銻化物半導(dǎo)體開(kāi)拓先鋒
——記中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所研究員牛智川

李 莉 王 輝

牛智川參加銻化物半導(dǎo)體技術(shù)成果合作發(fā)展座談會(huì)

半導(dǎo)體，與計(jì)算機(jī)、原子能、激光科技并稱(chēng)為當(dāng)代科技文明標(biāo)志性四大領(lǐng)域。半導(dǎo)體科技經(jīng)過(guò)約70年的發(fā)展，科學(xué)理論不斷完善，材料器件應(yīng)用日益廣泛，已經(jīng)成為世界各大國(guó)強(qiáng)盛的戰(zhàn)略根基。我國(guó)科技界將半導(dǎo)體材料體系的拓展稱(chēng)為三代半導(dǎo)體，也就是硅或鍺基、砷化鎵或磷化銦基、氮化鎵或碳化硅基材料三大體系。基于這三代（類(lèi)）半導(dǎo)體形成的大規(guī)模集成電路與計(jì)算機(jī)技術(shù)、高速光纖通信與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、高功率電力電子與能源技術(shù)等諸多重大戰(zhàn)略應(yīng)用價(jià)值方向，不斷推動(dòng)現(xiàn)代信息技術(shù)、能源技術(shù)以及人工智能技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展。

囿于時(shí)代背景和工業(yè)基礎(chǔ)，我國(guó)的第一代、第二代半導(dǎo)體科技水平長(zhǎng)期落后于人。進(jìn)入21世紀(jì)后，半導(dǎo)體科技發(fā)展規(guī)劃全面步入國(guó)家戰(zhàn)略層面。2020年9月4日，一則“我國(guó)將把大力發(fā)展第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)寫(xiě)入‘十四五’規(guī)劃”的消息，更是引發(fā)市場(chǎng)對(duì)功率半導(dǎo)體的矚目，以氮化鎵、碳化硅為首的第三代半導(dǎo)體材料一時(shí)間風(fēng)光無(wú)限。當(dāng)前，伴隨量子信息、可再生能源、人工智能等高新技術(shù)的迅速涌現(xiàn)和發(fā)展，持續(xù)催生和驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體新體系微電子、光電子、磁電子、熱電子等多功能器件技術(shù)的涌現(xiàn)。特別是信息技術(shù)向智能化、量子化邁進(jìn)的重要時(shí)期，基于經(jīng)典的前三代半導(dǎo)體深入挖掘其潛力的同時(shí)，也需要開(kāi)拓新體系、新結(jié)構(gòu)、新功能半導(dǎo)體材料，以滿(mǎn)足不斷增長(zhǎng)的高性能、低成本芯片的需求。在牛智川看來(lái)，以G a2O3超寬帶隙半導(dǎo)體、銻化物窄帶隙半導(dǎo)體、二維原子晶體低維半導(dǎo)體等為核心體系的多種新材料技術(shù)中，新型銻化物半導(dǎo)體材料在開(kāi)拓量子拓?fù)湫滦?yīng)、推動(dòng)紅外器件制備技術(shù)變革兩方面占有戰(zhàn)略先機(jī)地位，是近20年來(lái)，國(guó)內(nèi)外半導(dǎo)體材料研究領(lǐng)域呈現(xiàn)出絕無(wú)僅有的兼具基礎(chǔ)研究科學(xué)意義和確定性重大應(yīng)用前景的新材料體系，作為在相關(guān)研究方向走在全球前列的團(tuán)體之一，中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所牛智川研究員團(tuán)隊(duì)領(lǐng)銜了我國(guó)銻化物半導(dǎo)體的開(kāi)拓與發(fā)展。

走近銻化物半導(dǎo)體

什么是銻化物半導(dǎo)體？在回答這個(gè)問(wèn)題之前，先來(lái)認(rèn)識(shí)一下半導(dǎo)體。顧名思義，半導(dǎo)體就是指在常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料。相比導(dǎo)體和絕緣體，半導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)是最晚的，但也可以追溯到19世紀(jì)上半葉。

