◇郝躍及其團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了寬禁帶半導(dǎo)體從核心設(shè)備、材料到器件的重大創(chuàng)新

◇微電子技術(shù)已經(jīng)改變并將繼續(xù)深刻改變我們的世界，未來幾十年內(nèi)，微電子技術(shù)將不斷引領(lǐng)高新技術(shù)發(fā)展，不斷改變?nèi)祟惿婧蜕瞽h(huán)境

◇高技術(shù)之爭的核心是人才之爭。這就需要持續(xù)拓展和擴(kuò)大集成電路人才培養(yǎng)版圖，提升集成電路人才培養(yǎng)質(zhì)量，以緩解“缺芯少魂”

郝躍教授（右二）帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)教師在進(jìn)行 GaN 器件可靠性測試 

手機(jī)、電腦、家用電器……這些與生活密切相關(guān)的電子產(chǎn)品都離不開微電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。衛(wèi)星、導(dǎo)彈、雷達(dá)、通信、電子對(duì)抗……這些現(xiàn)代國防依靠的高端電子裝備同樣離不開微電子技術(shù)的進(jìn)步。

微電子技術(shù)是以半導(dǎo)體為材料、以微細(xì)加工為主要手段，實(shí)現(xiàn)電子系統(tǒng)小型化和微型化的技術(shù)，主要表現(xiàn)為半導(dǎo)體器件和集成電路芯片。 

正是這一技術(shù)的高速發(fā)展和推動(dòng)，通訊、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)等技術(shù)才得到高速發(fā)展，大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、智慧城市等才成為現(xiàn)實(shí)，納米科技、量子科技等前沿科技才得以快速推動(dòng)。  

“微電子技術(shù)已經(jīng)改變并將繼續(xù)深刻改變我們的世界。微電子技術(shù)的發(fā)展水平和產(chǎn)業(yè)規(guī)模，已成為衡量一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科技實(shí)力的重要標(biāo)志。”郝躍說。

郝躍是中國科學(xué)院院士、西安電子科技大學(xué)教授，也是我國著名微電子學(xué)專家。他開拓、引領(lǐng)了我國第三代半導(dǎo)體電子器件與材料的發(fā)展，創(chuàng)建了我國第三代半導(dǎo)體氮化鎵外延生長、器件結(jié)構(gòu)以及制造工藝的理論與技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)了我國氮化物半導(dǎo)體從核心設(shè)備、材料到器件的重大創(chuàng)新，為我國在氮化物第三代半導(dǎo)體電子器件步入國際領(lǐng)先行列作出重要貢獻(xiàn)。 

近日，圍繞半導(dǎo)體、集成電路芯片等與微電子技術(shù)相關(guān)的創(chuàng)新發(fā)展問題，《瞭望》新聞周刊記者專訪了郝躍。

微電子不微

《瞭望》：你常說“微電子不微”，怎么理解？

郝躍：“微電子不微”主要表達(dá)的是微電子技術(shù)在國家發(fā)展中的重大作用。

微電子技術(shù)看似以微細(xì)加工為主，卻是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)和信息社會(huì)的基石。

微電子技術(shù)的發(fā)展能使集成電路芯片具有高速度、高密度、高可靠、低功耗、低成本等特點(diǎn)。其中，芯片的低功耗尤為重要，這不僅是節(jié)省能源，還意味著極大改善電子產(chǎn)品應(yīng)用的便捷性，提高電子產(chǎn)品的可靠性。

未來幾十年內(nèi)，微電子技術(shù)將不斷引領(lǐng)高新技術(shù)發(fā)展，不斷改變?nèi)祟惿婧蜕瞽h(huán)境，不斷促進(jìn)人類發(fā)展進(jìn)步。 

