这项技术已经改变并将继续深刻改变我们的世界……

2021-10-26 10:33来源:瞭望 原文链接:点击获取

原标题:这项技术已经改变并将继续深刻改变我们的世界……

中国科学院院士郝跃

中国科学院院士郝跃

郝跃及其团队实现了宽禁带半导体从核心设备、材料到器件的重大创新

微电子技术已经改变并将继续深刻改变我们的世界,未来几十年内,微电子技术将不断引领高新技术发展,不断改变人类生存和生活环境

高技术之争的核心是人才之争。这就需要持续拓展和扩大集成电路人才培养版图,提升集成电路人才培养质量,以缓解“缺芯少魂”

文 |《瞭望》新闻周刊记者 许祖华

手机、电脑、家用电器……这些与生活密切相关的电子产品都离不开微电子技术的发展和应用。卫星、导弹、雷达、通信、电子对抗……这些现代国防依靠的高端电子装备同样离不开微电子技术的进步。

微电子技术是以半导体为材料、以微细加工为主要手段,实现电子系统小型化和微型化的技术,主要表现为半导体器件和集成电路芯片。

正是这一技术的高速发展和推动,通讯、网络、计算机等技术才得到高速发展,大数据、物联网、人工智能、智慧城市等才成为现实,纳米科技、量子科技等前沿科技才得以快速推动。

“微电子技术已经改变并将继续深刻改变我们的世界。微电子技术的发展水平和产业规模,已成为衡量一个国家经济实力和科技实力的重要标志。”郝跃说。

郝跃是中国科学院院士、西安电子科技大学教授,也是我国著名微电子学专家。他开拓、引领了我国第三代半导体电子器件与材料的发展,创建了我国第三代半导体氮化镓外延生长、器件结构以及制造工艺的理论与技术体系,实现了我国氮化物半导体从核心设备、材料到器件的重大创新,为我国在氮化物第三代半导体电子器件步入国际领先行列作出重要贡献。

近日,围绕半导体、集成电路芯片等与微电子技术相关的创新发展问题,《瞭望》新闻周刊记者专访了郝跃。

微电子不微

 《瞭望》:你常说“微电子不微”,怎么理解?

郝跃:“微电子不微”主要表达的是微电子技术在国家发展中的重大作用。

微电子技术看似以微细加工为主,却是现代信息产业和信息社会的基石。

微电子技术的发展能使集成电路芯片具有高速度、高密度、高可靠、低功耗、低成本等特点。其中,芯片的低功耗尤为重要,这不仅是节省能源,还意味着极大改善电子产品应用的便捷性,提高电子产品的可靠性。

未来几十年内,微电子技术将不断引领高新技术发展,不断改变人类生存和生活环境,不断促进人类发展进步。

《瞭望》:你和团队在微电子领域取得哪些突破性成果?

郝跃:目前,微电子领域的一切集成电路芯片都是在半导体材料上实现的。

半导体材料是一类导电性能介于导体和绝缘体之间的固体材料,主要包括被称为第一代半导体的硅、锗,被称为第二代半导体的砷化镓、磷化铟,以及被称为第三代半导体的宽禁带材料。

禁带是固体物理学的一个基本概念,其宽度决定了半导体的导电性能是偏向导体还是绝缘体。一般来讲,禁带宽度越宽,半导体的导电性能越偏向绝缘体。反之则偏向导体。

从20世纪90年代中后期开始,我和团队就坚持研究宽禁带半导体,经过20多年艰辛探索,团队瞄准国际前沿,主攻氮化镓、碳化硅,以及氧化镓和金刚石半导体器件与材料研究方向,已实现半导体从核心设备、材料到器件的创新,并使我国在这一领域步入国际领先行列。

例如,我们研发的氮化物半导体材料和核心设备、先进的氮化镓微波和毫米波高功率、高效率电子器件和紫外光电器件,将氮化镓微波功率器件的效率提升到国际最高纪录的85%,实验结果几乎达到半导体微波功率器件电能转换的极限,实现了我国在该领域的重大突破。现在,氮化镓核心技术和产品已在我国4G和5G通信基站、先进雷达系统、电力电子系统、紫外LED等领域得到广泛应用。

如今,我们的宽禁带半导体国家工程研究中心和宽带隙半导体技术国家重点实验室,已成为国内外宽禁带半导体材料和器件科学研究、人才培养、学术交流、成果转化的重要基地,引领宽禁带半导体研究自主发展,服务产业工程应用。

郝跃教授(右二)带领团队教师在进行GaN器件可靠性测试

郝跃教授(右二)带领团队教师在进行GaN器件可靠性测试

突围集成电路产业

《瞭望》:我国微电子技术和产业发展现状如何?

郝跃:经过多年发展,我国半导体芯片与集成电路产业已取得长足进步,一跃成为世界最大的集成电路消费市场,个别技术领域甚至具备了与国际同行并行的趋势。

但总体而言,我国半导体与集成电路产业大而不强,与美国、日本和欧洲一些国家相比仍有较大差距。企业更多将资源聚焦在应用技术层面和产业化方面,急需加强原始创新。

 《瞭望》:如何加强集成电路产业突围能力?