1833年，英國(guó)科學(xué)家、“電子學(xué)之父”法拉第最先發(fā)現(xiàn)硫化銀的電阻隨著溫度的變化情況不同于一般金屬，即隨著溫度升高，電阻率指數(shù)會(huì)減小，這是半導(dǎo)體現(xiàn)象的首次發(fā)現(xiàn)，也是半導(dǎo)體被發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)特性。6年后，年僅19歲的法國(guó)物理學(xué)家亞歷山大·貝克勒爾發(fā)現(xiàn)，半導(dǎo)體和電解質(zhì)接觸形成的結(jié)在光照下會(huì)產(chǎn)生電壓，也就是后來(lái)人們熟知的光生伏特效應(yīng)，這是半導(dǎo)體被發(fā)現(xiàn)的第二個(gè)特性。1873年，英國(guó)的史密斯發(fā)現(xiàn)硒晶體材料在光照下電導(dǎo)增加的光電導(dǎo)效應(yīng)，這是半導(dǎo)體被發(fā)現(xiàn)的第三種特性。次年，德國(guó)航天工程師布勞恩觀察到某些硫化物的電導(dǎo)與所加電場(chǎng)的方向有關(guān)，即它的導(dǎo)電有方向性，在它兩端加一個(gè)正向電壓，它是導(dǎo)通的；如果把電壓極性反過(guò)來(lái)，它就不導(dǎo)電，這就是半導(dǎo)體的整流效應(yīng)，也是半導(dǎo)體被發(fā)現(xiàn)的第四種特性。

雖然半導(dǎo)體的這4個(gè)特性在1880年以前就先后被發(fā)現(xiàn)了，但“半導(dǎo)體”這個(gè)名字直到1911年才被考尼白格和維斯首次使用，而總結(jié)出半導(dǎo)體的這4個(gè)特性的工作一直到1947年12月才由貝爾實(shí)驗(yàn)室完成。也是在這一年，因?yàn)殒N材料晶體管的誕生，讓半導(dǎo)體材料真正走上了歷史舞臺(tái)。盡管這時(shí)距離半導(dǎo)體的第一個(gè)特性被發(fā)現(xiàn)已經(jīng)過(guò)去了100多年，但在其后幾十年間，半導(dǎo)體幾乎引領(lǐng)了整個(gè)信息化、數(shù)字化時(shí)代的發(fā)展。

“半導(dǎo)體已經(jīng)從‘20世紀(jì)四大發(fā)明’之一發(fā)展成一個(gè)全人類(lèi)的戰(zhàn)略性支柱領(lǐng)域。我們現(xiàn)在所有的信息化、數(shù)字化、智能化設(shè)備都離不開(kāi)半導(dǎo)體。”牛智川說(shuō)道。

利用半導(dǎo)體制造的晶體管是芯片的最小單位，也是電子信息設(shè)備的基礎(chǔ)元件。在牛智川看來(lái)，半導(dǎo)體科學(xué)成為信息時(shí)代的戰(zhàn)略性科技領(lǐng)域，首先得益于20世紀(jì)初量子理論在固態(tài)體系中的衍生發(fā)展與深入完善，同時(shí)又依賴(lài)于半導(dǎo)體制造技術(shù)的創(chuàng)新迭代與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。

縱觀半導(dǎo)體100多年發(fā)展歷程會(huì)發(fā)現(xiàn)，半導(dǎo)體技術(shù)一共歷經(jīng)了3代更迭，而這里的代際主要是根據(jù)半導(dǎo)體制造材料來(lái)劃分的。

