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在半導(dǎo)體光電器件研究領(lǐng)域，有一位學(xué)者始終秉持著對科研的熱忱與執(zhí)著，不斷探索技術(shù)邊界，推動以CVD為核心技術(shù)的低維材料器件從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，他就是廣西師范大學(xué)電子與信息工程學(xué)院/集成電路學(xué)院的劉林生副教授。近日，我們有幸與劉林生副教授展開深入對話，聆聽他分享科研經(jīng)歷、技術(shù)見解以及對行業(yè)未來的展望。
豐富履歷積淀，筑牢科研根基
科研之路從無捷徑，扎實的學(xué)術(shù)積淀與多元的實踐歷練，是劉林生副教授探索未知的 “底氣"。
劉林生副教授本碩博均畢業(yè)于蘭州大學(xué)，為后續(xù)的科研工作奠定了深厚的理論基礎(chǔ)。不僅如此，他還曾在法國國家科研中心（CNRS）、巴黎十一大 / 巴黎薩克雷大學(xué)（2024 年軟科 ARWU 世界排*第 12，2019 年 US News 世界排*第 30）、希臘國家研究與技術(shù)基金會（FORTH）、中科院物理所、中科院半導(dǎo)體所等國內(nèi)外著名科研院所與高校工作多年。
這些經(jīng)歷讓他接觸到了不同國家和地區(qū)在半導(dǎo)體光電器件領(lǐng)域的前沿技術(shù)與研究思路，也使其對行業(yè)發(fā)展有著更廣闊的視野和深刻的理解。如今，作為廣西師范大學(xué)的副教授、碩士生導(dǎo)師，劉林生副教授還身兼 IEEE 會員 / IEEE 光電子分會會員、中國光學(xué)工程學(xué)會高級會員等多個學(xué)術(shù)職務(wù)，在國內(nèi)外著名期刊如 Nano Lett.、APL、《物理學(xué)報》等發(fā)表論文 50 余篇，他引 600 余次，在學(xué)術(shù)界具有一定的影響力。
聚焦 CVD 技術(shù)，破解低維材料制備難題
以CVD為核心破解低維材料制備難題，既斬獲多項發(fā)明專*，更在補齊技術(shù)短板上持續(xù)發(fā)力。
談及目前的研究方向，劉林生副教授介紹，他主要從事半導(dǎo)體光電器件方向研究，當(dāng)前重點圍繞低維光電材料的生長、器件工藝及器件應(yīng)用展開工作，涉及太赫茲光電導(dǎo)天線、雪崩光電二極管以及微型光譜儀芯片的研制。而在低維材料制備方面，化學(xué)氣相沉積法（CVD）是他團隊的核心技術(shù)手段。
對于 CVD 法的核心原理，劉林生副教授用通俗的語言解釋道：“CVD 就是利用各種氣體攜帶我們需要的源，在高溫條件下反應(yīng)生成納米線、二維材料等所需物質(zhì)。同時，通過我們自己搭建的氣路控制系統(tǒng)和相應(yīng)的支架系統(tǒng)，在生長低維材料的過程中還能加入生長異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)更復(fù)雜的功能。"
選擇 CVD 法，并非偶然。劉林生副教授指出，與分子束外延（MBE）、金屬有機化學(xué)氣相沉積（MOCVD）等方法相比，CVD 法具有顯著優(yōu)勢。首先，價格便宜，這使得國內(nèi)外眾多實驗室都能配備該系統(tǒng)，為科研普及提供了便利；其次，靈活性高，通過更換石英管，同一臺 CVD 設(shè)備就能制作不同材料的器件。“像 MBE、MOCVD 這類高*設(shè)備，加入某種源后若想更換新源，需要對腔體進行清理，清理不當(dāng)甚至?xí)?dǎo)致設(shè)備報廢，所以通常設(shè)備固定后材料體系就固定了。但我們的 CVD 設(shè)備，既能生長三五族、二六族材料，也能生長四六族材料，還能將不同材料混合使用，大大擴展了實驗的可能性。" 此外，CVD 法還能實現(xiàn)低成本化，為材料商業(yè)化前的原型研究提供有力支持。目前，劉林生副教授團隊已憑借該技術(shù)拿到多個專*，部分參數(shù)甚至接近高*設(shè)備水平。
