西安电子科技大学教授郝跃和他带领的宽禁带半导体技术科研团队,依托宽带隙半导体技术国家重点学科实验室,开展宽禁带半导体材料与器件的应用基础研究,实验室已成为国内外宽禁带半导体材料和器件的科学研究、人才培养、学术交流、成果转化方面的重要基地,是西安电子科技大学微电子学与固体电子学国家重点学科、“211工程”重点建设学科和国家集成电路人才培养基地的重要支撑。
敏锐洞察微电子前沿
上世纪,信息科学技术蓬勃兴起,作为信息时代技术基础的集成电路——微电子技术成为大热门。彼时,在微电子领域已崭露头角的郝跃却敏锐地感觉到,传统的微电子技术研究已经遇到了问题。
以硅为半导体材料的集成电路技术基础研究成为关注的核心。一方面,随着集成电路的集成度每18个月翻一番,使半导体器件和材料基础研究高度依赖于工艺条件,高校的优势慢慢丧失;另一方面,随着相关技术产业化和行业市场的迅猛发展,集成电路技术的开发应用已迅速成为企业的天下,高校乃至研究院所都很难成为主导力量。
寻找新的方向,是学术带头人郝跃直觉到的内在要求。他把目光转向化合物半导体,并最终聚焦到国际上刚起步的宽禁带半导体材料——氮化镓、碳化硅。他看到,宽禁带半导体材料研究可以把电子学与光学紧密结合,必然具备单纯的电子学或光学不具备的优势,同时也有很高的学术和应用价值,容易形成先发优势。
2000年前后,郝跃到美国进行学术交流,他留心考察了美国相关研究的最新动态,发现他们的氮化物宽禁带半导体材料研究也还处于起步阶段。这更加坚定了他的决心。回国后,他毅然宣布,全面转向新的研究方向,宽禁带半导体材料与器件。
据实验室的青年教师马佩军回忆说,这无异于一颗重磅炸d,在学院里引起了不小的震动,很多人都无法理解。当时作为郝跃老师的博士研究生,马佩军也觉得非常突然和吃惊。宽禁带半导体是个新鲜事物,没有人能预料它的发展前景。一没有研究基础,二没有经费支持,在马佩军看来,这一新的未知领域充满风险。
尽管争议很大,但是郝跃非常坚决。没有经费筹措经费,没有条件就创造条件,举全力投入。同事和学生们都感叹,郝老师胆识过人,决策果断,他看准的事情绝不拖泥带水。
短短几年的时间就已证明,当初郝跃带领他的团队爬上的这座山头是个宝藏。氮化镓、碳化硅化合物半导体材料,也就是宽禁带半导体材料,很快被定义为“第三代”半导体电子材料,它翻开了世界微电子学科和微电子产业全新的一页。
自主搭建创新平台
刚开始关于宽禁带半导体材料氮化镓的研究,摆在郝跃面前最大的问题是没有材料生长设备。引进一套设备,当时需要700万元到800万元。然而由于没有研究基础,还不能申请国家的经费支持。
怎么办?郝跃决定不等不靠,自己搭建一套设备。他从手中的项目经费中挤出部分经费,又自己垫资,东拼西凑,终于凑到200万元,由此开始了自主研发并搭建材料研制平台的艰苦历程。
用这200万元购买零部件,团队成员自己动手设计与搭建设备。万事开头难,郝跃鼓励大家说,最痛苦的时候,也是最有希望的时候,等日子好过了,我们就要有危机感了。
2002年,在郝跃的领导和指导下,第一代MOCVD(有机化合物化学气相淀积)设备研制成功。当时毕业留校直接参与了设备研发的青年教师张进成,回忆起那段“带着学生从焊板子开始”的往事,感到更多的是成就感。这套后来被张进成笑称为“作坊”式的设备,满足了材料生长、表征、测试等最基本的研究需要,很快就生长出了具有国际先进水平的GaN(氮化镓)基外延材料。团队成功迈出了具有关键意义的第一步。
与此同时,全世界范围内,宽禁带半导体的时代很快到来了。学术界与产业界逐渐认识到,GaN电子器件是制造高功率微波毫米波器件的理想材料,在新一代无线通信、雷达与导航测控等航天、航空平台设备中,具有重大应用前景。只是GaN材料缺陷密度相对较高,这是长期制约GaN电子器件发展的瓶颈。
