編者按：教育是強(qiáng)國(guó)建設(shè)、民族復(fù)興的基石。近日，以全國(guó)教育大會(huì)會(huì)議精神為指引，山東大學(xué)在中國(guó)網(wǎng)儒學(xué)頻道特別推出“圖強(qiáng)報(bào)國(guó)山大人”系列報(bào)道，聚焦在教學(xué)科研一線敢闖敢創(chuàng)、矢志創(chuàng)新的青年人才，講述近年來(lái)學(xué)校以教育強(qiáng)國(guó)建設(shè)支撐引領(lǐng)中國(guó)式現(xiàn)代化的生動(dòng)實(shí)踐，展現(xiàn)山大青年學(xué)者弘揚(yáng)教育家精神，擔(dān)當(dāng)時(shí)代使命，為強(qiáng)國(guó)建設(shè)貢獻(xiàn)青春力量的不懈追求與卓越貢獻(xiàn)。
提到“半導(dǎo)體材料”這個(gè)名詞，大家最先想到的一定是“硅”。硅因其自然界儲(chǔ)量大、制備相對(duì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是目前制造半導(dǎo)體芯片及器件最主要的原材料。然而受材料本身特性的限制，硅基功率器件已漸漸難以滿足新能源汽車、5G通信、軌道交通等新興應(yīng)用對(duì)器件高功率及高頻性能的需求。同時(shí)，以碳化硅、氮化鎵為代表的第三代半導(dǎo)體，在消費(fèi)電子、能源電力等領(lǐng)域的應(yīng)用比例逐漸提高，展現(xiàn)出了不同于硅基材料的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，這些新材料正在重塑全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)新格局。
山東大學(xué)新一代半導(dǎo)體材料集成攻關(guān)大平臺(tái)的徐明升教授，和他所在的新一代半導(dǎo)體器件攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，著眼于碳化硅功率器件的關(guān)鍵技術(shù)，解決了碳化硅外延材料、芯片受制于人的關(guān)鍵“卡脖子”難題。
“失敗太正常了，成功才是反常”
新一代半導(dǎo)體材料是指以碳化硅、氮化鎵為代表的寬禁帶半導(dǎo)體材料。那么，何為“寬禁帶”呢？徐明升介紹道：“禁帶寬度是判斷一種半導(dǎo)體材料擊穿電壓高低的重要指標(biāo)，禁帶寬度數(shù)值越大，那么用這種材料制成器件耐高壓的能力就越強(qiáng)。”不同于傳統(tǒng)的硅基材料，以碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體材料具有更寬的禁帶寬度、更高的導(dǎo)熱率、更高的抗輻射能力、更大的電子飽和漂移速率等顯著優(yōu)勢(shì)。因此，采用這些材料制備的半導(dǎo)體器件不僅能在更高的溫度下穩(wěn)定運(yùn)行，適用于高電壓、高頻率場(chǎng)景，還能以較少的電能消耗獲得更高的運(yùn)行能力，而被廣泛應(yīng)用于新一代信息產(chǎn)業(yè)中。
然而，盡管寬禁帶半導(dǎo)體材料有著如此優(yōu)越的物理性能，但和硅相比還有很多基礎(chǔ)的問題沒有解決。“如果說(shuō)硅的缺陷密度是1，那么碳化硅就是1000，氮化鎵則是100萬(wàn)，它們是呈1000倍的遞增關(guān)系。就好比拼積木，用硅可以做得整齊又穩(wěn)固，但寬禁帶半導(dǎo)體就可能出現(xiàn)左歪一下、右扭一下的情況。”徐明升用形象的例子，深入淺出地闡明了國(guó)內(nèi)寬禁帶半導(dǎo)體在材料技術(shù)和器件可靠性上仍需提升的現(xiàn)狀。
