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下載手機APP 王鋼帶領團隊解決氧化鎵半導體資料工業(yè)化的要害中心問題。
王鋼團隊用數(shù)字建模、數(shù)字孿生等技能完成對反響腔的可視化。
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本次研討效果登上國家級榜單，背后是王鋼團隊十余年磨一劍的堅韌。
近日，以“科技自立自強雙創(chuàng)驅動開展”為主題的2022“科創(chuàng)我國”年度會議舉行。會上，我國科協(xié)發(fā)布了2021年“科創(chuàng)我國”系列榜單。其中，“先導技能榜”面向生物醫(yī)藥、資源環(huán)境、電子信息、配備制作、先進資料、現(xiàn)代農(nóng)林等六大領域，遴選出了100項具有寬廣運用場景、高經(jīng)濟和社會效益的先導技能。
中山大學電子與信息工程學院(微電子學院)教授王鋼領導的研發(fā)團隊十多年自主研發(fā)的“大尺度氧化鎵單晶薄膜異質外延成長技能及中心配備”既是廣東省高校僅有入選的項目，也是廣州地區(qū)僅有入選的項目。王鋼團隊的這項技能將在我國乃至全球新式超寬禁帶功率半導體資料領域形成工業(yè)化打破口，極大地推動我國氧化鎵基功率電子器材的開展和工業(yè)化進程。
本次研討效果登上國家級榜單，背后是王鋼團隊十余年磨一劍的堅韌。“每次推開一道門，都需求經(jīng)過不斷地探究，重復地試錯，才能找到下一道門。”王鋼對記者感嘆道。
完成并跑領跑他們決定破題“氧化鎵”
2004年，在日本一家公司擔任研發(fā)工程師的王鋼參加中山大學光電資料與技能國家要點實驗室，并組建了自己的團隊。在中山大學大學城校區(qū)光電資料與技能國家要點實驗室的大樓里，王鋼團隊用18年時間將寬禁帶半導體資料和器材實驗室建造成型，寬禁帶半導體資料和器材也成為這家國家要點實驗室的重要研討方向之一。
回國后的前8年，王鋼團隊首要聚焦支撐LED工業(yè)的氮化物半導體資料。“在氮化物領域，咱們感覺長期處在跟跑狀況，所以一直在考慮有哪些新的資料可完成并跑乃至領跑。”王鋼說道，最終他們把目光鎖定在超寬禁帶半導體資料上。
氮化鎵和碳化硅是第三代半導體晶圓資料的干流選擇，其禁帶寬度大概在3.4eV(電子伏特)左右，屬于寬禁帶半導體資料。氧化鎵則是超寬禁帶半導體資料，因為其禁帶寬度大概在5eV。
特別的屬性讓氧化鎵有著“擊穿電場強度更強”“功率損耗更低”等優(yōu)勢。氧化鎵可讓人們運用更少的資料制作出具有更高耐壓、更強功率處理才能的功率半導體器材，器材同時可以更薄、更輕。
功率半導體器材是逆變設備里的中心器材，交流電和直流電的轉化就是逆變。跟著高鐵、電動汽車以及高壓電網(wǎng)輸電體系的快速開展，全世界急切地需求具有更高轉化效率的高壓大功率半導體器材。氧化鎵功率半導體器材在與氮化鎵和碳化硅相同的耐壓情況下，導通電阻更低、功耗更小、更耐高溫、可以極大地節(jié)省高壓器材作業(yè)時的電能丟失。
“僅從節(jié)能的視點來理解超寬禁帶半導體資料不行全面，氧化鎵功率半導體器材允許在更高的溫度下操作，然后減少對龐大的冷卻器材體系的需求。氧化鎵在消費電子、5G通訊、智能電網(wǎng)、軌道交通、雷達探測等領域有寬廣的運用前景，氧化鎵基器材被稱為‘迄今為止最堅固耐用的晶體管’”。王鋼告知記者，跟著科技開展，社會的數(shù)字化、智能化程度不斷提升，被稱為“第四代超寬禁帶半導體資料”的氧化鎵將會有更多的運用場景。
從0到1打造半導體制備中心設備
當記者走進寬禁帶半導體資料和器材實驗室，一代代大型CVD設備映入眼簾。王鋼說，這些都是從國外購買回來的CVD設備。“2006年咱們從英國買回這臺長氮化物的機器，為了打折咱們談得很辛苦，但也花了咱們將近1000萬元人民幣。”王鋼說。
為了完成氧化鎵外延資料及中心配備從0到1的打破，王鋼帶領團隊開始研發(fā)大尺度、高質量氧化鎵半導體薄膜資料異質外延成長用MOCVD(金屬有機化學氣相沉積)設備，同時研發(fā)氧化鎵單晶薄膜資料的大尺度異質外延成長工藝技能。
“咱們去開學術交流會議時，聽到日本專家共享氧化鎵的功率電子器材的原型。我以為咱們同樣有才能完成此事，還能走出不同的技能路徑，于是咱們回國之后立馬著手研討，并以藍寶石作為襯底進行異質外延嘗試。”王鋼說，在起先的兩年時間里，他們都無法在藍寶石襯底上長出薄膜資料。這種氣悶難受的感覺一直讓王鋼難以忘懷，他也有過疑慮：這個研討方向是否真的能走向成功?
