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下载手机APP 王钢带领团队解决氧化镓半导体资料工业化的要害中心问题。
王钢团队用数字建模、数字孪生等技能完成对反响腔的可视化。
本次研讨效果登上国家级榜单，背后是王钢团队十余年磨一剑的坚韧。
近日，以“科技自立自强双创驱动开展”为主题的2022“科创我国”年度会议举行。会上，我国科协发布了2021年“科创我国”系列榜单。其中，“先导技能榜”面向生物医药、资源环境、电子信息、配备制作、先进资料、现代农林等六大领域，遴选出了100项具有宽广运用场景、高经济和社会效益的先导技能。
中山大学电子与信息工程学院(微电子学院)教授王钢领导的研发团队十多年自主研发的“大尺度氧化镓单晶薄膜异质外延成长技能及中心配备”既是广东省高校仅有入选的项目，也是广州地区仅有入选的项目。王钢团队的这项技能将在我国乃至全球新式超宽禁带功率半导体资料领域形成工业化打破口，极大地推动我国氧化镓基功率电子器材的开展和工业化进程。
本次研讨效果登上国家级榜单，背后是王钢团队十余年磨一剑的坚韧。“每次推开一道门，都需求经过不断地探究，重复地试错，才能找到下一道门。”王钢对记者感叹道。
完成并跑领跑他们决定破题“氧化镓”
2004年，在日本一家公司担任研发工程师的王钢参加中山大学光电资料与技能国家要点实验室，并组建了自己的团队。在中山大学大学城校区光电资料与技能国家要点实验室的大楼里，王钢团队用18年时间将宽禁带半导体资料和器材实验室建造成型，宽禁带半导体资料和器材也成为这家国家要点实验室的重要研讨方向之一。
回国后的前8年，王钢团队首要聚焦支撑LED工业的氮化物半导体资料。“在氮化物领域，咱们感觉长期处在跟跑状况，所以一直在考虑有哪些新的资料可完成并跑乃至领跑。”王钢说道，最终他们把目光锁定在超宽禁带半导体资料上。
氮化镓和碳化硅是第三代半导体晶圆资料的干流选择，其禁带宽度大概在3.4eV(电子伏特)左右，属于宽禁带半导体资料。氧化镓则是超宽禁带半导体资料，因为其禁带宽度大概在5eV。
特别的属性让氧化镓有着“击穿电场强度更强”“功率损耗更低”等优势。氧化镓可让人们运用更少的资料制作出具有更高耐压、更强功率处理才能的功率半导体器材，器材同时可以更薄、更轻。
功率半导体器材是逆变设备里的中心器材，交流电和直流电的转化就是逆变。跟着高铁、电动汽车以及高压电网输电体系的快速开展，全世界急切地需求具有更高转化效率的高压大功率半导体器材。氧化镓功率半导体器材在与氮化镓和碳化硅相同的耐压情况下，导通电阻更低、功耗更小、更耐高温、可以极大地节省高压器材作业时的电能丢失。
“仅从节能的视点来理解超宽禁带半导体资料不行全面，氧化镓功率半导体器材允许在更高的温度下操作，然后减少对庞大的冷却器材体系的需求。氧化镓在消费电子、5G通讯、智能电网、轨道交通、雷达探测等领域有宽广的运用前景，氧化镓基器材被称为‘迄今为止最坚固耐用的晶体管’”。王钢告知记者，跟着科技开展，社会的数字化、智能化程度不断提升，被称为“第四代超宽禁带半导体资料”的氧化镓将会有更多的运用场景。
从0到1打造半导体制备中心设备
当记者走进宽禁带半导体资料和器材实验室，一代代大型CVD设备映入眼帘。王钢说，这些都是从国外购买回来的CVD设备。“2006年咱们从英国买回这台长氮化物的机器，为了打折咱们谈得很辛苦，但也花了咱们将近1000万元人民币。”王钢说。
为了完成氧化镓外延资料及中心配备从0到1的打破，王钢带领团队开始研发大尺度、高质量氧化镓半导体薄膜资料异质外延成长用MOCVD(金属有机化学气相沉积)设备，同时研发氧化镓单晶薄膜资料的大尺度异质外延成长工艺技能。
“咱们去开学术交流会议时，听到日本专家共享氧化镓的功率电子器材的原型。我以为咱们同样有才能完成此事，还能走出不同的技能路径，于是咱们回国之后立马着手研讨，并以蓝宝石作为衬底进行异质外延尝试。”王钢说，在起先的两年时间里，他们都无法在蓝宝石衬底上长出薄膜资料。这种气闷难受的感觉一直让王钢难以忘怀，他也有过疑虑：这个研讨方向是否真的能走向成功?
焦虑迷茫中，王钢团队未曾抛弃。依靠长期在氮化物半导体元器材的研讨经历，他们在一台用于生产第二代半导体资料的老式MOCVD设备上进行改造，并且对半导体设备反响腔室进行共同规划。十年来，团队不断调整着工艺、参数和规划方案，在近万次的失利中总结经历。最终他们完成氧化镓单晶薄膜资料外延成长MOCVD设备的自主研发，并且他们采用自主研发的MOCVD设备在蓝宝石、碳化硅及硅等大尺度异质衬底上成长了结晶质量高，晶向一致性好的4-8英寸的ε相氧化镓单晶薄膜。
多学科交融让“黑盒子”可视化
王钢身上激荡着理想主义的情怀。他告知记者，他这一辈子的方针是研发出更出色的国产设备，然后长出愈加优质的半导体资料。
在这项效果登上科创我国“先导技能榜”之前，网络上基本搜索不到这项技能的任何信息。“做半导体的人应该用90%的精力去做落地的工作，咱们也算是静静在做这件工作。”王钢告知记者。
在十余年来对氧化镓资料技能的研究中，王钢说自己又是走运的，“针对一些十分前沿的技能，在国家没有推出要点研发计划之前，需求不断有人去熬。我十分走运，可以得到中山大学和光电资料与技能国家要点实验室探究性课题的一些资金的支持，同时仰仗产学研合作伙伴在MOCVD设备制作过程中硬件的投入，探究一些没有完全把握的工作。”王钢说。
即便自主研发的MOCVD设备已是发展喜人，但是王钢团队还在努力让氧化镓MOCVD设备拥有更优质的功能然后走向大规模运用。
一直以来，反响腔室如同黑盒子，工程师无法实时知晓里边产生的化学变化。“咱们之前把自己称为手艺人，首要凭着经历，等资料长出来后发现缺陷，咱们再回头查看哪些环节出现了问题。”王钢说。
这十多年来，王钢也充分发挥光电资料与技能国家要点实验室多学科交融的优势，用数字建模、数字孪生等技能完成对反响腔的可视化。记者看到，在王钢团队自主研发的MOCVD设备旁边，一台计算机正在呈现模仿反响腔内部反响过程的三维图画，每个粒子的活动轨迹都能清晰可见。
“这是一个多物理量的模仿，其中不仅能展现气体的活动，还能反映温度场、压力场的情况。”王钢告知记者。
“咱们有些运用已经超越国际同行。他们没想到的运用，咱们也开发出来了。”王钢对记者说道，要害中心技能必定慢慢熬出来，此次团队去申报“科创我国”先导技能榜，并非介意外界点评。他们希望借此寻得机会将配备落地，为我国第四代半导体资料工业贡献力量。文/广州日报全媒体记者龙锟通讯员李建平图/广州日报全媒体记者苏豪杰实习生林潇雅
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研发超强半导体
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