第一代半導(dǎo)體的材料是Ⅳ族硅（Si）/鍺（Ge）體系。在20世紀(jì)90年代之前，以硅材料為主的半導(dǎo)體占絕對(duì)的統(tǒng)治地位。直到目前，半導(dǎo)體器件和集成電路仍然主要是用硅晶體材料制造的，硅器件占了全球銷(xiāo)售的所有半導(dǎo)體產(chǎn)品的95%以上。

第二代半導(dǎo)體的材料是Ⅲ-Ⅴ族砷化鎵（GaAs）/磷化銦（InP）體系。隨著以光通信為基礎(chǔ)的信息高速公路的崛起和社會(huì)信息化的發(fā)展，以砷化鎵、磷化銦為代表的第二代半導(dǎo)體材料嶄露頭角，由它制造的半導(dǎo)體激光器更是成為光通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件，同時(shí)砷化鎵高速器件也開(kāi)拓了光纖及移動(dòng)通信的新產(chǎn)業(yè)。

第三代半導(dǎo)體材料即為Ⅲ-Ⅴ族的氮化鎵（GaN）/碳化硅（SiC）體系，這也是當(dāng)前全球戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)、我國(guó)重點(diǎn)扶持的行業(yè)。相比前兩代半導(dǎo)體，第三代半導(dǎo)體材料具有更大的禁帶寬度，可以滿(mǎn)足現(xiàn)代電子科技對(duì)高溫、高壓、高功率、高頻及高輻射等惡劣環(huán)境的要求，在航空、航天、光伏、汽車(chē)制造、通信、智能電網(wǎng)等前沿行業(yè)中擁有大規(guī)模應(yīng)用前景，但仍然面臨著單晶生長(zhǎng)時(shí)間長(zhǎng)、技術(shù)門(mén)檻高、成本高、良率低等諸多問(wèn)題。

“雖然前三代經(jīng)典半導(dǎo)體技術(shù)持續(xù)發(fā)展，但已經(jīng)呈現(xiàn)出難以滿(mǎn)足新需求的嚴(yán)重問(wèn)題，特別是難以同時(shí)滿(mǎn)足高性能、低成本的苛刻要求。”在牛智川看來(lái)，隨著量子信息、綠色能源、人工智能等高新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，開(kāi)拓更新一代半導(dǎo)體技術(shù)是大勢(shì)所趨。“在光電子、量子、物聯(lián)、智能等技術(shù)需求的強(qiáng)烈驅(qū)動(dòng)下，半導(dǎo)體技術(shù)將從硅基半導(dǎo)體主導(dǎo)的微電子時(shí)代邁向微電子與光電子半導(dǎo)體技術(shù)并重新時(shí)代。”而在這種情況下，以Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體為核心的光電子材料新一代技術(shù)的研究更加重要。

牛智川介紹，目前的新型半導(dǎo)體技術(shù)最具發(fā)展?jié)摿Φ捏w系主要包括：窄帶隙的銻化鎵/銦化砷化合物半導(dǎo)體、超寬帶隙的鋁氮化合物和氧化鎵材料以及各類(lèi)低維材料如碳基納米材料、二維原子晶體材料等。其中，銻化物半導(dǎo)體在凝聚態(tài)基礎(chǔ)物理方面的研究?jī)?nèi)涵十分豐富且深刻，在光電器件技術(shù)領(lǐng)域尤其是寬譜域覆蓋的紅外光電芯片方向具有打破傳統(tǒng)紅外材料的諸多瓶頸，實(shí)現(xiàn)全面替代的重大應(yīng)用前景，當(dāng)之無(wú)愧占據(jù)了第四代半導(dǎo)體的核心地位。

“銻化物半導(dǎo)體在開(kāi)發(fā)下一代的紅外光電器件方向，具有小體積、輕重量、低功耗、低成本器件及能滿(mǎn)足要求極為苛刻的應(yīng)用等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。”牛智川介紹，銻化物半導(dǎo)體材料主要優(yōu)勢(shì)有3點(diǎn)：一是相應(yīng)的帶隙能量覆蓋了近紅外到數(shù)十微米長(zhǎng)波的整個(gè)紅外區(qū)域；二是其為當(dāng)前唯一可以在所有紅外波段實(shí)現(xiàn)高性能多波段探測(cè)和發(fā)光光電器件的半導(dǎo)體材料；三是其與現(xiàn)有商用半導(dǎo)體光電器件工藝技術(shù)具有高度兼容性，應(yīng)用性強(qiáng)。