焦慮迷茫中，王鋼團隊未曾拋棄。依靠長期在氮化物半導體元器材的研討經(jīng)歷，他們在一臺用于生產(chǎn)第二代半導體資料的老式MOCVD設備上進行改造，并且對半導體設備反響腔室進行共同規(guī)劃。十年來，團隊不斷調整著工藝、參數(shù)和規(guī)劃方案，在近萬次的失利中總結經(jīng)歷。最終他們完成氧化鎵單晶薄膜資料外延成長MOCVD設備的自主研發(fā)，并且他們采用自主研發(fā)的MOCVD設備在藍寶石、碳化硅及硅等大尺度異質襯底上成長了結晶質量高，晶向一致性好的4-8英寸的ε相氧化鎵單晶薄膜。
多學科交融讓“黑盒子”可視化
王鋼身上激蕩著理想主義的情懷。他告知記者，他這一輩子的方針是研發(fā)出更出色的國產(chǎn)設備，然后長出愈加優(yōu)質的半導體資料。
在這項效果登上科創(chuàng)我國“先導技能榜”之前，網(wǎng)絡上基本搜索不到這項技能的任何信息。“做半導體的人應該用90%的精力去做落地的工作，咱們也算是靜靜在做這件工作。”王鋼告知記者。
在十余年來對氧化鎵資料技能的研究中，王鋼說自己又是走運的，“針對一些十分前沿的技能，在國家沒有推出要點研發(fā)計劃之前，需求不斷有人去熬。我十分走運，可以得到中山大學和光電資料與技能國家要點實驗室探究性課題的一些資金的支持，同時仰仗產(chǎn)學研合作伙伴在MOCVD設備制作過程中硬件的投入，探究一些沒有完全把握的工作。”王鋼說。
即便自主研發(fā)的MOCVD設備已是發(fā)展喜人，但是王鋼團隊還在努力讓氧化鎵MOCVD設備擁有更優(yōu)質的功能然后走向大規(guī)模運用。
一直以來，反響腔室如同黑盒子，工程師無法實時知曉里邊產(chǎn)生的化學變化。“咱們之前把自己稱為手藝人，首要憑著經(jīng)歷，等資料長出來后發(fā)現(xiàn)缺陷，咱們再回頭查看哪些環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題。”王鋼說。
這十多年來，王鋼也充分發(fā)揮光電資料與技能國家要點實驗室多學科交融的優(yōu)勢，用數(shù)字建模、數(shù)字孿生等技能完成對反響腔的可視化。記者看到，在王鋼團隊自主研發(fā)的MOCVD設備旁邊，一臺計算機正在呈現(xiàn)模仿反響腔內部反響過程的三維圖畫，每個粒子的活動軌跡都能清晰可見。
“這是一個多物理量的模仿，其中不僅能展現(xiàn)氣體的活動，還能反映溫度場、壓力場的情況。”王鋼告知記者。
“咱們有些運用已經(jīng)超越國際同行。他們沒想到的運用，咱們也開發(fā)出來了。”王鋼對記者說道，要害中心技能必定慢慢熬出來，此次團隊去申報“科創(chuàng)我國”先導技能榜，并非介意外界點評。他們希望借此尋得機會將配備落地，為我國第四代半導體資料工業(yè)貢獻力量。文/廣州日報全媒體記者龍錕通訊員李建平圖/廣州日報全媒體記者蘇豪杰實習生林瀟雅
標簽：
研發(fā)超強半導體
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本次研討效果登上國家級榜單，背后是王鋼團隊十余年磨一劍的堅韌。
近日，以“科技自立自強雙創(chuàng)驅動開展”為主題的2022“科創(chuàng)我國”年度會議舉行。會上，我國科協(xié)發(fā)布了2021年“科創(chuàng)我國”系列榜單。其中，“先導技能榜”面向生物醫(yī)藥、資源環(huán)境、電子信息、配備制作、先進資料、現(xiàn)代農(nóng)林等六大領域，遴選出了100項具有寬廣運用場景、高經(jīng)濟和社會效益的先導技能。