郝跃带领他的团队系统研究并揭示了GaN电子材料生长中缺陷形成的物理机理,独创性地提出了脉冲式分时输运方法、三维岛状生长与二维平面生长交替的冠状生长方法,显著抑制了缺陷产生。
正是基于这种创新生长方法的固化集成,团队成功建立第一代自主国产化的MOCVD系统和低缺陷材料生长工艺,并于2005年和2007年迅速更新为第二代和第三代,解决了高性能GaN电子材料生长的国际难题,推动了GaN材料生长技术与核心设备的应用。团队自主研发的MOCVD系统及关键技术已成功产业化,应用于GaN半导体微波器件和光电器件制造企业,已累计实现产值2.1亿元。他们自主制备的高性能GaN电子材料自2003年起批量应用于国内多家研究所与大学,以及日本、新加坡等国家的一些科研机构,被国际用户评价为“特性达到了国际前沿水平”。似乎就在朝夕之间,郝跃教授与他的团队一下拿出一批有显示度的成果,震动了整个微电子领域。
成果转化彰显价值
2002年,GaN高亮度蓝光LED器件在郝跃的实验室成功问世。这种新工艺具备传统发光器件不可比拟的节能等优越性。郝跃预测到该项成果巨大的市场潜力,着力推动技术转让与成果转化。
然而事情一开始并不十分顺利,显然这件新事物的价值还不为市场所认识,没有引起足够的重视。郝跃认为,再好的成果,如果“养在深闺人未识”,没有实现其应有的价值,就不能算最后的成功。不等不靠,郝跃决定主要依靠团队自己的力量,将这项成熟的技术尽快转化。
2005年,团队以少额技术股份转让该项成果,以实验室为技术依托,成立西安中为光电科技有限公司,成功实现了蓝绿、紫外LED的产业化。
此外,他们自主建立的国产化GaN微波毫米波功率器件填补了国内空白,打破了发达国家的技术封锁与禁运,已开始试用于多项雷达和测控国家重点工程,推动了我国宽禁带半导体电子器件的跨越发展和应用。
高质量的GaN(氮化镓)和SiC(碳化硅)材料外延片批量提供企业和研究所使用;微波功率器件已经开始用于国家重点工程;GaN的LED成果已经成为陕西省半导体照明的核心技术;微纳米器件可靠性技术对推动我国高可靠集成电路发展发挥了重要作用……随着多项成果应用于国家和国防重点工程,郝跃带领团队的研究工作得到了国内外的广泛关注,科研水平和学术地位不断提升。
在解决国家重大战略需求方面,团队注意到半导体器件可靠性一直是航天、航空等系统中突出的薄弱环节。美国阿里安火箭100多次发射中有过8次失利,其中7次都是由个别器件故障导致的。随着电子系统复杂度的日益提高,器件可靠性问题越来越突出,对我国更是如此。
郝跃多年来一直关注着这个技术难题。从上世纪末开始,团队在他的领导下系统研究了多种半导体器件的退化与失效机理,提出并建立了相应的模型,系统揭示了半导体器件退化与失效的物理本质。该项成果获得了1998年的国家科技进步奖三等奖。
早在2001年,团队首次提出并建立了高可靠性的自对准槽栅半导体器件结构与制造工艺,使器件可靠性提高近2个数量级,被评价为“槽栅器件是一个很有前途的结构,可改善热载流子效应,从而提高器件可靠性”。这项成果成功用于知名集成电路制造商——中芯国际公司高可靠集成电路大生产。该项成果还获得了2008年的国家科技进步奖二等奖。
“微电子不微”,这是郝跃常挂在嘴边的一句话。微电子技术是一个国家核心竞争力的体现,是国家综合国力的标志。他说,作为科研工作者,要承担起自己的使命。
面向未来,郝跃一方面密切关注着学科前沿此起彼伏的热点,一方面反思着团队持续发展中面临的一些自身的问题:数理基础要进一步巩固和加强,创新性思维有待进一步培育,科学的精神、激情与活力需要进一步激发……他似乎总有一种时不我待的紧迫感。
