2019年1月8日，2018年度国家科学技术奖在京揭晓，北京大学物理学院沈波教授团队的成果“氮化物半导体大失配异质外延技术”获得国家技术发明奖二等奖。
“这才是见硬功夫的地方”
氮化物半导体，是一种宽禁带半导体，它是一种人工(合成)材料，在自然界是没有的。它的主要制备方法是外延生长在蓝宝石、硅等别的衬底材料上，晶格失配和热失配非常大。
“怎样克服大失配，得到高质量的氮化物半导体材料，是我们研究的核心问题。”沈波开门见山对他的研究进行了介绍。
解决这个问题要从两个方面着手，第一个是衬底，一般称之为衬底工程，虽然都是蓝宝石衬底，但是可以通过在衬底表面做各种各样的新型微纳结构，促进高质量氮化物半导体的制备。第二个就是外延生长，要不断发展提升氮化物半导体外延质量和光电性质的新方法。
“因为我们团队在这两个方面有一些创新，比较好地解决了衬底和氮化镓失配的问题，制备的材料有部分指标在国际上是领先的。”沈波说，这次获奖是集体的荣誉。
沈波团队研究的氮化物半导体，有两个非常重要的特征，第一个是宽禁带，如果做光电器件，宽禁带就表示发光的波长更短，能量更高，比如蓝光和紫外发光二极管(LED);第二个特征是它有非常强的极化效应，做出来的电子器件功率密度很大，如果用来做雷达的收发模块，功率密度大，探测距离就远。
宽禁带半导体在军工和民用领域都有很多应用，是各国高技术竞争的主要领域之一。沈波认为，竞争背后也是机遇，“国产设备市场变好，技术水平也就不断提升，再过5年，我们的国产设备就能发展起来。”
校企合作核心诉求契合
在这次获奖项目的完成人当中，除了北大的老师，还有东莞两家公司的代表，分别是东莞中镓半导体科技有限公司、东莞中图半导体科技有限公司。这一次获奖的技术，也已经投入到两家公司的生产中。
“这两个公司跟北大都很有渊源。2009年，在甘子钊、张国义老师组织领导下，北大宽禁带半导体研究中心的研究成果与东莞企业家的投资相结合，创立了中镓半导体科技有限公司，把北大氮化物半导体的研究成果在广东做产业化转移。2013年，中镓公司又把发展得很好的蓝宝石图形化衬底业务单独拿出来，成立了中图半导体科技有限公司。这两家公司的技术支撑都来源于北大，一直以来跟我们有非常紧密的合作。”
对于大学和企业之间的合作，最重要的是双方的核心诉求要契合。对企业来说，最关注的就是大学的研究成果对企业产品研发和生产的帮助。对大学来说，研发是核心使命，通过研发成果的产业化推广既可彰显成果的价值，也可获得更多的研发资源。从实验室的研究成果到企业有竞争力的产品，需要经过长时间的中试，不仅需要大学的研发能力，还需要企业在人力物力上的大量投入，因此需要大学和企业长时间的紧密合作来共同完成。
美国等发达国家为了抢占宽禁带半导体技术的战略制高点，通过国家级创新中心等形式，把企业、高校、研究机构及相关政府部门等有机地联合在一起。在这方面，中国也行动起来了。2015年，宽禁带半导体相关的科研机构、大专院校、龙头企业发起筹建我国的“第三代半导体产业技术创新战略联盟”，其中北大是副理事长单位。
沈波说，这个产业联盟的作用不可小觑。“这个联盟，它有三方面的作用，第一是促进行业内企业的协调发展。第二是促进产业界和学术界的合作。通过这个平台，我们可以了解到产业界的需求是什么，也让产业界知道我们大学、研究机构都在做哪些事情，哪些技术在生产中可以用上。第三就是协调政府和研究机构、企业的交流，可以把学术界和企业的声音，反映给政府相关部门，如科技部、工信部等，政府在制定宽禁带半导体行业的五年规划时，会参考联盟成员的意见。”
三十年磨半导体一剑
沈波的人生道路和中国半导体的发展紧密结合在一起，1985年从南京大学物理系半导体物理专业毕业后，在中国科学技术大学攻读半导体物理专业研究生，再到日本留学，获得半导体材料专业博士学位后回国任教，一直没离开过半导体。
对于沈波来说，氮化物宽禁带半导体的研究，“一方面在科学上有足够的空间进行探索，有大量的物理问题需要通过研究去解答。另一方面，半导体作为一个事关国计民生的核心技术对国家是非常重要的，它在民用技术和军用国防上都有很高的应用价值”。
1995年，沈波在日本东北大学材料科学研究所获得博士学位。谈及当初为什么选择回国，沈波说，这是一个顺理成章的选择。“当年我本是南京大学公派出国的访问学者，等我博士毕业，就没有任何理由再待在国外。如今24年过去了，事实证明回国是对的。虽然刚回国那几年科研条件比较艰苦，但是国家对归国青年人才非常重视，让你挑大梁，很锻炼人。最近10多年来，科研人员的待遇、科研条件都得到了大幅度改善，我对自己的生活条件和工作条件都非常满意。”
中国的宽禁带半导体研究起步较晚，前期可投入的资源较少，而半导体研究仪器设备动辄上百万美元，“上世纪90年代我刚回国的时候，我们的实验条件跟国外比起来差距确实很大。可是最近10年，中国在科研经费上的投入大幅增加，我的日本朋友经常会来北大访问，他们就觉得我们现在实验室的仪器设备条件，跟日本的大学已经没太大差别，加上中国对人才的高度重视，我们确实缩小了和美国、日本等发达国家的差距。在少数技术点上，我们已经处在国际前列”。2018年我国整个半导体照明的产业规模约7500亿元，是世界上规模最大的半导体照明产业，也是我们国家最近10多年来高新技术发展的典型案例之一。
这次获奖，用沈波自己的话来讲，就是“一剑磨十年”，是厚积薄发的过程。从2004年到北大，他一直在做氮化物半导体研究，至今已经过了15年，这个奖也被他视作这15年工作总结的一部分。“我这辈子从上大学开始就学半导体，1995年起做氮化镓，看来一辈子就做半导体这件事情了。但真的沉浸到里面，你会发现其中的事情是做不完的，永远有好多事情等着你去做。”沈波说。(罗敏霞)