中山大學電子與信息工程學院(微電子學院)教授王鋼領導的研發(fā)團隊十多年自主研發(fā)的“大尺度氧化鎵單晶薄膜異質外延成長技能及中心配備”既是廣東省高校僅有入選的項目，也是廣州地區(qū)僅有入選的項目。王鋼團隊的這項技能將在我國乃至全球新式超寬禁帶功率半導體資料領域形成工業(yè)化打破口，極大地推動我國氧化鎵基功率電子器材的開展和工業(yè)化進程。
本次研討效果登上國家級榜單，背后是王鋼團隊十余年磨一劍的堅韌。“每次推開一道門，都需求經(jīng)過不斷地探究，重復地試錯，才能找到下一道門。”王鋼對記者感嘆道。
完成并跑領跑他們決定破題“氧化鎵”
2004年，在日本一家公司擔任研發(fā)工程師的王鋼參加中山大學光電資料與技能國家要點實驗室，并組建了自己的團隊。在中山大學大學城校區(qū)光電資料與技能國家要點實驗室的大樓里，王鋼團隊用18年時間將寬禁帶半導體資料和器材實驗室建造成型，寬禁帶半導體資料和器材也成為這家國家要點實驗室的重要研討方向之一。
回國后的前8年，王鋼團隊首要聚焦支撐LED工業(yè)的氮化物半導體資料。“在氮化物領域，咱們感覺長期處在跟跑狀況，所以一直在考慮有哪些新的資料可完成并跑乃至領跑。”王鋼說道，最終他們把目光鎖定在超寬禁帶半導體資料上。
氮化鎵和碳化硅是第三代半導體晶圓資料的干流選擇，其禁帶寬度大概在3.4eV(電子伏特)左右，屬于寬禁帶半導體資料。氧化鎵則是超寬禁帶半導體資料，因為其禁帶寬度大概在5eV。
特別的屬性讓氧化鎵有著“擊穿電場強度更強”“功率損耗更低”等優(yōu)勢。氧化鎵可讓人們運用更少的資料制作出具有更高耐壓、更強功率處理才能的功率半導體器材，器材同時可以更薄、更輕。
功率半導體器材是逆變設備里的中心器材，交流電和直流電的轉化就是逆變。跟著高鐵、電動汽車以及高壓電網(wǎng)輸電體系的快速開展，全世界急切地需求具有更高轉化效率的高壓大功率半導體器材。氧化鎵功率半導體器材在與氮化鎵和碳化硅相同的耐壓情況下，導通電阻更低、功耗更小、更耐高溫、可以極大地節(jié)省高壓器材作業(yè)時的電能丟失。
“僅從節(jié)能的視點來理解超寬禁帶半導體資料不行全面，氧化鎵功率半導體器材允許在更高的溫度下操作，然后減少對龐大的冷卻器材體系的需求。氧化鎵在消費電子、5G通訊、智能電網(wǎng)、軌道交通、雷達探測等領域有寬廣的運用前景，氧化鎵基器材被稱為‘迄今為止最堅固耐用的晶體管’”。王鋼告知記者，跟著科技開展，社會的數(shù)字化、智能化程度不斷提升，被稱為“第四代超寬禁帶半導體資料”的氧化鎵將會有更多的運用場景。
從0到1打造半導體制備中心設備
當記者走進寬禁帶半導體資料和器材實驗室，一代代大型CVD設備映入眼簾。王鋼說，這些都是從國外購買回來的CVD設備。“2006年咱們從英國買回這臺長氮化物的機器，為了打折咱們談得很辛苦，但也花了咱們將近1000萬元人民幣。”王鋼說。
為了完成氧化鎵外延資料及中心配備從0到1的打破，王鋼帶領團隊開始研發(fā)大尺度、高質量氧化鎵半導體薄膜資料異質外延成長用MOCVD(金屬有機化學氣相沉積)設備，同時研發(fā)氧化鎵單晶薄膜資料的大尺度異質外延成長工藝技能。
“咱們去開學術交流會議時，聽到日本專家共享氧化鎵的功率電子器材的原型。我以為咱們同樣有才能完成此事，還能走出不同的技能路徑，于是咱們回國之后立馬著手研討，并以藍寶石作為襯底進行異質外延嘗試。”王鋼說，在起先的兩年時間里，他們都無法在藍寶石襯底上長出薄膜資料。這種氣悶難受的感覺一直讓王鋼難以忘懷，他也有過疑慮：這個研討方向是否真的能走向成功?
