创“芯”路漫漫

期次:第929期    作者:□校报记者团 陈嘉琪   查看:140



  物理科学与技术学院杨建红教授、刘贵鹏副教授所指导的“‘芯’系未来———自主研发SIT器件的工业化应用开发”项目斩获第四届“互联网+”大学生创新创业大赛甘肃省赛选拔赛金奖,此后又陆续获得第三届“青年之声·青春创客”系列活动全国总决赛一等奖、第三届“中国创翼”创业创新大赛全国选拔赛及决赛优秀奖、第四届“互联网+”大学生创新创业大赛铜奖。
  2017级硕士研究生尹晋超为团队负责人,团队成员陈豪翔、王粉霞、李玉苗等均为微电子学与固体电子学专业硕士研究生。据尹晋超介绍,该项目研发耗时近两年,于2014年研发成功,之后不久便实现量产。
  该项目研发成功的静电感应器件(SIT),常被人称为“芯片”,其管芯尺寸仅有1.5mm*1.2mm,器件内部两根线条之间的距离为0.5m,约为头发丝直径的百分之一。现有发明专利、实用型专利共10余项,兰州大学拥有其专利所有权且是国内此类器件唯一在研的高校。
  静电感应器件属于晶体管的一种,是目前已知的唯一具有不饱和输出特性的三端半导体器件,它具有高频率、高灵敏、大功率、低噪声的优良特性,可以感知、捕捉、放大微弱信号,广泛应用于音频领域、工业控制领域、汽车电子领域等。其主要的功能是处理信号,通过它能够将微弱的信号放大,常用于传感器、探测器中。它的显著特性就是在保持高放大因子的同时噪声极低。一般器件的最大功率与工作频率成反比关系,二者不可兼得。
  “很纯净的半导体几乎是个绝缘体,但是放上几粒杂质以后就近似于导体了”。在器件内部分为几个不同区域,他们做的就是在这些特定区域中掺杂,通过掺入特定种类的杂质、改变不同区域的掺杂浓度,让整个半导体器件正常工作。
  由于该器件的实验条件对洁净度要求非常高,“我们叫千级或者万级洁净度的空间,就是在一立方英尺的空气中,直径大于0.5微米的灰尘不超过1000个或10000个”。芯片设计领域的研究,大量的准备工作都集中在理论研究和电脑模拟测试,保证万无一失后才能进入价格高昂的实验生产环节。因制作工艺复杂,该器件的实验制作需要前往微电子代工生产厂家制作,“稍微偏差几十纳米,或生产过程中稍微有点脏,这个器件就废了。哪怕添加杂质的时候,多一点少一点,也将导致器件的报废”。
  在与厂家工程师具体对接的过程中,往往需要讨论一整天,方案才能基本确定下来。尹晋超跟随杨建红教授两次前往南通的代工厂,“第一次没谈妥,厂家认为该器件加工难度太大”。经过两三个月对方案的改进,在减少工艺流程的同时降低工艺难度且保证器件性能不受影响的情况下,最终与厂家达成合作。
  量产成功的静电感应器件(SIT)产品封装基座上刻印有“LZUIME”的激光标识,作为这款器件的型号,LZU自是表示兰州大学,IME则代表微电子研究所,“这是我们对母校的感恩”,尹晋超说,亲手拿到印有“LZUIME”标识的器件时,“我当时的心情和杨利伟登天差不多”。
  关于静电感应器件的自主研发开始已经有段时间了,但进行科研成果转化刚开始不久,目前已开发的最典型的是音频应用领域。尹晋超介绍到,已经研发成功的有助听 器原型电路、Hi-Fi音响演示电路以及应用于不同场景、不同工作环境的多功能配置电路。除了音频领域外,还可以应用于汽车电子、工业控制等领域。
  2014年,杨建红教授带着器件参加了在日本东京举办的中日大学展暨论坛,因器件性能参数优异,主办方在原定的介绍演讲之外,又给杨建红教授增加了一场,“大家都挺感兴趣的”,尹晋超说。杨建红教授后来每每向学生们提起此事都激动不已。
  与尹晋超团队所研发的同类型静电感应器件中,只有SONY公司生产的2SK79,而该项目所研发的静电感应器件参数比之SONY所生产的2SK79,功耗低至1%,性能提升3倍。
  在论坛上东芝公司的高级研究人员对该器件的性能参数表示惊奇,就连此类型器件的最初创始人西泽润一先生的研究员也对该器件性能惊叹不已。“他们觉得我们中国人一下子取得了这么大的突破是十分惊奇的”,尹晋超说,“后来日本方面的多家研发机构,如东芝、索尼都表示希望能够展开合作,考虑到这款器件能够在军事领域应用,我们果断放弃,坚持器件的完全国有化、自主化”。