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在创“芯”大赛成就青春梦想,厦大紫芯斩获全国一等奖

来源:爱集微

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#华为杯#

#创芯大赛#

06-02 20:14

集微网消息,3月18日,“华为杯”第四届中国研究生创“芯”大赛圆满落幕。厦门大学物理科学与技术学院李子豪、袁萌、陆一铭共同组成的“厦大紫芯”团队,在张峰教授和吴正云教授的悉心指导下,凭借《新型碳化硅紫外光电探测芯片》项目,夺得一等奖。

厦门大学“厦大紫芯”团队

爱集微作为大赛官方合作伙伴,与厦大紫芯团队进行了深入沟通,探寻这支参赛队伍背后的故事。紫芯团队指导老师张峰教授向爱集微表示,回顾参赛经历,厦大紫芯团队付出的努力仍历历在目。

团队力量、人才沃土共铸赛场佳绩

优秀的参赛成绩背后,是一抹明亮的技术底色。从团队组建开始,厦大紫芯团队就始终坚持以科研力量为引领——目前,团队已是全国最具实力的碳化硅紫外光电探测芯片高校研发团队之一,指导老师张峰教授和技术顾问吴正云教授都是该领域的专家。该技术团队共拥有相关专利38篇,相关SCI论文62篇。

指导老师张峰教授,主要从事碳化硅紫外光电探测芯片研究,是厦门大学物理科学与技术学院特聘教授、博导、青年“973”计划首席科学家,闽江学者特聘教授、第三代半导体卓越创新青年。

技术顾问吴正云教授主要从事纳米低维半导体材料及器件的研制和光电性质的研究,为量子电子学报编委,曾获国家教委(教育部)科技进步奖二等奖1次、三等奖3次。

项目负责人李子豪,厦门大学博士生,已发表相关SCI论文1篇,拥有在投专利两项,实习于中科院半导体所,并熟练掌握碳化硅光电芯片的设计与工艺。

袁萌,厦门大学硕士生,精通comsol FDTD等软件仿真模拟、碳化硅MSM结构器件的设计与制备,熟练掌握金属纳米颗粒的制备原理与工艺。

陆一铭,厦门大学学士,已取得直博资格。曾获得厦门大学第十四届物理竞赛一等奖第一名,熟练掌握碳化硅基石墨烯生长原理及工艺。

组织这样一支团队踏上大赛“征程”,张峰教授百感交集,“他们是求学路上,不同阶段的千千万万的优秀学生缩影,聪颖且坚韧。大赛过程中,他们不仅形成双向互动的良性循环,也充分发挥着以老带新的作用,促进了人才梯队的建设。”

在比赛过程中,张峰教授结合团队的研发实时进度和现实表现点评分析,并进一步指出存在问题和改进方向,在后续的教学和指导中予以侧重。

所有人拧成一股绳,劲往一处使。同学们密切配合,指导老师无私付出,最终打开胜利之门。

张峰教授坦言攻关的过程并非一帆风顺,回顾参赛历程,他对爱集微表示:“由于技术复杂、难度大,多个技术难题接踵而来,初期芯片良率不高、暗电流过大、器件特征不够突出明显,器件的一致性也做得不够良好……”

艰难困苦,玉汝于成。面对技术难题,大家夜以继日,坚持问题导向,锲而不舍钻研。最终将整体工艺融合完善,实现了新型碳化硅紫外光电探测芯片的产品化。“创芯大赛的经历也能够让学生直面科研过程中的关键技术难点,使得科研和攻关的思路更清晰。”张峰教授向爱集微这样分享。

团队优异成绩的取得,还受益于高校科研力量的支撑与积淀。厦门大学作为全国首批4所建设国家集成电路产教融合创新平台高校之一,一直以来聚焦集成电路关键领域核心技术,破解“卡脖子”难题,积极贡献力量培养创新型高层次集成电路人才。经历二十余年科研闯关,厦门大学物理科学与技术学院在碳化硅紫外光电探测器、功率器件、材料生长等方面也取得系列丰硕成果。

爱集微咨询研究总监赵翼表示,国家集成电路产教融合创新平台,从产业集聚、扶强学科、产教融合、共建共享等四方面,将有助于缓解我国集成电路人才供需不平衡、学科建设不突出,产教人才需求不匹配,产教资源共享不通畅等问题。

厚植人才沃土,不仅使得厦门大学为社会输送了一批批急缺的集成电路产业人才,也打磨出赛场上一群拼搏进取的科研新青年。

瞄准前沿科技,找准落地场景

回望项目开展初期,如何找准参赛方向?厦大紫芯团队的回答是,让市场需求、技术底蕴成为科研的动力。

之所以选择“新型碳化硅紫外光电探测芯片”这一课题,一方面是源于当前光电探测器市场的需求,找到适配的应用场景,这是能否真正实现产业化的关键所在。

一直以来,紫外探测在民用、工业领域都有着广阔的发展空间。伴随着消费电子行业及检测领域的技术发展和行业整体快速进步,紫外探测市场需求不断扩大,应用场景也在不断更新。譬如受疫情催化,紫外手持消毒设备表现突出需求激增。