焦慮迷茫中，王鋼團隊未曾拋棄。依靠長期在氮化物半導體元器材的研討經(jīng)歷，他們在一臺用于生產(chǎn)第二代半導體資料的老式MOCVD設備上進行改造，并且對半導體設備反響腔室進行共同規(guī)劃。十年來，團隊不斷調整著工藝、參數(shù)和規(guī)劃方案，在近萬次的失利中總結經(jīng)歷。最終他們完成氧化鎵單晶薄膜資料外延成長MOCVD設備的自主研發(fā)，并且他們采用自主研發(fā)的MOCVD設備在藍寶石、碳化硅及硅等大尺度異質襯底上成長了結晶質量高，晶向一致性好的4-8英寸的ε相氧化鎵單晶薄膜。
多學科交融讓“黑盒子”可視化
王鋼身上激蕩著理想主義的情懷。他告知記者，他這一輩子的方針是研發(fā)出更出色的國產(chǎn)設備，然后長出愈加優(yōu)質的半導體資料。
在這項效果登上科創(chuàng)我國“先導技能榜”之前，網(wǎng)絡上基本搜索不到這項技能的任何信息。“做半導體的人應該用90%的精力去做落地的工作，咱們也算是靜靜在做這件工作。”王鋼告知記者。
在十余年來對氧化鎵資料技能的研究中，王鋼說自己又是走運的，“針對一些十分前沿的技能，在國家沒有推出要點研發(fā)計劃之前，需求不斷有人去熬。我十分走運，可以得到中山大學和光電資料與技能國家要點實驗室探究性課題的一些資金的支持，同時仰仗產(chǎn)學研合作伙伴在MOCVD設備制作過程中硬件的投入，探究一些沒有完全把握的工作。”王鋼說。
即便自主研發(fā)的MOCVD設備已是發(fā)展喜人，但是王鋼團隊還在努力讓氧化鎵MOCVD設備擁有更優(yōu)質的功能然后走向大規(guī)模運用。
一直以來，反響腔室如同黑盒子，工程師無法實時知曉里邊產(chǎn)生的化學變化。“咱們之前把自己稱為手藝人，首要憑著經(jīng)歷，等資料長出來后發(fā)現(xiàn)缺陷，咱們再回頭查看哪些環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題。”王鋼說。
這十多年來，王鋼也充分發(fā)揮光電資料與技能國家要點實驗室多學科交融的優(yōu)勢，用數(shù)字建模、數(shù)字孿生等技能完成對反響腔的可視化。記者看到，在王鋼團隊自主研發(fā)的MOCVD設備旁邊，一臺計算機正在呈現(xiàn)模仿反響腔內部反響過程的三維圖畫，每個粒子的活動軌跡都能清晰可見。
“這是一個多物理量的模仿，其中不僅能展現(xiàn)氣體的活動，還能反映溫度場、壓力場的情況。”王鋼告知記者。
“咱們有些運用已經(jīng)超越國際同行。他們沒想到的運用，咱們也開發(fā)出來了。”王鋼對記者說道，要害中心技能必定慢慢熬出來，此次團隊去申報“科創(chuàng)我國”先導技能榜，并非介意外界點評。他們希望借此尋得機會將配備落地，為我國第四代半導體資料工業(yè)貢獻力量。文/廣州日報全媒體記者龍錕通訊員李建平圖/廣州日報全媒體記者蘇豪杰實習生林瀟雅
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