正是因此，從21世紀(jì)初開(kāi)始，銻化物半導(dǎo)體就得到了廣泛重視，并從2009年起國(guó)外就將銻化物半導(dǎo)體相關(guān)的材料和器件列為出口封鎖和壟斷技術(shù)。作為當(dāng)今世界的戰(zhàn)略性支柱產(chǎn)業(yè)，半導(dǎo)體的發(fā)展直接影響現(xiàn)代信息社會(huì)發(fā)展的水平，可以說(shuō)，誰(shuí)能掌握下一代半導(dǎo)體器件工藝技術(shù)誰(shuí)就擁有了新時(shí)期國(guó)際話(huà)語(yǔ)權(quán)。在此形勢(shì)下，從2005年起，中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所聚焦銻化物半導(dǎo)體體系，組織了以牛智川研究員為帶頭人的研究團(tuán)隊(duì)，開(kāi)始了艱難的自主研發(fā)攻關(guān)旅程，而他們的立足點(diǎn)就是銻化物半導(dǎo)體紅外光電技術(shù)的研究。

十年磨一劍，開(kāi)啟國(guó)產(chǎn)銻化物半導(dǎo)體光電芯片發(fā)展新路

2020年年初的一場(chǎng)疫情，讓一種非接觸式測(cè)溫設(shè)備——紅外體溫檢測(cè)儀走到臺(tái)前，成為各個(gè)國(guó)家關(guān)注的產(chǎn)品，一顆小小的紅外測(cè)溫探測(cè)器亦在一夜之間“一芯難求”。

“高于絕對(duì)零度（0K，即-273.15℃）的物質(zhì)都可以產(chǎn)生紅外線(xiàn)，獲取紅外線(xiàn)其實(shí)也就是拓展人眼的觀察能力。比如，到了晚上一般我們就看不見(jiàn)東西了，但只要有溫度的物體就會(huì)輻射紅外光，通過(guò)半導(dǎo)體紅外光學(xué)器件我們就能看到，自然就拓展了人類(lèi)的觀察能力。”牛智川說(shuō)道。

人類(lèi)的科技進(jìn)步史，其實(shí)也是一部尋找光明未來(lái)的探索史。正常情況下，一般人的眼睛可以感知的電磁波的頻率在380～750THz，波長(zhǎng)在780～400nm之間，也有人可以感知到頻率在340～790THz，波長(zhǎng)在880～380nm之間的電磁波。而紅外線(xiàn)波長(zhǎng)在760nm～1mm之間，是一種肉眼看不到的光。

紅外熱成像技術(shù)發(fā)展最早始于美國(guó)，并長(zhǎng)期運(yùn)用在各類(lèi)裝備領(lǐng)域，是西方發(fā)達(dá)國(guó)家多年來(lái)施行制裁和核心技術(shù)封鎖的重要手段。過(guò)去，歐美等國(guó)家長(zhǎng)期對(duì)我國(guó)實(shí)行核心技術(shù)封鎖，紅外成像光電芯片技術(shù)也成為名副其實(shí)的“卡脖子”技術(shù)。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，我國(guó)國(guó)產(chǎn)紅外探測(cè)器性能取得長(zhǎng)足進(jìn)步，但整體上仍舊與國(guó)外最先進(jìn)技術(shù)存在代際差異。當(dāng)前，中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所牛智川團(tuán)隊(duì)率先在銻化物新體系材料方向積極探索，為我國(guó)半導(dǎo)體科技界及時(shí)把握銻化物半導(dǎo)體器件技術(shù)發(fā)展機(jī)遇、為高性能紅外光電芯片形成迭代生態(tài)的持續(xù)性技術(shù)突破直至超越，起到了引領(lǐng)和推動(dòng)作用。他們?cè)阡R化物半導(dǎo)體微納材料、紅外光電器件方向的全方位開(kāi)拓發(fā)展，成為我國(guó)基于銻化物半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)高端紅外光電芯片國(guó)產(chǎn)化全鏈條制造技術(shù)的引領(lǐng)者。