《瞭望》：你和團(tuán)隊(duì)在微電子領(lǐng)域取得哪些突破性成果？

郝躍：目前，微電子領(lǐng)域的一切集成電路芯片都是在半導(dǎo)體材料上實(shí)現(xiàn)的。

半導(dǎo)體材料是一類導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的固體材料，主要包括被稱為第一代半導(dǎo)體的硅、鍺，被稱為第二代半導(dǎo)體的砷化鎵、磷化銦，以及被稱為第三代半導(dǎo)體的寬禁帶材料。

禁帶是固體物理學(xué)的一個(gè)基本概念，其寬度決定了半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能是偏向?qū)w還是絕緣體。一般來講，禁帶寬度越寬，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能越偏向絕緣體。反之則偏向?qū)w。

從20世紀(jì)90年代中后期開始，我和團(tuán)隊(duì)就堅(jiān)持研究寬禁帶半導(dǎo)體，經(jīng)過20多年艱辛探索，團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)國際前沿，主攻氮化鎵、碳化硅，以及氧化鎵和金剛石半導(dǎo)體器件與材料研究方向，已實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體從核心設(shè)備、材料到器件的創(chuàng)新，并使我國在這一領(lǐng)域步入國際領(lǐng)先行列。

例如，我們研發(fā)的氮化物半導(dǎo)體材料和核心設(shè)備、先進(jìn)的氮化鎵微波和毫米波高功率、高效率電子器件和紫外光電器件，將氮化鎵微波功率器件的效率提升到國際最高紀(jì)錄的85%，實(shí)驗(yàn)結(jié)果幾乎達(dá)到半導(dǎo)體微波功率器件電能轉(zhuǎn)換的極限，實(shí)現(xiàn)了我國在該領(lǐng)域的重大突破?，F(xiàn)在，氮化鎵核心技術(shù)和產(chǎn)品已在我國4G和5G通信基站、先進(jìn)雷達(dá)系統(tǒng)、電力電子系統(tǒng)、紫外LED等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

如今，我們的寬禁帶半導(dǎo)體國家工程研究中心和寬帶隙半導(dǎo)體技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，已成為國內(nèi)外寬禁帶半導(dǎo)體材料和器件科學(xué)研究、人才培養(yǎng)、學(xué)術(shù)交流、成果轉(zhuǎn)化的重要基地，引領(lǐng)寬禁帶半導(dǎo)體研究自主發(fā)展，服務(wù)產(chǎn)業(yè)工程應(yīng)用。

突圍集成電路產(chǎn)業(yè)

《瞭望》：我國微電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀如何？

郝躍：經(jīng)過多年發(fā)展，我國半導(dǎo)體芯片與集成電路產(chǎn)業(yè)已取得長足進(jìn)步，一躍成為世界最大的集成電路消費(fèi)市場，個(gè)別技術(shù)領(lǐng)域甚至具備了與國際同行并行的趨勢。

但總體而言，我國半導(dǎo)體與集成電路產(chǎn)業(yè)大而不強(qiáng)，與美國、日本和歐洲一些國家相比仍有較大差距。企業(yè)更多將資源聚焦在應(yīng)用技術(shù)層面和產(chǎn)業(yè)化方面，急需加強(qiáng)原始創(chuàng)新。

《瞭望》：如何加強(qiáng)集成電路產(chǎn)業(yè)突圍能力？

郝躍：首先要產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合，加大關(guān)鍵核心技術(shù)的攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化，建立集成電路自身發(fā)展和持續(xù)創(chuàng)新的能力?？傮w而言，我們現(xiàn)在對(duì)產(chǎn)品、技術(shù)強(qiáng)調(diào)多，對(duì)能力強(qiáng)調(diào)少。未來要讓集成電路產(chǎn)業(yè)取得持續(xù)、整體發(fā)展，還得在能力上下功夫，在產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合上下功夫。

其次要提升產(chǎn)業(yè)和企業(yè)的核心競爭能力，加速關(guān)鍵產(chǎn)品突圍，推動(dòng)產(chǎn)品從可用走向能用、好用、耐用、實(shí)用，同時(shí)推動(dòng)產(chǎn)品落實(shí)到能力上，促進(jìn)集成電路產(chǎn)業(yè)真正“長大”。