西安电子科技大学南校区一片美丽的草坪上,一座巨石巍然耸立,上书“四海同芯”四个大字雄浑苍劲,似乎诉说着西电微电子人的执著与奋斗,梦想与追求。
戚发轫委员透露,神七下半年在酒泉发射,主要任务与神六不同综合新华社、人民网、新京报、北京晨报消息 全国政协委员、载人航天工程载人飞船系统原总设计师戚发轫3日表示,将于下半年发射的神舟七号目前各项准备工作一切顺利。和“神六”相比,“神七”将完成搭载3名航天员,出舱行走并进行舱外活动的使命。
搭载3名航天员
“神七的主要任务和神六不同,主要有两大特点。”戚发轫介绍,神舟七号将会满负荷工作,有3名航天员,要在3-5天的太空飞行中,正常工作和生活,在保障系统、环境空盒子、生命供应、能源供应等系统有更高的要求。另一方面3名航天员还将肩负特殊使命,进行出舱活动。
航天器对接任务,将由“神七”和“神九”共同来完成。
开关舱门两人合作
戚发轫说,神舟七号将实现中国航天员首次出舱进行太空行走。3个航天员的分工是,一个航天员在舱内值班,其他两个人参与工作。
“我们的工作规定是重大 *** 作不能一个人办,开舱门、关舱门等动作是两个人合作完成,其中一个人出舱。”他说。
“这边的人能到那边去,去了以后还能回来,并且能将试验结果拿回。”他说,“此外还要考验人能在太空生活一段时间,目的是为建立大规模空间站做技术准备。这对航天员和设备的能力是个考验。”
戚发轫说,出舱活动将为载人航天建立更大的空间实验室和空间站打下基础。
下半年在酒泉发射
戚发轫表示,将于下半年选择合适时间和天气在酒泉卫星发射中心发射神舟七号。
从目前的情况来看,在太空出仓行走的各项技术准备已经彻底完成。
戚发轫说,神舟七号的发射关键是要选择一个合适的发射窗口,窗口是两个,理想的情况是发射和返回时是白天。
不会搭载女航天员
戚发轫透露,神舟七号暂时不会有女航天员承载任务。
中国航天员中心副主任、航天英雄杨利伟在接受采访时说,他想成为中国登月第一人。本报讯 据《东方早报》报道,“神七”首选发射时间为25日。中国载人航天火箭系统顾问组组长黄春平11日对有关媒体表示,“神舟七号”载人飞船首选的发射时间是25日晚上9时10分左右。
专家透露,9月和10月均有较适合发射窗口,但因“神七”将执行太空行走任务,9月底升空时的太阳夹角更适合太空人出舱活动,能令飞船在最短时间内见到太阳,保证太空人出舱作业时有阳光。发射载人航天的最佳气象条件主要包括:无降水、地面风速小于每秒8米、水平能见度大于20公里;发射前8小时至发射后1小时,场区30公里至40公里范围内无雷电活动;船箭发射所经过空域3公里至18公里高空最大风速小于每秒70米,此外发射前后9小时不能有雷电。
黄春平表示,小雨和气温一般都不会影响飞船的正常发射,但大风则可能导致飞船推迟发射,因为风速超过火箭的承受能力后,将有可能改变其飞行方向。航天员太空漫步就会在飞船进入轨道运行,环绕地球超过五圈之后进行。“神七”释放伴飞小卫星可提供飞船在轨飞行时的首张三维立体外景照片和太空人出舱活动的即时画面。
酒泉发射基地守卫森严
再过十多天,“神舟七号”载人航天飞船就将在东风航天城发射升空,我国将首次实现宇航员出舱的目标。9月的酒泉,越来越多的游客,让这个边远的小城浸染了一些喧嚣与紧张。航天城距酒泉市还有280公里,从酒泉通往航天城的柏油公路,像一条黑色巨龙蜿蜒在黄沙大漠。
进出:层层关卡难近“基地”
临近航天城,气氛骤然紧张了起来。在大树理检查站门口停留了各色来往车辆,所有司机必须严格登记所有行驶证件和通行证件,行人则需出示身份z,进行身份验证。通过大树理检查站后,还需要经过另外一道关卡,所有非航天城内车辆一律不得进入。外来人员的进入必须要办理航天城公安部门统一发放的通行证明。探亲访友须有城内本地居民到关卡口接应。