2019年10月，山東大學(xué)新一代半導(dǎo)體材料集成攻關(guān)大平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生。立足于學(xué)校在半導(dǎo)體材料研究領(lǐng)域的深厚基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)，面向國(guó)家戰(zhàn)略及核心產(chǎn)業(yè)的重大需求，近年來(lái)，大平臺(tái)積極承擔(dān)戰(zhàn)略科技任務(wù)，強(qiáng)化有組織科研，推動(dòng)我國(guó)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。作為大平臺(tái)新一代半導(dǎo)體器件攻關(guān)組的一員，徐明升帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)聚焦碳化硅功率器件制備關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計(jì)并制造出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高溫柵氧爐，制備出1200V耐壓、30A工作電流的碳化硅功率芯片，實(shí)現(xiàn)碳化硅襯底—外延—器件閉環(huán)研發(fā)，解決了碳化硅外延材料、芯片受制于人的關(guān)鍵“卡脖子”難題。
這份重大技術(shù)的突破來(lái)之不易，離不開全體團(tuán)隊(duì)成員數(shù)年來(lái)的辛苦耕耘和研究積累。談及日常的科研工作，徐明升直言：“失敗太正常了，成功才是反常的情況，有的時(shí)候我們做了十幾、二十輪實(shí)驗(yàn)也達(dá)不到預(yù)定效果。”面對(duì)接連的失敗，焦慮、惶恐乃至崩潰都是在所難免，但徐明升認(rèn)為，實(shí)驗(yàn)雖然失敗了，卻不一定是沒有結(jié)果的。“每一次的結(jié)果的迭代都能讓我們獲得對(duì)研究對(duì)象更深入的理解和認(rèn)知，然后根據(jù)這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果不斷調(diào)整方案，增加細(xì)節(jié)，最終達(dá)到預(yù)期的目的。”當(dāng)發(fā)光二極管終于被成功點(diǎn)亮、當(dāng)晶體管終于出現(xiàn)正常的輸出曲線，那便是團(tuán)隊(duì)成員們最興奮的時(shí)刻。“往后的進(jìn)一步攻關(guān)可能會(huì)更難、更具挑戰(zhàn)，但再也不會(huì)像第一次成功時(shí)這么激動(dòng)了。”回憶起在實(shí)驗(yàn)室里最有成就感的瞬間，徐明升這樣笑著說(shuō)。
這份小小的亮光，最開始時(shí)或許只是星星之火，隨著一次又一次堅(jiān)持不懈的努力和嘗試，它慢慢燃得火熱、亮得壯大，指引著研究者們心懷直面困難的勇氣和從頭再來(lái)的決心，一路迎難而上、一往無(wú)前。
“和學(xué)生共同進(jìn)步、共同成長(zhǎng)，也共同面對(duì)”
集成攻關(guān)大平臺(tái)主任徐現(xiàn)剛教授是徐明升的授業(yè)恩師，在徐現(xiàn)剛教授的艱苦攻關(guān)精神的熏陶下，徐明升潛心科研，堅(jiān)守立德樹人初心使命。任職以來(lái)，他積極投身“三全育人”，注重教學(xué)方法的優(yōu)化創(chuàng)新，堅(jiān)持把思政工作貫穿教育教學(xué)全過(guò)程，曾獲得山東省高校教師教學(xué)比賽優(yōu)秀獎(jiǎng)、山東大學(xué)“課程思政”教學(xué)設(shè)計(jì)二等獎(jiǎng)、山東大學(xué)青年教學(xué)能手等榮譽(yù)，培養(yǎng)的學(xué)生在科研成果和各項(xiàng)專業(yè)類競(jìng)賽中屢創(chuàng)佳績(jī)。
對(duì)于師生關(guān)系，徐明升表示：“我個(gè)人性格比較隨和，和學(xué)生更多的是朋友關(guān)系。在研究出現(xiàn)瓶頸時(shí)，我更愿意和學(xué)生們多交流，有時(shí)候他們一些天馬行空的想法反而會(huì)帶給我許多啟發(fā)。”在他看來(lái)，作為一名老師，最重要的工作就是指導(dǎo)學(xué)生。徐明升非常鼓勵(lì)學(xué)生積極向老師提出自己的意見和問題，并立足于團(tuán)隊(duì)自身情況總結(jié)出了一套獨(dú)特高效的溝通模式。“比起開組會(huì)匯報(bào)，我和學(xué)生們更多是在實(shí)驗(yàn)室里交流，談到某些具體的數(shù)據(jù)，就直接去手邊的設(shè)備上一看便知，很快就能得到反饋。”