郝跃:首先要产学研紧密结合,加大关键核心技术的攻关和产业化,建立集成电路自身发展和持续创新的能力。总体而言,我们现在对产品、技术强调多,对能力强调少。未来要让集成电路产业取得持续、整体发展,还得在能力上下功夫,在产学研紧密结合上下功夫。

其次要提升产业和企业的核心竞争能力,加速关键产品突围,推动产品从可用走向能用、好用、耐用、实用,同时推动产品落实到能力上,促进集成电路产业真正“长大”。

最后要继续落实扩大内需政策,对微电子行业加大政策扶持,进一步加大投入,优化投融资环境,支持优势企业并购重组,避免低水平竞争、恶性竞争和无序竞争。半导体芯片需要长期不断创新和发展,如果企业没有利润很难支撑创新,因此,保证企业有序、健康发展是保证集成电路产业可持续发展的关键。

形成“从0到1”的创新文化和氛围

《瞭望》:你给团队起名为“芯系国家”,有什么含义?

郝跃:给团队起名为“芯系国家”主要有三方面考虑。

一是勉励团队科研方向要自始至终坚持两条原则:一是国家需求,二是国际前沿。其中,国家需求是第一原则。我们的科研工作要在国家需要前提下,确定主攻方向,定好方向后,瞄准国际前沿去奋斗、去努力。

二是勉励团队始终把推动芯片产业发展作为主攻目标。芯片是信息社会的粮食,没有芯片就不可能有信息社会的各种产品。中国是全球最大的芯片消费市场,而中国芯片在世界市场中仅占20%左右,发展芯片产业的重要性和紧迫性不言而喻,自主研发的道路漫长而艰巨。

这么多年,我们一直努力通过科研成果转化推动半导体和芯片产业发展。我们主导成立的陕西半导体先导技术中心,致力于半导体前沿关键技术研发创新,已成为陕西省半导体产业人才培养重要基地和技术创新的重要策源地。以团队成员为主导,以宽禁带半导体国家工程研究中心为基础,我们还创建了西安电子科技大学广州第三代半导体创新中心、西安电子科技大学芜湖研究院等实体,主动服务国家粤港澳大湾区建设、长三角一体化发展战略,为国家集成电路人才培养添油助力,为实现产业升级换代奠定坚实基础。

三是营造一种创新氛围。解决我国芯片集成电路核心技术问题,推动电子信息产业做大做强需要各类创新土壤和文化氛围。我从点滴做起,把2019年荣获陕西省最高科学技术奖的200万元奖金全部捐给学校设立芯缘科创基金,希望带动学校形成“从0到1”的创新文化和氛围,鼓励我们的教师和学生,逐步形成创新人才与创新成果产出的土壤。

2020年底,我们团队实现了40余项专利3000万元的高价值转化。根据学校科技成果转化管理办法规定,这笔经费的80%可用于完成人的现金奖励,考虑到宽禁带半导体国家工程研究中心建设自筹经费尚有缺口,大家全部放弃现金奖励,一致同意将奖金投入宽禁带半导体国家工程研究中心建设中,为国家科研育人平台出一份力,添一把柴。

《瞭望》:你怎么看当前集成电路领域的人才培养情况?

 郝跃:全球竞争激烈的芯片归根到底是高技术之争,而高技术之争的核心是人才之争。这就需要持续拓展和扩大集成电路人才培养版图,提升集成电路人才培养质量,以缓解“缺芯少魂”。

我认为,当前集成电路领域人才培养有两方面需要加强。一是基础性课程体系建设。尤其要保证物理、数学等基础性、主干性课程学时充足、内容合理,系统化向学生讲授;二是实践性课程。应动员政府、学校、企业等各方力量,大力建设集成电路育人平台。目前正在实施建设的国家集成电路产教融合创新平台项目,就是这方面利好消息,相信未来会对集成电路创新型和应用型人才培养起重要作用。

《瞭望》:你怎么看“从0到1”?

 郝跃:面对我国“十四五”时期及更长时期发展的迫切要求,科技工作者要更加注重自主创新,实现更多“从0到1”的突破。

在科学上,“0”并不表示什么都没有,而是还没有发现、发明和创造出来。如何从浩如烟海的基础研究中提炼出关键科学问题,是真正指导我们实现“从0到1”突破的关键。

“从0到1”不仅要有长期厚重的知识积累,还要有瞬间的灵感;既需要长期稳定坚持做基础研究,久久为功,又需要聚焦比较优势领域,突出重点;既需要自由探索,也需要从源头或底层为长远战略目标提供支撑。

从加速突破角度,我认为有两点需要重点着力。一是要加强国家实验室等重大科技平台建设。发挥新型举国体制优势,整合优势资源,通过国家实验室等重大科学平台,有力有序推进创新攻关的揭榜挂帅体制机制,集中力量实现从“从0到1”的突破,着力打好关键核心技术攻坚战。

二是要完善国际合作交流机制。不拒众流,方为江海。健康的国际合作模式,应以可控开源的方式充分利用国际智力资源。所谓可控,就是在若干领域打造非对称优势的长板,打造我国参与国际合作和竞争的新优势;所谓开源,就是在此基础上互通有无、博采众长,实施更加积极开放的人才政策,积极参与组织国家重大科学研究计划、国际大科学计划和大科学工程,统筹推进知识产权、国际合作和竞争,为技术要素跨境自由流动创造良好环境,推动我们不断取得世界首创成果。

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