通过了层层检查,在被许可进入这个被誉为“沙漠绿洲”的发射基地后,就看到题有“东风航天城”几个烫金大字的白色大门。酒泉卫星发射基地就坐落在航天城里。生活:路不拾遗 夜不闭户
进入航天城大门后车行几分钟,两条岔路口分别代表去往不同的区域。在航天城,生活区和科研区被严格区别开来。一般的外来人员不得进入科研区,只有具备暂住证的外来人口才能自由出入科研区和生活区,而探亲、访友、旅游者在未得允许下无法涉足。十人左右的军人巡逻队密集出现,基地的居民说,这里的人出门很少锁门。自行车、摩托车等交通工具也多为不锁停放。偷、抢事故几乎没有发生过。
昨日,央视“心连心”艺术团的来访,给这里增添了不少喜气。在这里生活了十年的水果摊老板说,即便“神舟一号”发射到现在的“神舟七号”,他们依然感觉激动,对每次发射都能记忆犹新。每次发射的那一刹那,家里的玻璃都会“哗哗”作响,震动特别剧烈,如果那时恰巧在聊天,就只见对方的嘴在动,而听不到声音。在这里见证神舟的成长,他感到无比自豪。
航天员们正在进行封闭训练
本报讯 在央视“心连心”艺术团在东风航天城里举行的表演舞台上,“921工程”的赵副总设计师回答3位北京奥运会冠军提问时表示,再过十多天,“神七”将承载着全国人民的愿望飞向太空。而且“在不长的时间,我们会把中国航天员送上月球,在月球上会留下中国航天员的足迹”。
关于“神七”的最新消息,出现在昨日上午一个别开生面的现场节目里。在央视名嘴王志的主持下,3位奥运冠军各提出了一个问题。首先提问的是为中国夺得北京奥运会首金的广州女孩陈燮霞。
陈燮霞:“什么时候能够见到我们的航天英雄,我想请他签个名、合个照?”
赵副总设计师:“行,但今天不行。航天员就像奥运冠军一样,在航天之前都在进行封闭式的训练。”
第二个提问的是奥运会体 *** 两块金牌的获得者肖钦。
肖钦:“航天员具备哪些素质,你看我什么时候能当航天员?”
赵副总设计师:“你当航天员我们还真不敢用,因为你们是国家的宝贝。我们的航天员是从1400多名空军飞行员当中挑选出来的。他们应该说是无价之宝。目前,杨利伟、费俊龙、聂海胜都在航天员训练中心刻苦地训练,接受祖国和人民的挑选,争取上‘神七’。”
举重世界冠军廖辉最后一个提问。
廖辉:“航天员上太空后会脱机行走,这是什么原因?‘神七’与‘神一’、‘神六’有什么不一样?”
赵副总设计师:“如果要说‘神七’和‘神一’、‘神六’有什么不同的话,简单一句话就是出舱。‘神七’标志性的任务就是突破航天员的出舱技术。为了实现这一目标,我们7大系统有直接参加的研究院所、工场和基地等110多家,有近10万人经过了3年的精心准备。”
“在这里我可以负责任地告诉大家,再过10多天,我们的‘神七’将承载着全国人民的愿望飞向太空。我们的航天员会穿着我们自主研制的舱外服在太空中漫步。中国的载人航天事业正处于‘三步走’的第二步,‘神七’任务即将实施,即将研制空间实验室,构建空间站。”“在不长的时间,我们会把中国航天员送上月球,在月球上会留下中国航天员的足迹。甚至在不远的将来,我们的航天员还会进行星际飞行,进行深空探测。”央视网消息:在我们国家一些城市凭借肉眼看到神七的轨迹,今晚18:16分太原、石家庄、北京、郑州、天津、济南、沈阳、长春、哈尔滨、合肥、南京、西安、呼和浩特、乌鲁木齐都可以用肉眼观测到神七。不过有三个基本条件:一是地面要比较空旷,二是背景光比较暗,三是要求天气晴朗的,如果所处的城市有云雾、下雨的天气就看不见了,石家庄、北京、郑州等等能看到两次,飞船一个半小时绕地球一圈,所在这个城市能看见两次。
比如太原,今晚18:16:22-18:21:35分有五多分钟西北看到东北方向,仰角十度,慢慢的升高到31度再回到10度,用肉眼可以观测到了,用望远镜的话可以看到更清楚,来不及记录这些数据怎么办?我们在整天播出当中,会告诉接下来在哪个城市,在哪样的观察角度可以看到神七。
