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陳志忠:半生相伴半導體,一心一意為強國
來源:房山區工委  馮祎凡  日期:2019-02-19  瀏覽次數:


傳統PSS工藝中的兩個主要痛點




陳志忠在國際半導體照明論壇上的演講




實驗室中的陳志忠


 

201918日上午,中共中央、國務院在人民大會堂隆重舉行國家科學技術獎勵大會。習近平、李克強、王滬寧、韓正等黨和國家領導人出席會議。習近平等為獲獎代表頒獎。其中九三學社共有41名社員獲得表彰獎勵,今天給大家帶來的是其中一位榮獲國家技術發明二等獎的北京社員陳志忠的故事。

 

氮化物半導體大失配異質外延技術是什么

讓陳志忠走上國家級科技獎勵舞臺的這個項目,名叫氮化物半導體大失配異質外延技術。

半導體是指一種導電性可受控制,范圍可從絕緣體至導體之間的材料。無論從科技或是經濟發展的角度來看,半導體的重要性都是非常巨大的。今日大部分的電子產品,如計算機、移動電話或是數碼相機當中的核心單元都和半導體有著極為密切的關聯。以氮化鎵(GaN)為代表的第三代半導體材料及器件的開發是新興半導體產業的核心和基礎,其研究開發呈現出日新月異的發展勢態。GaN基光電器件中,藍色發光二極管(LED)率先實現商品化生產。 繼成功開發藍光LED和激光器(LD)之后, GaN紫外光探測器、GaN電力電子器件和微波功率方面也嶄露頭角,顯示出廣闊的市場前景。氮化鎵半導體電力開關器件被譽為半導體芯片設計上一個新的里程碑。

氮化鎵半導體的問題是價格昂貴,因為它的生長(外延)模板——也就襯底部分如果用氮化鎵——一片就要2萬元。美國人先嘗試了用藍寶石做圖形襯底(PSS),也就是異質材料,一片僅需100多元。

但是當時做的比較粗糙,不能商業化,陳志忠認為如果采用合適的工藝和刻蝕方法預加工藍寶石襯底,做出來的性能也不會比同質襯底性能下降太多,通過幾年的努力,真的出了成果。

目前的商業半導體市場上,硅基半導體還是占據絕對份額的,因為技術成熟,穩定性和良品率也高。但是尺有所長寸有所短,在照明領域(LED照明,汽車激光大燈)和超高頻信號領域(5G芯片,手機信號基站,雷達)和大電流傳輸領域(飛機、動車、新能源車上的電力傳輸元件),氮化物半導體目前已經具備了無可替代的優勢。

2000年,基于選區外延技術之上,美國率先開始嘗試用圖形化藍寶石作為襯底(PSS)生長氮化物半導體,但是效果還不是很理想。到了04-06年,北大開始與中科院半導體所合作,也開始嘗試PSS技術的應用研究,當時的PSS模板是從韓國一個廠家買來的,但他們的PSS性能還沒有不經任何加工的光板藍寶石性能好。

陳志忠一次性解決了兩個痛點:陳志忠的發明讓PSS的圖形缺陷密度足足降低了100倍!

2009年,陳志忠到了東莞的中鎵公司,次年就趕上了韓國那家生產PSS的廠子經營困難甩賣設備,于是這套設備就到了陳志忠團隊的手里。如獲至寶的陳志忠和同事們結合科研摸索了幾年,終于在2012年把PSS制備技術搞透了,填補了我國該領域一項重大的科技空白,完全擺脫了之前對國外的依賴。

這項技術開始使用以后,公司每年的產值一下子就從每年千萬級變成了現在的億級,而這項技術也是目前在國際上是使用規模最大的技術。PSS目前在主流的LED廠商中已經開始廣泛使用,而LED產業全球總產值產值即將突破一萬億,中國的產能接近全球的一半。

新技術的換代是要看資本和市場的,不能一朝一夕完成的。

西方在科研體系上長期的積累和投入我們現在追趕還是很費勁的,但是我們可以玩我們自己的,搞差異化,我們不應該在什么領域都盲目的追隨他們。

 

與氮化鎵的半生緣:PSS從實驗室概念到工廠的生產線

陳志忠搞半導體不是偶然。在高中畢業準備報志愿的時候,恰好趕上蘇聯解體。目睹了一個曾經無比強大的國家備受欺凌的樣子,陳志忠暗暗下了決心:決不讓自己的祖國也遭受這樣的苦難。

在年輕的陳志忠腦海里,讓祖國強大最簡單的辦法有兩種:最先進的武器,或者最高級的計算機。所以他填報了兩個志愿,一個是核物理,一個是半導體。最終他以優異的成績被南京大學錄取,專業就是半導體。

身處半導體專業,陳志忠始終關注著國際上相關的科研成果,早在90年代初,氮化物半導體加工工藝中的選區外延技術就已經產生了,這一技術吸引了陳志忠的注意力。到了本科畢業論文時期,陳志忠進實驗室就開始接觸氮化鎵,恰好能有機會上手操作。97年,國內第一個LED(以氮化物半導體為基礎)在北大實驗室里發出了光,正好陳志忠碩士畢業,于是他博士畢業后毫不猶豫的選擇了當時國內氮化物半導體研究最領先的北大做博士后,博士后出站留校至今。

 

    
    
    
    
    
    
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