牛智川在紀(jì)念黃昆誕辰100周年暨半導(dǎo)體學(xué)科發(fā)展會(huì)議上作報(bào)告

2005年，德國(guó)弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)應(yīng)用固體物理研究所首次為歐洲新一代大型運(yùn)輸機(jī)A400M研發(fā)了銻化物砷化銦（InAs）/銻化鎵（GaSb）超晶格中波雙波段紅外焦平面芯片，第一次為銻化物半導(dǎo)體材料的器件應(yīng)用完成了實(shí)用性驗(yàn)證，證明了早年理論上預(yù)計(jì)銻化物超晶格是理想紅外材料的預(yù)言，這極大地引發(fā)了各國(guó)針對(duì)銻化物半導(dǎo)體紅外光電技術(shù)的研究熱情。

這一新動(dòng)向被牛智川團(tuán)隊(duì)敏銳地捕捉到，他們迅速組織研究力量，利用有限的研究經(jīng)費(fèi)改造20世紀(jì)80年代購(gòu)置的老舊外延設(shè)備，由此艱難起步，開(kāi)啟了銻化物半導(dǎo)體材料外延及其物理性質(zhì)和原型器件的艱難探索。

在沒(méi)有現(xiàn)成國(guó)外研發(fā)技術(shù)參考并受到國(guó)際嚴(yán)密原材料封鎖的情況下，牛智川團(tuán)隊(duì)充分利用中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所數(shù)十年來(lái)在超晶格物理研究的雄厚基礎(chǔ)，從理論計(jì)算研究入手，通過(guò)改造商用的分子束外延設(shè)備，在國(guó)產(chǎn)2英寸直徑高質(zhì)量GaSb單晶襯底晶圓上實(shí)現(xiàn)了銻化物半導(dǎo)體紅外探測(cè)與激光材料的高質(zhì)量外延，系統(tǒng)性研究突破了銻化物半導(dǎo)體外延材料及其紅外光電芯片關(guān)鍵技術(shù)，并由此帶動(dòng)了中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所銻化鎵大尺寸單晶襯底的制造技術(shù)突破國(guó)外封鎖。

這十幾年間，牛智川團(tuán)隊(duì)曾用兩年探索成功大失配GaSb過(guò)渡材料的外延技術(shù)，實(shí)現(xiàn)銻化物外延超晶格結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)了GaAs襯底上外延GaSb材料的高質(zhì)量材料，此性能迄今為止依然是已有報(bào)道中的最好結(jié)果之一。

牛智川團(tuán)隊(duì)還進(jìn)一步結(jié)合GaSb緩沖層位錯(cuò)過(guò)濾技術(shù)降低大失配位錯(cuò)，最終成功實(shí)現(xiàn)了不同周期厚度的近紅外和中紅外銻化物超晶格半導(dǎo)體材料，第一次開(kāi)發(fā)了2μm波段的銻化物超晶格探測(cè)器，這是國(guó)際上首次基于銻化物開(kāi)發(fā)超晶格近紅外光電器件，更是國(guó)內(nèi)第一次獲得的銻化物材料體系的紅外探測(cè)器。