最后要繼續(xù)落實(shí)擴(kuò)大內(nèi)需政策，對(duì)微電子行業(yè)加大政策扶持，進(jìn)一步加大投入，優(yōu)化投融資環(huán)境，支持優(yōu)勢企業(yè)并購重組，避免低水平競爭、惡性競爭和無序競爭。半導(dǎo)體芯片需要長期不斷創(chuàng)新和發(fā)展，如果企業(yè)沒有利潤很難支撐創(chuàng)新，因此，保證企業(yè)有序、健康發(fā)展是保證集成電路產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

形成“從0到1”的創(chuàng)新文化和氛圍 

《瞭望》：你給團(tuán)隊(duì)起名為“芯系國家”，有什么含義？

郝躍：給團(tuán)隊(duì)起名為“芯系國家”主要有三方面考慮。

一是勉勵(lì)團(tuán)隊(duì)科研方向要自始至終堅(jiān)持兩條原則：一是國家需求，二是國際前沿。其中，國家需求是第一原則。我們的科研工作要在國家需要前提下，確定主攻方向，定好方向后，瞄準(zhǔn)國際前沿去奮斗、去努力。

二是勉勵(lì)團(tuán)隊(duì)始終把推動(dòng)芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展作為主攻目標(biāo)。芯片是信息社會(huì)的糧食，沒有芯片就不可能有信息社會(huì)的各種產(chǎn)品。中國是全球最大的芯片消費(fèi)市場，而中國芯片在世界市場中僅占20%左右，發(fā)展芯片產(chǎn)業(yè)的重要性和緊迫性不言而喻，自主研發(fā)的道路漫長而艱巨。

這么多年，我們一直努力通過科研成果轉(zhuǎn)化推動(dòng)半導(dǎo)體和芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展。我們主導(dǎo)成立的陜西半導(dǎo)體先導(dǎo)技術(shù)中心，致力于半導(dǎo)體前沿關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新，已成為陜西省半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)重要基地和技術(shù)創(chuàng)新的重要策源地。以團(tuán)隊(duì)成員為主導(dǎo)，以寬禁帶半導(dǎo)體國家工程研究中心為基礎(chǔ)，我們還創(chuàng)建了西安電子科技大學(xué)廣州第三代半導(dǎo)體創(chuàng)新中心、西安電子科技大學(xué)蕪湖研究院等實(shí)體，主動(dòng)服務(wù)國家粵港澳大灣區(qū)建設(shè)、長三角一體化發(fā)展戰(zhàn)略，為國家集成電路人才培養(yǎng)添油助力，為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)換代奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

三是營造一種創(chuàng)新氛圍。解決我國芯片集成電路核心技術(shù)問題，推動(dòng)電子信息產(chǎn)業(yè)做大做強(qiáng)需要各類創(chuàng)新土壤和文化氛圍。我從點(diǎn)滴做起，把2019年榮獲陜西省最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)的200萬元獎(jiǎng)金全部捐給學(xué)校設(shè)立芯緣科創(chuàng)基金，希望帶動(dòng)學(xué)校形成“從0到1”的創(chuàng)新文化和氛圍，鼓勵(lì)我們的教師和學(xué)生，逐步形成創(chuàng)新人才與創(chuàng)新成果產(chǎn)出的土壤。

2020年底，我們團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了40余項(xiàng)專利3000萬元的高價(jià)值轉(zhuǎn)化。根據(jù)學(xué)?？萍汲晒D(zhuǎn)化管理辦法規(guī)定，這筆經(jīng)費(fèi)的80%可用于完成人的現(xiàn)金獎(jiǎng)勵(lì)，考慮到寬禁帶半導(dǎo)體國家工程研究中心建設(shè)自籌經(jīng)費(fèi)尚有缺口，大家全部放棄現(xiàn)金獎(jiǎng)勵(lì)，一致同意將獎(jiǎng)金投入寬禁帶半導(dǎo)體國家工程研究中心建設(shè)中，為國家科研育人平臺(tái)出一份力，添一把柴。

