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探索半导体材料科学研发新功能晶体 半导体材料研发

时间:2019-02-09 来源:东星资源网 本文已影响 手机版

  坚持前沿探索   陈小龙研究员出生于1964年,1984年在山东工业大学获工学学士,1988年在哈尔滨工业大学获工学硕士,1991年获得中国科学院物理研究所的理学博士学位,曾在德国海德堡大学和拜罗伊特大学做洪堡学者。系统的专业基础知识和良好的学术素养训练为他日后的科研道路夯实了基础。陈小龙老师从1993年担任中科院物理研究所副研究员、1997年担任研究员以来,主要开展了宽禁带半导体晶体、新功能晶体探索和物性方面的研究工作,取得了丰硕的科研成果并实现了多项技术突破。1999年,他获得国家杰出青年科学基金、2003年入选中国科学院“百人计划”、2004年起至今兼任中国晶体学会副理事长和国际衍射数据中心(1CDD)中国区主席。于2007年获得“ICDD Fellow”称号,2009年成为“新世纪百千万人才工程”的国家级人选,获得国务院政府特殊津贴,并且在同年获第五届“发明创业奖”特等奖,由他带领的宽禁带半导体材料研究与应用团队还获得了2010年度“中国科学院先进集体”荣誉称号。
  陈小龙研究员先后主持了国家“863”、“973”和国家科技支撑计划等23个重大科研项目。他主导并系统开展的碳化硅晶体生长的基础和应用研究工作,解决了多项关键性的科学问题及系列关键技术,成功生长出2N4英寸的高质量晶体,由他带领团队攻克了晶体制备重复性和稳定性等关键的工程化问题,在国内率先实现了碳化硅晶体的产业化;发现非磁性元素铝掺杂在碳化硅晶体中诱导出磁性,通过中子辐照在碳化硅晶体中引入双空位,并从实验和理论上证明了双空位导致磁性,首次在实验上给出直接证据;他还研究发现了一系列新的功能晶体材料,包括新超导体K0.8Fe2Se2和具有潜在应用价值的闪烁晶体YBa3B9O18等,精确测定了大量新化合物的晶体结构,其中120个化合物的衍射数据被ICDD收录为标准衍射数据。新超导体Kn0.8Fe2Se28超导转变机制不同于其它铁基超导体,具有丰富的物理内涵,在引领国际上铁基超导新的研究方向上发挥了作用。
  多年来,陈小龙研究员研发并申请的国家发明专利共计45项,其中已经授权的有16项,在国际学术刊物上发表论文300余篇,被引用3200多次。
  引领创新之路
  陈小龙研究员目前主要的研究方向包括:宽禁带半导体碳化硅、氮化铝等晶体生长、物性及应用研究;大尺寸、高质量石墨烯制备和应用研究;多晶×射线衍射结构分析和应用等多个方面。坚持自主创新、引导技术产业化是他一直以来的心愿和努力的方向。
  在当今时代,碳化硅作为重要的宽禁带半导体材料,是制作高温、高频、大功率、抗辐射电子和光电器件的理想材料,在军工、航天、固态照明和电力电子等领域具有非常重要的应用价值,对于军事科技、民用工业的发展至关重要。国际权威市场调查报告显示,2009年全球对碳化硅晶片的消耗量为43.5万片,至2015年这一数字将增加到至少200万片,其蓬勃发展将在世界范围内产生极为深远的影响。
  但是,碳化硅晶体生长和加工技术被一些发达国家垄断,对我国实行技术封锁,甚至产品禁运。基于我国对碳化硅晶片的迫切需求以及碳化硅基半导体产业的巨大市场、应用前景,陈小龙研究员于1999年带领团队开始开展碳化硅晶体生长的研究工作。十余年间,在国家自然科学基金委、科技部、中国科学院等国家部委和各级地方政府的大力支持和亲切关怀下,陈小龙研究员带领团队坚持自主创新、刻苦钻研,不断进行技术攻关,终于取得了重大突破。
  国外销售的碳化硅晶体生长设备价格极其昂贵,而且难以调整所生长晶体的尺寸,难以满足国内大规模产业化的需求。陈小龙研究员带领研究人员自主研发碳化硅晶体生长设备,通过创新性的设计和持续的结构优化,研制出了具有自主知识产权的感应线圈内置式碳化硅晶体生长炉;可以兼容生长2~4英寸的碳化硅晶体;实现了坩埚的轴向运动和自传,可以保持温场的均匀性;采用了流动气氛,能够在10-10000Pa实现动态压力的精确自动控制,线性度高。而具备了这些优势的晶体生长设备制造成本大大低于国外同类设备。
  陈小龙研究员带领团队充分利用自主研发的碳化硅晶体生长平台,经过无数次的实验、模拟和总结,终于在碳化硅晶体生长和加工技术上取得了一系列的突破,包括:重点攻克了碳化硅晶体缺陷控制、电阻率调控和化学机械抛光等关键技术,掌握了晶体生长和加工的核心技术,形成了一整套从原料合成、晶体生长、加工、检测到清洗封装的技术路线;成功研制出高质量2-4英寸6H碳化硅和4H碳化硅晶片:微管密度最低可小于1个/c?、X-射线摇摆曲线半高宽小于30弧秒、位错密度小于104/c?、半绝缘晶片的电阻率大于106Q?cm、导电4H碳化硅晶片的电阻率控制在0.02 Q?cm以下,产品技术指标达到国际同类产品先进水平。在科研攻关的同时,陈小龙研究员高度重视知识产权保护,已经先后申请相关的国家发明专利24项,其中已授权6项,并且提交行业标准草案2项,同时正在申请美国和日本专利。
  实现成果产业化
  在中国科学院和新疆生产建设兵团的大力支持下,2006年9月,陈小龙研究员团队开发的碳化硅晶体生长相关技术成功进行了产业化,成立了北京天科合达蓝光半导体有限公司,这标志着我国在该领域实现了零的突破。在产业化的过程中,陈小龙研究员的团队实现了产研结合,建立了拥有48台晶体生长炉的碳化硅晶体生长和加工线,形成了年产3万片的能力,成功地将实验室晶体生长和加工的研究成果推广到大规模的工业化生产,并保证了生产的稳定性和重复性。陈小龙研究员主导的研发中心在大尺寸(4英寸)碳化硅晶体生长和提高晶体质量方面取得了快速进展。目前天科合达公司生产的2-4英寸导电碳化硅晶片、半绝缘碳化硅晶片成功销往20多个国家和地区,广受好评。自2009年以来,公司连续被国际著名半导体咨询机构YOLE公司列为全球碳化硅晶片主要制造商之一。
  陈小龙研究员在教书育人方面同样成绩显著。多年来先后培养博士研究生40余名,其中26人已获得博士学位。2009年获得中国科学院朱李月华优秀教师奖。
  科学探索的道路永远没有尽头,陈小龙研究员对功能晶体材料的研究仍在继续。我们有理由相信,凭着严谨的学风和坚韧不拔的毅力,未来的他将会取得更大的成就。

标签:材料科学 晶体 半导体 新功能