功率半导体器件|研发超强半导体他们十年磨一剑( 二 )

“我们去开学术交流会议时，听到日本专家分享氧化镓的功率电子器件的原型。我认为我们同样有能力完成此事，还能走出不同的技术路径，于是我们回国之后立马着手研究，并以蓝宝石作为衬底进行异质外延尝试。 ”王钢说，在起初的两年时间里，他们都无法在蓝宝石衬底上长出薄膜材料。这种气闷难受的感觉一直让王钢难以忘怀，他也有过疑虑：这个研究方向是否真的能走向成功？
焦虑迷茫中，王钢团队未曾放弃。依靠长期在氮化物半导体元器件的研究经验，他们在一台用于生产第二代半导体材料的旧式MOCVD设备上进行改造，并且对半导体设备反应腔室进行独特设计。十年来，团队不断调整着工艺、参数和设计方案，在近万次的失败中总结经验。最终他们实现氧化镓单晶薄膜材料外延生长MOCVD设备的自主研制，并且他们采用自主研制的MOCVD设备在蓝宝石、碳化硅及硅等大尺寸异质衬底上生长了结晶质量高，晶向一致性好的4-8英寸的ε相氧化镓单晶薄膜。
多学科融合让“黑盒子”可视化
王钢身上激荡着理想主义的情怀。他告诉采访人员，他这一辈子的目标是研发出更出色的国产设备，进而长出更加优质的半导体材料。
在这项成果登上科创中国“先导技术榜”之前，网络上基本搜寻不到这项技术的任何信息。 “做半导体的人应该用90%的精力去做落地的事情，我们也算是默默在做这件事情。 ”王钢告诉采访人员。
在十余年来对氧化镓材料技术的钻研中，王钢说自己又是幸运的， “针对一些非常前沿的技术，在国家尚未推出重点研发计划之前，需要不断有人去熬。我非常幸运，可以得到中山大学和光电材料与技术国家重点实验室探索性课题的一些资金的支持，同时仰仗产学研合作伙伴在MOCVD设备制造过程中硬件的投入，探索一些没有完全把握的事情。 ”王钢说。
即便自主研发的MOCVD设备已是进展喜人，但是王钢团队还在努力让氧化镓MOCVD设备拥有更优质的性能从而走向大规模应用。
一直以来，反应腔室如同黑盒子，工程师无法实时知晓里面发生的化学变化。 “我们之前把自己称为手艺人，主要凭着经验，等材料长出来后发现缺陷，我们再回头查看哪些环节出现了问题。 ”王钢说。
这十多年来，王钢也充分发挥光电材料与技术国家重点实验室多学科融合的优势，用数字建模、数字孪生等技术实现对反应腔的可视化。采访人员看到，在王钢团队自主研制的MOCVD设备旁边，一台计算机正在呈现模拟反应腔内部反应过程的三维图像，每个粒子的流动轨迹都能清晰可见。
“这是一个多物理量的模拟，其中不仅能展现气体的流动，还能反映温度场、压力场的情况。 ”王钢告诉采访人员。
【功率半导体器件|研发超强半导体他们十年磨一剑】“我们有些应用已经超越国际同行。他们没想到的应用，我们也开发出来了。 ”王钢对采访人员说道，关键核心技术一定慢慢熬出来，此次团队去申报“科创中国”先导技术榜，并非在意外界评价。他们希望借此寻得机会将装备落地，为中国第四代半导体材料产业贡献力量。

功率半导体器件|研发超强半导体 他们十年磨一剑( 二 )

功率半导体器件|研发超强半导体他们十年磨一剑( 二 )