2019年1月8日，2018年度國家科學技術獎在京揭曉，北京大學物理學院沈波教授團隊的成果“氮化物半導體大失配異質外延技術”獲得國家技術發明獎二等獎。
“這才是見硬功夫的地方”
氮化物半導體，是一種寬禁帶半導體，它是一種人工（合成）材料，在自然界是沒有的。它的主要製備方法是外延生長在藍寶石、硅等別的襯底材料上，晶格失配和熱失配非常大。
“怎樣克服大失配，得到高質量的氮化物半導體材料，是我們研究的核心問題。”沈波開門見山對他的研究進行了介紹。
解決這個問題要從兩個方面著手，第一個是襯底，一般稱之為襯底工程，雖然都是藍寶石襯底，但是可以通過在襯底表面做各種各樣的新型微納結構，促進高質量氮化物半導體的製備。第二個就是外延生長，要不斷髮展提升氮化物半導體外延質量和光電性質的新方法。
“因為我們團隊在這兩個方面有一些創新，比較好地解決了襯底和氮化鎵失配的問題，製備的材料有部分指標在國際上是領先的。”沈波說，這次獲獎是集體的榮譽。
沈波團隊研究的氮化物半導體，有兩個非常重要的特徵，第一個是寬禁帶，如果做光電器件，寬禁帶就表示發光的波長更短，能量更高，比如藍光和紫外發光二極管（LED）；第二個特徵是它有非常強的極化效應，做出來的電子器件功率密度很大，如果用來做雷達的收發模塊，功率密度大，探測距離就遠。
寬禁帶半導體在軍工和民用領域都有很多應用，是各國高技術競爭的主要領域之一。沈波認為，競爭背後也是機遇，“國產設備市場變好，技術水平也就不斷提升，再過5年，我們的國產設備就能發展起來。”
校企合作核心訴求契合
在這次獲獎項目的完成人當中，除了北大的老師，還有東莞兩家公司的代表，分別是東莞中鎵半導體科技有限公司、東莞中圖半導體科技有限公司。這一次獲獎的技術，也已經投入到兩家公司的生產中。
“這兩個公司跟北大都很有淵源。2009年，在甘子釗、張國義老師組織領導下，北大寬禁帶半導體研究中心的研究成果與東莞企業家的投資相結合，創立了中鎵半導體科技有限公司，把北大氮化物半導體的研究成果在廣東做產業化轉移。2013年，中鎵公司又把發展得很好的藍寶石圖形化襯底業務單獨拿出來，成立了中圖半導體科技有限公司。這兩家公司的技術支撐都來源於北大，一直以來跟我們有非常緊密的合作。”
對於大學和企業之間的合作，最重要的是雙方的核心訴求要契合。對企業來說，最關注的就是大學的研究成果對企業產品研發和生產的幫助。對大學來說，研發是核心使命，通過研發成果的產業化推廣既可彰顯成果的價值，也可獲得更多的研發資源。從實驗室的研究成果到企業有競爭力的產品，需要經過長時間的中試，不僅需要大學的研發能力，還需要企業在人力物力上的大量投入，因此需要大學和企業長時間的緊密合作來共同完成。
美國等發達國家為了搶佔寬禁帶半導體技術的戰略制高點，通過國家級創新中心等形式，把企業、高校、研究機構及相關政府部門等有機地聯合在一起。在這方面，中國也行動起來了。2015年，寬禁帶半導體相關的科研機構、大專院校、龍頭企業發起籌建我國的“第三代半導體產業技術創新戰略聯盟”，其中北大是副理事長單位。
沈波說，這個產業聯盟的作用不可小覷。“這個聯盟，它有三方面的作用，第一是促進行業內企業的協調發展。第二是促進產業界和學術界的合作。通過這個平臺，我們可以瞭解到產業界的需求是什麼，也讓產業界知道我們大學、研究機構都在做哪些事情，哪些技術在生產中可以用上。第三就是協調政府和研究機構、企業的交流，可以把學術界和企業的聲音，反映給政府相關部門，如科技部、工信部等，政府在制定寬禁帶半導體行業的五年規劃時，會參考聯盟成員的意見。”
三十年磨半導體一劍
沈波的人生道路和中國半導體的發展緊密結合在一起，1985年從南京大學物理系半導體物理專業畢業後，在中國科學技術大學攻讀半導體物理專業研究生，再到日本留學，獲得半導體材料專業博士學位後回國任教，一直沒離開過半導體。
對於沈波來說，氮化物寬禁帶半導體的研究，“一方面在科學上有足夠的空間進行探索，有大量的物理問題需要通過研究去解答。另一方面，半導體作為一個事關國計民生的核心技術對國家是非常重要的，它在民用技術和軍用國防上都有很高的應用價值”。
1995年，沈波在日本東北大學材料科學研究所獲得博士學位。談及當初為什麼選擇回國，沈波說，這是一個順理成章的選擇。“當年我本是南京大學公派出國的訪問學者，等我博士畢業，就沒有任何理由再待在國外。如今24年過去了，事實證明回國是對的。雖然剛回國那幾年科研條件比較艱苦，但是國家對歸國青年人才非常重視，讓你挑大樑，很鍛鍊人。最近10多年來，科研人員的待遇、科研條件都得到了大幅度改善，我對自己的生活條件和工作條件都非常滿意。”
中國的寬禁帶半導體研究起步較晚，前期可投入的資源較少，而半導體研究儀器設備動輒上百萬美元，“上世紀90年代我剛回國的時候，我們的實驗條件跟國外比起來差距確實很大。可是最近10年，中國在科研經費上的投入大幅增加，我的日本朋友經常會來北大訪問，他們就覺得我們現在實驗室的儀器設備條件，跟日本的大學已經沒太大差別，加上中國對人才的高度重視，我們確實縮小了和美國、日本等發達國家的差距。在少數技術點上，我們已經處在國際前列”。2018年我國整個半導體照明的產業規模約7500億元，是世界上規模最大的半導體照明產業，也是我們國家最近10多年來高新技術發展的典型案例之一。
這次獲獎，用沈波自己的話來講，就是“一劍磨十年”，是厚積薄發的過程。從2004年到北大，他一直在做氮化物半導體研究，至今已經過了15年，這個獎也被他視作這15年工作總結的一部分。“我這輩子從上大學開始就學半導體，1995年起做氮化鎵，看來一輩子就做半導體這件事情了。但真的沉浸到裡面，你會發現其中的事情是做不完的，永遠有好多事情等著你去做。”沈波說。
《中國教育報》2019年04月22日第7版
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