在國(guó)外停止對(duì)中國(guó)出口GaSb襯底的困難時(shí)期，半導(dǎo)體研究所材料室研究團(tuán)隊(duì)在較短時(shí)間內(nèi)獨(dú)立開(kāi)發(fā)了2英寸開(kāi)盒即用外延級(jí)GaSb襯底并實(shí)現(xiàn)了小批量生產(chǎn)，此后又?jǐn)U大到4英寸，產(chǎn)品性能接近國(guó)際水平，實(shí)現(xiàn)了材料國(guó)產(chǎn)化目標(biāo)。

同時(shí)，牛智川團(tuán)隊(duì)還設(shè)計(jì)制備了銻化物InGaAsSb量子阱中波紅外激光器，首先實(shí)現(xiàn)2μm銻化物量子阱激光器的室溫連續(xù)激射，并實(shí)現(xiàn)了第一只2μm分布反饋式（DFB）窄線(xiàn)寬激光器的室溫連續(xù)激射。

不僅如此，牛智川團(tuán)隊(duì)還成立了國(guó)際上第一個(gè)專(zhuān)門(mén)針對(duì)銻化物體系的研發(fā)中心——銻化物窄帶隙半導(dǎo)體研究中心，極大地推動(dòng)了銻化物半導(dǎo)體從基礎(chǔ)理論、單晶襯底、外延材料、核心器件與系統(tǒng)集成的全鏈條技術(shù)的發(fā)展和研發(fā)能力的大幅度提高……

十余年磨一劍——牛智川團(tuán)隊(duì)在銻化物半導(dǎo)體光電器件性能上的突破，成為推動(dòng)我國(guó)相關(guān)單位針對(duì)銻化物半導(dǎo)體新體系開(kāi)發(fā)紅外器件應(yīng)用的技術(shù)源泉。自2009年起，牛智川團(tuán)隊(duì)先后為中國(guó)洛陽(yáng)光電器件研究所、昆明物理研究所、華北光電研究所、中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所、中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所、中國(guó)科學(xué)院物理研究所、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、南京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、首都師范大學(xué)、中國(guó)科技大學(xué)、武漢高德紅外股份有限公司等各行業(yè)研發(fā)機(jī)構(gòu)/科技企業(yè)提供核心技術(shù)并與之開(kāi)展深度合作。

在各方堅(jiān)持不懈的努力下，截至目前，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了2～20μm覆蓋的銻化物超晶格的紅外單色焦平面和紅外雙色焦平面芯片，研制了1.8～3.8μm紅外波段銻化物量子阱單模和大功率激光器，其中，大功率激光器單管、巴條、疊陣組件的室溫連續(xù)輸出功率獲得持續(xù)突破分別達(dá)到了2.6W、18.4W、172W，單模激光器在60mW輸出功率下邊模抑制比達(dá)到57dB的國(guó)際最高水平。

在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)還聯(lián)合國(guó)內(nèi)產(chǎn)學(xué)研用各方面力量，發(fā)起成立了銻化物半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟，通過(guò)聯(lián)盟方式針對(duì)各方需求，為國(guó)內(nèi)各裝備行業(yè)及高科技企業(yè)開(kāi)發(fā)多功能高性能光電芯片，推動(dòng)長(zhǎng)期受限于國(guó)外技術(shù)封鎖的紅外高端光電芯片的自主可控全鏈條技術(shù)進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)部分性能的超越領(lǐng)跑和滿(mǎn)足各類(lèi)需求的全鏈條解決方案。

在國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目“銻化物低維結(jié)構(gòu)中紅外激光器基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)”等項(xiàng)目資助下，牛智川團(tuán)隊(duì)取得了“銻化物紅外量子阱激光器”技術(shù)成果。成果在銻化物量子阱激光器能帶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、外延材料技術(shù)方面創(chuàng)新性顯著，激光器的綜合性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，其中器件光電效率和室溫輸出功率處于國(guó)際領(lǐng)先水平，特別是關(guān)鍵的輸出功率性能已經(jīng)超越了國(guó)外禁運(yùn)指標(biāo)，成功突破“卡脖子”難題！