除此之外,紫外探测在工业领域的开关柜、紫外固化;民用领域的紫外消杀设备、便携式可穿戴设备、天气预测、电网运维等诸多领域也有广阔应用前景。

然而,伴随市场的发展,传统的紫外探测设备已经不能满足目前产业化的需求。

张峰教授介绍,早期的紫外探测器使用光电倍增管来进行紫外探测,然而普遍存在体积大与需要制冷的痛点,且对电场比较敏感,量子效率低,必须工作在真空、高压的环境下,难以匹配消费级紫外探测需求。

传统紫外探测设备使用硅材料加滤波片形式,但探测能力相对较弱,且无法实时显示紫外光强度,又需要加置滤波片,导致体积大难以集成。

市场对紫外探测设备提出了新的需求——高精度、低成本、易集成。在此背景下,碳化硅材料大有可为。碳化硅材料具有禁带宽度大,击穿电场高,介电常数低,热稳定性好等特点,在高频大功率电子器件以及耐高温光电器件方面呈现出极大的潜力。与传统硅紫外探测芯片相比,碳化硅紫外光电探测芯片暗电流降低约3000倍,体积减小100倍。

团队敏锐捕捉到这一市场需求,选择了“新型碳化硅紫外光电探测芯片”这一研究方向。另一方面,多年的技术底蕴也是取胜“法宝”。

张峰教授向爱集微介绍道,早在2004年开始,课题组就已展开碳化硅紫外探测器领域的研究。相比如今第三代半导体的风口热潮,当年的碳化硅虽是“前沿技术”,但也是“冷门赛道”。一片2英寸的碳化硅衬底早期价格超过6000美元,堪称“比黄金贵十倍”。

然而凭借着坐冷板凳的科研精神,课题组陆续发表了超60篇论文、申请超30项专利,累计了丰厚科研成果,也迎来了碳化硅材料迎风起航的时代。“可以说,我们见证了碳化硅产业发展壮大的历程。”张峰教授感慨道。

厦门大学宽禁带半导体SiC课题组

厦大紫芯团队的参赛历程背后,是课题组在科研领域廿载攻关的的技术底蕴,也是厦门大学“自强不息,止于至善”校训的真实写照。

突破技术难点,产学研汇聚合力

尽管碳化硅紫外探测芯片具有极大的商业价值,但由于技术壁垒较高,在很长一段时间内,我国的高端紫外探测市场被韩国Genicom、德国Sglux、IFW等企业占据。

在此背景下,核心技术层面实现突破就显得尤为重要。尤其要实现产业化,更需要考虑量产性与良率问题。

制备芯片之前,厦大紫芯团队会采用TCAD模拟仿真软件对器件的结构、电场分布、光谱响应、电学特性等进行多次的模拟仿真,以此来获得最优的器件结构和器件性能,然后再进行芯片的制备。

“目前我们团队已经熟练的掌握了工艺,并且优化了工艺参数,使得我们的芯片成品率非常高。”团队成员表示。

据悉,该团队已成功研制8×8微孔pin结构阵列与1×128的pin阵列,良率达到97%以上。

除了良率以外,团队在紫外光电探测芯片的关键指标上也取得了系列突破。目前,衡量紫外探测芯片优劣的主要参数指标包括响应度、探测率、暗电流等。而厦大紫芯团队交出了一份堪称亮眼的答卷:器件的响应度提高至8.15倍,量子效率提升至508%、器件光电流提高至6倍,暗电流达到飞安量级(10-15A)……

一系列数据背后,是整个团队坚持不懈的追求和拼搏,也同样凝结了产学研汇聚合力的作用。

据了解,目前厦大紫芯团队已与我国第三代半导体代表企业——北京泰科天润半导体有限公司达成了合作。

在技术攻坚的过程中,如何准确锚定市场的需求?张峰教授向爱集微介绍,“突破关键核心技术,离不开产学研的密切合作。而创芯大赛提供了与产业和企业对话的通道,参加此次大赛可以使得学生们近距离了解行业发展的趋势,检验项目与指标存在的不足。” 

张峰教授以生动事例阐述了这一观点,“在早期的研发过程中,团队全力将各项关键指标做到最优。但在后期与企业对话的过程中发现,在某些场景下暗电流的指标不需要那么低,而在某些场景下对探测率则要求更高。这些关键指标正需要根据市场的需求不断进行修正与优化。”

张峰教授认为, 创“芯”大赛为高校师生提供了融入产业的渠道,有利于打通高校参赛学生群体的创业就业通道,构建高校与企业的合作平台。此外,企业通过大赛将命题与需求更为直观地展示给参赛师生,而高校也可将课题组研究内容与产业需求进行深度结合,实现了科学研究和产业化的同步发力。

作为一家专业ICT产业咨询服务机构,爱集微多年来积极推进产学研深度合作,助力校企人才高效对接。第五届华为杯中国研究生创“芯”大赛决赛将于2022年7月29日至8月1日,在浙江大学杭州国际科创中心举办。爱集微将作为本届大赛的官方合作伙伴,持续助力打造集成电路产业人才发展新生态。

责编: 赵碧莹

施旭颖

作者

微信:18549912477

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