北京:
北京航天飞控中心轨道测算表明,各地公众可用肉眼直接观测到神七飞船,最佳观测时间是清晨和傍晚。届时,如天气状况良好,飞船将像一颗流星划过天际。 以北京为例,26日18时17分02秒到18时22分36秒为北京第一次观测弧段,在此期间,观测者以面朝正北为O°,顺时针转过282°,逐渐转向58°,再转过正北,到达75°,水平视线也相应地由以地平线为0°,垂直为90°,仰至10°、47°、10°,即可观测到如星星一般的飞船。
上海:
普通市民有机会用肉眼在天空中看到神七,最佳观测时间是清晨和傍晚。
据了解,神七在距离地面300多公里的轨道上飞行,这个高度比较低,而神七体积比较大,当符合光学可见条件时,便有机会用肉眼看到。
南京:
根据计算,明天18:40,神七将飞过南京上空,持续约两分半钟时间,这是南京市民观测神七的最佳时机。
今明两天晚上,江苏连云港、徐州、淮阴三个城市的市民有幸两次能观测到“神七”飞过上空的模样。
今天19:54,在北偏西的方向,这三个城市同时在这个时刻能看到神七,其中神七在徐州上空停留的时间为50秒,仰角16°;连云港36秒,仰角14°;淮阴20秒,仰角12°。
明天18点40分,“神七”再次与这三个城市市民相遇,这一次持续的时间会更长些,徐州4分钟,仰角17°;连云港5分钟,仰角19°;淮安三分半钟,仰角12°。
广州:
据悉,黎明前和黄昏后这两个时间段是最佳观测时间段。广东天文学会将会根据公布的“神七”发射情况、运行路线、角度以及周期严密测算,第一时间向广州市民提供最佳观测时间。
神舟七号载人航天飞行,将以中国人首次漫步太空而载入史册。其主要任务有哪些?在我国载人航天“三步走”战略中占有什么样的地位和作用?“神七”升空前夕,记者在地处戈壁的酒泉卫星发射中心,采访了正在组织“神七”任务准备工作的中国载人航天工程总设计师周建平(以下简称周)。“神七”肩负三大使命
记者:此次“神七”飞行的主要任务是什么?
周:神舟七号飞船是我国载人航天工程“三步走”战略第二步的首次飞行,其最主要的任务就是完成“航天员出舱活动飞行任务”,为未来建立空间站奠定技术基础。“神七”任务肩负着三大使命,即进行我国首次出舱活动,突破出舱活动技术;首次满载3名航天员,完成3人多天飞行任务;完成一系列空间科学和技术试验。
“神七”任务中安排的科学和技术试验,包括“天链一号”中继卫星数据传输中继试验、释放伴飞小卫星等。其中中继卫星数据传输中继试验的目的,就是要建立我国已经在轨运行的“天链一号”中继卫星与飞船、地面间的通信链路。这项试验的成功,将大大提高我国未来中低道轨道航天器的测控覆盖能力。
此外,还将释放伴随飞船轨道舱飞行的小卫星,进行两颗卫星相对运动的轨道测量、预报和控制,为未来交会对接地面导引、控制积累经验,推动小卫星技术发展。出舱活动是最大亮点
记者:“神七”任务的出舱活动备受关注。出舱活动在我国载人航天发展战略中占有什么样的地位和作用?
周:毫无疑问,出舱活动是“神七”任务的最大亮点,神舟七号将进行我国载人航天史上的第一次航天员出舱活动。
我们知道,人在太空中可以发挥自动化机器无法替代的作用。突破了出舱技术,人就可以在飞行器外从事组装、维修工作,从事科学实验和技术试验。所以,出舱活动是载人航天的一项基本技术。再进一步,就是突破飞行器的交会对接技术。掌握了发射入轨、安全返回、出舱活动和交会对接这些技术,我们就可以从事更大规模和可持续的载人航天活动。发射时间为何定在9月下旬
记者:神舟飞船前两次发射都是在10月中旬,这次“神七”任务的发射窗口为什么选在9月下旬?