《瞭望》：你怎么看當(dāng)前集成電路領(lǐng)域的人才培養(yǎng)情況？

郝躍：全球競爭激烈的芯片歸根到底是高技術(shù)之爭，而高技術(shù)之爭的核心是人才之爭。這就需要持續(xù)拓展和擴(kuò)大集成電路人才培養(yǎng)版圖，提升集成電路人才培養(yǎng)質(zhì)量，以緩解“缺芯少魂”。

我認(rèn)為，當(dāng)前集成電路領(lǐng)域人才培養(yǎng)有兩方面需要加強(qiáng)。一是基礎(chǔ)性課程體系建設(shè)。尤其要保證物理、數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)性、主干性課程學(xué)時(shí)充足、內(nèi)容合理，系統(tǒng)化向?qū)W生講授；二是實(shí)踐性課程。應(yīng)動(dòng)員政府、學(xué)校、企業(yè)等各方力量，大力建設(shè)集成電路育人平臺(tái)。目前正在實(shí)施建設(shè)的國家集成電路產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺(tái)項(xiàng)目，就是這方面利好消息，相信未來會(huì)對(duì)集成電路創(chuàng)新型和應(yīng)用型人才培養(yǎng)起重要作用。

《瞭望》：你怎么看“從0到1”？

郝躍：面對(duì)我國“十四五”時(shí)期及更長時(shí)期發(fā)展的迫切要求，科技工作者要更加注重自主創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)更多“從0到1”的突破。

在科學(xué)上，“0”并不表示什么都沒有，而是還沒有發(fā)現(xiàn)、發(fā)明和創(chuàng)造出來。如何從浩如煙海的基礎(chǔ)研究中提煉出關(guān)鍵科學(xué)問題，是真正指導(dǎo)我們實(shí)現(xiàn)“從0到1”突破的關(guān)鍵。

“從0到1”不僅要有長期厚重的知識(shí)積累，還要有瞬間的靈感；既需要長期穩(wěn)定堅(jiān)持做基礎(chǔ)研究，久久為功，又需要聚焦比較優(yōu)勢領(lǐng)域，突出重點(diǎn)；既需要自由探索，也需要從源頭或底層為長遠(yuǎn)戰(zhàn)略目標(biāo)提供支撐。

從加速突破角度，我認(rèn)為有兩點(diǎn)需要重點(diǎn)著力。一是要加強(qiáng)國家實(shí)驗(yàn)室等重大科技平臺(tái)建設(shè)。發(fā)揮新型舉國體制優(yōu)勢，整合優(yōu)勢資源，通過國家實(shí)驗(yàn)室等重大科學(xué)平臺(tái)，有力有序推進(jìn)創(chuàng)新攻關(guān)的揭榜掛帥體制機(jī)制，集中力量實(shí)現(xiàn)從“從0到1”的突破，著力打好關(guān)鍵核心技術(shù)攻堅(jiān)戰(zhàn)。 

二是要完善國際合作交流機(jī)制。不拒眾流，方為江海。健康的國際合作模式，應(yīng)以可控開源的方式充分利用國際智力資源。所謂可控，就是在若干領(lǐng)域打造非對(duì)稱優(yōu)勢的長板，打造我國參與國際合作和競爭的新優(yōu)勢；所謂開源，就是在此基礎(chǔ)上互通有無、博采眾長，實(shí)施更加積極開放的人才政策，積極參與組織國家重大科學(xué)研究計(jì)劃、國際大科學(xué)計(jì)劃和大科學(xué)工程，統(tǒng)籌推進(jìn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)、國際合作和競爭，為技術(shù)要素跨境自由流動(dòng)創(chuàng)造良好環(huán)境，推動(dòng)我們不斷取得世界首創(chuàng)成果。

（來源：《瞭望》新聞周刊記者許祖華）