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郝跃:从地质队电工到微电子学院士

2021-07-21 中国科学报

“就是为了第三代半导体产业发展。”谈及不久前一笔200万元基金捐赠的初衷,中国科学院院士、西安电子科技大学教授郝跃言简意赅地回答了《中国科学报》的问题。

  “就是为了第三代半导体产业发展。”谈及不久前一笔200万元基金捐赠的初衷,中国科学院院士、西安电子科技大学教授郝跃言简意赅地回答了《中国科学报》的问题。

  不久前,在西安电子科技大学(简称西电)长安校区举行的芯缘科创基金捐赠仪式上,郝跃作为芯缘科创基金发起人,将所获的陕西省2019年度最高科学技术奖奖金200万元作为该基金首笔捐赠。

  “我们在‘芯片’等半导体领域正面临‘卡脖子’问题,发起成立芯缘科创基金,就是为了发挥西电人才优势和科研优势,为解决我国芯片集成电路核心技术问题做点贡献。”郝跃补充道。

  “有这碗酒垫底,什么样的酒全能对付”

  “每个人的生涯都会与一个国家的命运紧密相连。”郝跃告诉《中国科学报》,“这也是我人生的写照和体会。”

  郝跃的父亲原属中国人民解放军二野十八军,后来转业到重庆的地方学校任领导。在“文革”的影响中,其父首当其冲。

  “父母关牛棚以后,我和我的两个妹妹就开始自立自强,我10岁就开始拉煤。所幸的是家里有整整一屋子的书,多少个夜晚,都是这些书陪伴着我们度过的。”回忆起年少岁月,郝跃记忆犹新。

  父亲没多少文化,但其人生经历却告诉他知识的重要性,所以对郝跃的学习要求很严格;母亲学地质,后来又在地质学校工作,对他和两个妹妹的教育也十分重视。

  特殊的时代背景、特殊的家庭环境、特殊的成长经历,塑造了郝跃的性格——“5分+绵羊”类型,即学习很好、从不叛逆,看书、写日记,把精力都放在读书上。

  “父母虽然受到过冲击,但对党忠贞不渝,这种世界观对我影响很深。”郝跃说。

  1974年,高中毕业后的郝跃因年龄小而无法被招工,于是痴迷无线电的他在学校义务当起了电工。修理发电机、电动机、汽车电子器件,都难不倒这个16岁的少年。

  “本想等年龄够了就去务工,然而,历史再一次调转了我人生的船头——那一年,我也成为浩浩荡荡的知识青年中的一员,下乡走入了云南昆明半山区的农村。”

  农村异常艰苦的生活与高强度的劳动,对一个人意志的磨练是严酷的。在繁重的劳动锻炼中,郝跃经受着前所未有的洗礼,这也使他的“绵羊”性格慢慢地发生了改变。

  1976年,他招工进入西双版纳的地质队,当起勘探工人。没过多久,他又因电工基础扎实,被调到地质队电工岗位。

  1977年10月21日,郝跃听到公布高考恢复的消息。“当时,我要上学的念头如此强烈,自己仿佛一夜之间变成了《我要读书》故事中的主人公‘高玉宝’”。

  仅有40多天备考,与时间赛跑。那时候,他白天坚持工作;每晚9点半以后,等别人都休息了才点起煤油灯,继续学习文化课到凌晨两三点钟。他插队农村时捡回的一捆数理化书籍,成了当时高价也买不来的“宝贝”。

  “当年,我们地质系统有300多人去考大学,考上的就两个人,我是其中之一。”郝跃至今仍然颇多感慨,“这段经历告诉我,无论在什么环境下,一个人只要坚持自己的信念,总会有好结果。”

  “有了上大学之前的这段经历,一生再遇到多大的苦都不是事儿。”郝跃常说,“就好比《红灯记》中的李玉和唱词:‘有这碗酒垫底,什么样的酒全能对付。’”

  “我的科研之根在这里,舍不掉”

  1978年2月,刚下火车时,迎面袭来的大西北刺骨的寒风,着实给了郝跃这个从南方来的20岁青年一个“下马威”。

  西电曾称“西军电”,是从中央红军在井冈山五次反“围剿”中创办的无线电培训班一路走来的大学,红色革命基因在一代代西电人身上传承。

  “高考报志愿,我选了电子专业,就是冲‘西军电’和它距离革命圣地延安近,才义无反顾选择这所大学的。”郝跃说。

  在西电争分夺秒学习的情形,成为了郝跃那个年代西电学子终身难忘的记忆——

  那时改革开放刚开始,处于西安市南郊的西电常停电,一停电,大家就不约而同点起蜡烛继续学习。远远望去,西电校园老大楼、西大楼、东大楼里烛火通明,仿佛汇聚成一道道载着知识报国梦的“星河”。

  “学在西电”是上世纪八九十年代西安高校间流传的说法。郝跃告诉《中国科学报》,西电77级学生都有着一个朴素的理想:发奋学习,毕业后只要能发挥专业特长,无论戈壁大漠还是深山峻岭,哪里需要就扎根在哪里,做一颗祖国的螺丝钉!