這種在長(zhǎng)期實(shí)踐中總結(jié)出的“一對(duì)一”談話模式不僅足夠細(xì)致深入，還極大地降低了溝通成本，提高了溝通效率，讓老師真正了解學(xué)生的想法，也讓學(xué)生減輕對(duì)提問和交流的恐懼感。“有時(shí)學(xué)生會(huì)請(qǐng)教一些我也不是很懂的問題，這就會(huì)推著我去學(xué)習(xí)，而且是深入地學(xué)習(xí)，才能給學(xué)生講清楚、講明白。”徐明升表示現(xiàn)階段忙于科研和工作，自己已經(jīng)很難再單純地拿起一本專業(yè)書仔細(xì)研讀了，和學(xué)生交流的過(guò)程反而是一個(gè)精研深思、提升進(jìn)步的難得機(jī)會(huì)。
當(dāng)然，作為一名導(dǎo)師，不僅要和學(xué)生在學(xué)習(xí)上共同進(jìn)步、共同成長(zhǎng)，還要在遇到困難時(shí)共同面對(duì)。當(dāng)下，做不出成果、畢業(yè)難、就業(yè)難是眾多博士生繞不開的困境。“我當(dāng)年就是這樣，畢業(yè)、找工作、成家等等，幾乎所有人生中的關(guān)鍵難題都在同一個(gè)時(shí)間段里重疊在一起，那個(gè)時(shí)候真的特別黑暗。”正因有過(guò)同樣的經(jīng)歷，徐明升才格外理解學(xué)生們的痛點(diǎn)，愿意與他們共同面對(duì)這些壓力。或許人生中很少能有這樣一段時(shí)間，身邊有一個(gè)完全與你感同身受并且能切實(shí)幫到自己的人，“所以我常跟我的學(xué)生說(shuō)，不管多忙，只要你來(lái)我的辦公室，我都非常歡迎。”徐明升懇切的話語(yǔ)里無(wú)不流露著對(duì)學(xué)生的無(wú)盡關(guān)愛與拳拳之心。站在人生重要的岔路口，有徐教授這樣如同戰(zhàn)友一般的良師，是學(xué)生們能夠披荊斬棘、堅(jiān)定向前的底氣。
“明升老師亦師亦友，平日里常與我們打成一片，但也從未放松過(guò)對(duì)我們的嚴(yán)格要求。”凝聚態(tài)物理專業(yè)的博士生葛磊說(shuō)，“老師常常囑咐我們，做學(xué)術(shù)研究要堅(jiān)定理想、不忘初心，更要腳踏實(shí)地、勤于實(shí)踐。胸懷山大學(xué)子的浩然之氣，志存高遠(yuǎn)，勇?lián)厝巍！?/p>
“功成不必在我，功成必定有我”
在全球科技競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的背景下，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)儼然成為了各國(guó)爭(zhēng)奪的焦點(diǎn)。那么，半導(dǎo)體為何如此重要呢？徐明升指出：“從小的方面來(lái)說(shuō)，半導(dǎo)體個(gè)子小、作用大、影響廣，通信、計(jì)算、醫(yī)療、交通、清潔能源等，我們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷娑茧x不開半導(dǎo)體；從大的方面來(lái)說(shuō)，進(jìn)入數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，半導(dǎo)體成為構(gòu)建數(shù)字世界的核心部件，軍事國(guó)防、航空航天、智能制造等核心競(jìng)爭(zhēng)領(lǐng)域背后都需要依靠半導(dǎo)體生成血液，供給動(dòng)力。”因此，就像蒸汽機(jī)時(shí)代的煤，內(nèi)燃機(jī)時(shí)代的油，電器時(shí)代的電一樣，半導(dǎo)體是信息時(shí)代的核心燃料，它是基礎(chǔ)資源，更是國(guó)之利器。