“從零起步，到推動(dòng)整個(gè)銻化物半導(dǎo)體紅外光電產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，我們走了十余年。這中間有很多人不理解，也有很多人離開(kāi)，但我覺(jué)得要做真正的科學(xué)應(yīng)用，必須‘十年磨一劍’，因?yàn)闊狳c(diǎn)永遠(yuǎn)也追不完，只有踏踏實(shí)實(shí)干一件事才有可能成功。”牛智川說(shuō)。

“我們的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)銻化物半導(dǎo)體的廣泛應(yīng)用”

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，國(guó)際科學(xué)技術(shù)日新月異。隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、區(qū)塊鏈等一系列高科技名詞更是讓人眼花繚亂。“材料領(lǐng)域也是一樣，如果我們今天覺(jué)得納米材料好，明天覺(jué)得二維材料好，到最后永遠(yuǎn)也追不完，每個(gè)領(lǐng)域都是淺嘗輒止，即使有了重大發(fā)現(xiàn)也來(lái)不及應(yīng)用。”身在半導(dǎo)體領(lǐng)域，牛智川對(duì)此一直有著清醒的認(rèn)識(shí)，“我們這個(gè)學(xué)科不像天文地理可以純粹進(jìn)行探索性研究，它是基礎(chǔ)理論到最終應(yīng)用的結(jié)合，所有的研究都有一定的目標(biāo)驅(qū)動(dòng)。”

牛智川說(shuō)，回顧人類(lèi)科技文明發(fā)展史會(huì)發(fā)現(xiàn)，最初的發(fā)明創(chuàng)造都是由更好生存的目的驅(qū)使。在此物質(zhì)基礎(chǔ)上，人們才有了探索自然的時(shí)間和欲望。誠(chéng)然，科技發(fā)展到如今，一個(gè)國(guó)家總要有一些仰望星空的人才有希望，但也需要更多的人腳踏實(shí)地，解決實(shí)際問(wèn)題才能屹立不倒，這也是牛智川團(tuán)隊(duì)對(duì)自己的定位。“我們的研究一定要與國(guó)家、經(jīng)濟(jì)目標(biāo)以及人類(lèi)生存需要相結(jié)合。”牛智川說(shuō)道。

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃量子專(zhuān)項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目、國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃納米專(zhuān)項(xiàng)……這些年來(lái)，以國(guó)家需求為目標(biāo)，牛智川團(tuán)隊(duì)承擔(dān)的國(guó)家重點(diǎn)任務(wù)越來(lái)越多，但立足點(diǎn)始終只有一個(gè)——銻化物半導(dǎo)體。

銻化物半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展物理內(nèi)涵豐富，既有經(jīng)典光電效應(yīng)，又有前沿拓?fù)淞孔有?yīng)，研究方向包括高性能紅外激光器、高靈敏多波段探測(cè)器、超高速微電子集成電路、熱電制冷器件等，應(yīng)用前景廣闊。

“當(dāng)前，半導(dǎo)體技術(shù)的代際更替已經(jīng)進(jìn)入了微電子與光電子技術(shù)的并重發(fā)展時(shí)代，銻化物窄帶隙半導(dǎo)體呈現(xiàn)出第四代半導(dǎo)體光電芯片技術(shù)發(fā)展的重大潛力。”2023年7月，國(guó)家商務(wù)部明確將銻化鎵（各種形態(tài)）材料均列入對(duì)外實(shí)施出口管制清單，充分證實(shí)了該銻化物材料體系在國(guó)家核心技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)中的重大戰(zhàn)略?xún)r(jià)值。牛智川說(shuō)，他們未來(lái)的發(fā)展目標(biāo)將以銻化物半導(dǎo)體光電材料與芯片為中心，面向智能化信息技術(shù)新時(shí)代廣泛需求，建設(shè)完整的技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)制造鏈條，為國(guó)家強(qiáng)盛和社會(huì)發(fā)展貢獻(xiàn)點(diǎn)滴之力。