  1987年,郝跃到西安交通大学读博,跟随数学家游兆永攻读计算数学。

  “在西安交大这段时期的学习,培养了我从事科学研究必备的严谨思维。”郝跃说。

  郝跃自言,自己一路走来,总体比较顺利,不过中间的沟坎也比较多,但都跨过去了。“没有信念的坚持,是很难跨过这些坎的。”

  据悉,郝跃曾经有机会去省里某厅任厅长,省里都发了文,但他却选择了放弃。

  “我离不了微电子,做学问是我的初心。也有其他高校请我去当校长,我也放弃了。西电是成就我的地方,我的科研之根在这里,舍不掉。”郝跃激动地说。

  2013年,郝跃当选中国科学院院士。那时,他还在不断地告诫自己与学生:要学会当学生!如果想迈向更高的目标,就一定要虚心学习。要善于向身边的人,甚至向自己的对手学习。

  “微电子不微”

  “微电子不微。”这是郝跃常挂在嘴边的一句话。

  “以集成电路芯片为核心的微电子技术,不仅与我们的生活息息相关,更是国家核心竞争力的体现。作为科研工作者,必须承担起自己的使命。”郝跃如是说。

  新型氮化物半导体被称为第三代半导体材料,又称为宽禁带半导体材料。上世纪90年代中后期,我国学界刚涉及宽禁带半导体研究。那时候,相关领域的科学家和技术人员还很少注意到这类新奇的半导体材料。

  “要寻找新的研究方向。”当时,郝跃也在思考、寻找研究领域的新突破。他果断选择了国际上刚刚起步的宽禁带半导体材料与器件研究,作为自己的新方向。

  “在这个当时别人看来还是‘冷门’的研究领域,我和团队从1998年开始,一路坚持走来。”郝跃说。

  半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间。半导体作为集成电路的基底,人们希望它能够导电,却又不希望它在高温、强辐射的作用下失去绝缘的特性。然而,在大功率器件里、在外太空中,高温和强辐射是难以避免的。因此,人们只好寄希望于半导体材料自身能够稳稳束缚住“自由自在”的电子,保持它绝缘的特性。

  禁带是固体物理的一个基本概念。宽禁带就像一道“鸿沟”,让被注入了来自热量或辐射能量而“兴奋”起来的电子跨不过去,保证材料绝缘性更好。所以,这种材料也就能够耐高温、高压和强辐射。

  郝跃团队的使命就是,通过创新研究,生产出高质量的宽禁带半导体材料,再经过一系列工艺技术做成宽禁带半导体器件,进而制成集成电路,再把它推广应用到生产和生活中。

  曾有专家比喻,如果把半导体材料比作“田地”,集成电路就好比在这片田地上“种植作物”,而种植作物的这片“农田”就是芯片。“土质”的优劣,对芯片产量和品质至关重要。

  第一代半导体材料硅是市场上大部分手机集成电路所用的材料。随着手机越来越万能,特别是5G时代的到来,硅已然没有办法承担大功率运转、高带宽速度的重压。而在这一点上,氮化镓却很“擅长”。

  “我们已将氮化镓微波功率器件的效率提高到了当前国际最高纪录的85%。”郝跃说。据了解,这几乎达到了半导体微波功率器件电能转换的极限。

  郝跃及其团队获得国际和国家发明专利授权近300余项,其中他们攻克的氮化镓基紫外与深紫外LED关键技术等,实现了我国在该领域的重大突破,已在4G和5G通信基站、先进雷达系统、电力电子系统、紫外医疗、彩色印刷固化等领域得到广泛应用。

  面对目前半导体领域遇到的“卡脖子”问题和艰难的国际环境,如何走下去?

  “为国家建设发展、国防和装备现代化、保障国家安全,我们微电子人肩负重任,别无选择。”郝跃说,“我们要用需求引领发展,材料引领器件,器件推动电路与系统的发展,实现从0到1、从1到10、从10到100的跨越。”

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