作為行業(yè)的一員，徐明升深知整個(gè)國(guó)家和社會(huì)對(duì)半導(dǎo)體尖端人才的強(qiáng)烈呼喚，因此，他義無(wú)反顧地選擇了這條與科研攻關(guān)為伍的治學(xué)之路。“以前的我是‘想干什么就干什么’、‘能干什么就干什么’，而現(xiàn)在的我是‘國(guó)家需要我干什么我就干什么’。”談及自己治學(xué)研究的初心，徐明升表示，最初只是對(duì)信息產(chǎn)業(yè)和半導(dǎo)體產(chǎn)生了興趣，但隨著研究的深入，他越來(lái)越意識(shí)到，半導(dǎo)體不止是“研究的”“技術(shù)的”，更是“應(yīng)用的”“產(chǎn)業(yè)的”。“比如我們最開始做器件的時(shí)候，經(jīng)常關(guān)心的是材料結(jié)晶質(zhì)量或者缺陷密度，但是到后面往器件應(yīng)用的角度考慮時(shí)，才發(fā)現(xiàn)是否漏電其實(shí)是更關(guān)鍵的。”徐明升用淺顯易懂的例子闡明了具體的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)學(xué)術(shù)研究的重要性。科研要對(duì)接國(guó)家戰(zhàn)略，真正地服務(wù)社會(huì)、普惠民生，只有將基礎(chǔ)理論研究和應(yīng)用開發(fā)相結(jié)合，使理論成果盡快形成技術(shù)應(yīng)用，轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力，才是學(xué)術(shù)研究的終極意義。
站在新的時(shí)代起點(diǎn)上，中國(guó)對(duì)全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈安全和穩(wěn)定發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，但同時(shí)，國(guó)內(nèi)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)也面臨著技術(shù)水平和國(guó)際政治的雙重挑戰(zhàn)。如何有效掌握芯片產(chǎn)業(yè)主動(dòng)權(quán)，實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新和跨越式發(fā)展，成為擺在我們面前的緊迫課題。為此，國(guó)家政府出臺(tái)了《國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》、《“十四五”原材料工業(yè)發(fā)展規(guī)劃》等一系列政策和措施，支持半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；學(xué)校在教育部的指導(dǎo)下成立了新一代半導(dǎo)體材料集成攻關(guān)大平臺(tái)，以有組織的科研切實(shí)推進(jìn)半導(dǎo)體研究課題的落地生根；在這協(xié)同發(fā)展的滔滔浪潮中，作為青年學(xué)者的徐明升，也迎來(lái)了自己研究生涯中的多元機(jī)遇和嶄新挑戰(zhàn)。“來(lái)到大平臺(tái)以后，我不再像以前那樣‘單打獨(dú)斗’了，這里像是一個(gè)‘大家庭’，每位成員都各司其職，”徐明升誠(chéng)摯的話語(yǔ)道出了對(duì)大平臺(tái)深深的歸屬感，“在這里我們有明細(xì)的科研規(guī)劃、清晰的職能分工，我只需要做好自己負(fù)責(zé)的一件小事，像螺絲釘一樣牢牢地‘釘’在自己的崗位上。功成不必在我，但功成必定有我。”
有了正確科學(xué)的方針指引、配備精良的科研裝備、齊心協(xié)力的工作團(tuán)隊(duì)，何愁打不贏這場(chǎng)勝仗？談到未來(lái)的團(tuán)隊(duì)工作規(guī)劃，徐明升信心滿滿，“揚(yáng)長(zhǎng)補(bǔ)短，鍛強(qiáng)補(bǔ)弱。學(xué)校第十五次黨代會(huì)已然為山大的未來(lái)發(fā)展舉旗定向、布局謀篇。作為教學(xué)科研工作者，未來(lái)我們將深入學(xué)習(xí)把握黨代會(huì)精髓，以強(qiáng)烈的政治責(zé)任感和使命感深學(xué)細(xì)悟，立足實(shí)際，繼續(xù)深耕以碳化硅為代表的寬禁帶半導(dǎo)體方向，貫通材料－器件－模組－應(yīng)用全鏈條研發(fā)，披荊斬棘，埋頭苦干，奮力抒寫大平臺(tái)高質(zhì)量發(fā)展的新篇章，為芯片強(qiáng)國(guó)的宏偉目標(biāo)貢獻(xiàn)山大力量。”（米姜雯、王一晗）