周:选定发射时间有几个考虑:一是不能冲击奥运会,而10月份国家政治生活中的大事又较多,“神七”与这些大事应当稍稍错开。这是大的方面考虑。
从技术层面来讲,“神七”任务中,航天员出舱活动应尽量在阳照面,这样既有利于确保出舱安全,下传的图像也会更加清晰。另外,“神七”返回着陆的时候,也要尽量在白天。“十一”以后,特别是10月中旬以后发射,返回时天就黑了,发射窗口也很窄,不利于发射和回收。此外,在秋分前后发射,对卫星通信也有不利影响。综合各种因素,特别是任务准备的实际情况,确定发射窗口时间为9月25号到30号,发射窗口前沿是晚上9点10分左右,着陆时间为下午5点40分左右。神舟七号飞船有哪些改进
记者:神舟七号飞船与以往相比,有哪些不同?和国外相比水平怎么样?
周:为了出舱活动的需要,神舟七号飞船把轨道舱改成气闸舱,除此之外,基本与神舟六号是一样的。具体说来,由于神舟七号的轨道舱取消了以往的留轨功能,所以轨道舱相应取消了原有的留轨飞行用电源、测控、推进、控制等设备。同时,增加了舱内气体的泄压、复压功能和出舱活动支持功能,舱门也进行了扩大和更改,使得轨道舱具有气闸舱的功能。航天员将着国产舱外服出舱
记者:“神六”任务结束后,当时的总设计师王永志表示,我国将在两年内发射“神七”。现在已经过去3年了。神舟七号在技术上遇到的最大困难是什么?
周:之所以推迟了1年,原因在于我们下决心研制自己的舱外航天服。舱外航天服是出舱活动的关键装备,技术含量非常高,目前只有美俄两国能够独立研制。我国只用了3年多时间就研制出了我们自己的舱外航天服,这是一个了不起的速度,比国际上通常认为合理的研制周期要短得多。全国人民希望中国航天员穿着中国自己的舱外服在太空行走。我们不仅研制出来了,而且其可靠性很高,可以确保安全稳妥、万无一失。中国人必将在宇宙中飞得更远
记者:“神七”任务之后,中国航天将从哪些方面进一步突破,让中国人在宇宙中飞得更远?
周:完成出舱活动之后,载人航天工程第二步任务的下一个目标将是航天器交会对接,就是使两个航天器在空间实现交会和机械连接,航天员可以在两个航天器之间转移,可以把货物转移到在轨运行的航天器里。这样,我们就具备了运行空间实验室和空间站的基本技术。
届时,我国就可以建立空间实验室和空间站,供人长期在轨飞行。飞船可以把人和货物送上空间站,然后返回地面。这样,我们就可以实现可持续的、较大规模的载人航天活动。
半导体技术工程师是指设计、测试半导体分立器件、集成电路、混合集成电路的专业技术人员。
半导体技术工程师是指设计、测试半导体分立器件、集成电路、混合集成电路的专业技术人员。半导体技术工程师该职业一般需要具有良好的半导体、薄膜、凝聚态、物理学等学历教育背景和较强的专业技能;并且具有一定的光伏技术工程、研发、生产工艺、实验室测量等领域的实践工作经验。
工作内容负责全盘设备(半导体器件制造设备)的维护、制造和流程监督;负责产品生产线上流程设计;负责半导体生产设备的组装、运行、维护,MES系统的过程的设定、控制;负责日常生产的安排,保证生产的正常运转。
规划芯片规格与方案设计;进行IP法算研究与数字模块设计;进行芯片集成设计、综合与仿真验证;测试半导体分立器件、集成电路、混合集成电路的半成品、成品;解决半导体、集成电路生产过程中的技术难题。
半导体工程师是制造业的挤出人才,在各个产业、行业都有广泛的人才需求,因此作为一名合格的半导体工程师,不论是一些简单的芯片制造厂商还是一些高端超大规模集成电路芯片的制造、研发企业,都需要具有很高水平的半导体工程师,所以说半导体工程师拥有良好的就业前景。
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