年來壹直關註著這個技術難題。從上世紀末開始,團隊在他的領導下系統研究了多種半導體器件的退化與失效機理,提出並建立了相應的模型,系統揭示了半導體器件退化與失效的物理本質。該項成果獲得了1998年的國家科技進步獎三等獎。
早在2001年,團隊首次提出並建立了高可靠性的自對準槽柵半導體器件結構與制造工藝,使器件可靠性提高近2個數量級,被評價為“槽柵器件是壹個很有前途的結構,可改善熱載流子效應,從而提高器件可靠性”。這項成果成功用於知名集成電路制造商——中芯國際公司高可靠集成電路大生產。該項成果還獲得了2008年的國家科技進步獎二等獎。
“微電子不微”,這是郝躍常掛在嘴邊的壹句話。微電子技術是壹個國家核心競爭力的體現,是國家綜合國力的標誌。他說,作為科研工作者,要承擔起自己的使命。
面向未來,郝躍壹方面密切關註著學科前沿此起彼伏的熱點,壹方面反思著團隊持續發展中面臨的壹些自身的問題:數理基礎要進壹步鞏固和加強,創新性思維有待進壹步培育,科學的精神、激情與活力需要進壹步激發……他似乎總有壹種時不我待的緊迫感。
西安電子科技大學南校區壹片美麗的草坪上,壹座巨石巍然聳立,上書“四海同芯”四個大字雄渾蒼勁,似乎訴說著西電微電子人的執著與奮鬥,夢想與追求。