當(dāng)然，CVD 法也并非完*無缺。不過，劉林生副教授及其團隊正不斷攻關(guān)，致力于彌補其短板，進一步提升該技術(shù)在低維材料制備中的性能。
▍相關(guān)專*清單
1.名稱：《一種硅基III-V族軸向異質(zhì)結(jié)垂直納米線陣列APD器件及生產(chǎn)工藝》，專*號：ZL 2021 1 0410344.X
2.名稱：《一種金屬納米顆粒制備裝置》，專*號：ZL 2020 2 0336560.5
3.名稱：《一種半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米線的生長裝置》，專*號：ZL 2024 2 0006788.6
4.名稱：《一種半導(dǎo)體材料的高溫快速退火裝置》，專*號：ZL 2024 2 0250845.5
5.名稱：《一種太赫茲光電導(dǎo)天線支架裝置》，專*號：ZL 2024 2 0251198.X
6.名稱：《一種改進型的金銀合金納米顆粒制備裝置》，專*號：ZL 2021 2 0981031.5
7.名稱：《一種納米線多色近紅外光電探測器》，專*號：ZL 2021 2 0415521.9
依托先進設(shè)備，加速科研成果轉(zhuǎn)化
科研的突破，離不開先進設(shè)備的 “助攻"。在劉林生團隊的實驗室里，卓立漢光的檢測設(shè)備協(xié)同發(fā)力，為研究提供精準支撐。
在科研過程中，先進的檢測設(shè)備對于驗證器件性能、優(yōu)化制備工藝至關(guān)重要。劉林生副教授表示，卓立漢光的相關(guān)設(shè)備為他們的研究提供了重要支持。目前，他們使用的卓立漢光系統(tǒng)包括變溫PL光譜系統(tǒng)和太陽能電池外量子效率測試系統(tǒng)。
“這些系統(tǒng)能對我們生產(chǎn)的材料進行表征，幫助我們了解材料的純度、結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵信息，為后續(xù)的器件研發(fā)和工藝優(yōu)化提供了精準的數(shù)據(jù)支撐，讓我們能更快速地推進研究進程，加速科研成果向?qū)嶋H應(yīng)用的轉(zhuǎn)化。" 劉林生副教授說道。
展望應(yīng)用前景，指明產(chǎn)業(yè)化方向
憑借跨域科研經(jīng)歷，劉林生對低維材料器件的應(yīng)用前景有著獨到判斷。錨定兩大核心方向，全力推進產(chǎn)業(yè)化落地。
憑借多年的研究經(jīng)驗以及在海外的工作經(jīng)歷，劉林生副教授對納米線器件及材料在太赫茲、類腦計算等領(lǐng)域的應(yīng)用前景有著獨到的見解。
他介紹，團隊目前主要聚焦兩大方向，首先是光電探測與光電器件。其中，太赫茲器件相關(guān)研究依托國家自然基金項目開展，主要研發(fā)太赫茲光電導(dǎo)天線，用于產(chǎn)生和探測太赫茲波。“這一方向的研究已非常接近產(chǎn)業(yè)化，我們已安排學(xué)生推進芯片產(chǎn)業(yè)化工作，準備搭建太赫茲時域光譜儀。該光譜儀可應(yīng)用于大健康、生物醫(yī)療、物質(zhì)探測等領(lǐng)域，而且太赫茲波相比X射線更安全，市場潛力巨大，目前也已得到華為的關(guān)注。"
另一方向則是納米線、二維材料的生長以及雪崩光電二極管探測器的研發(fā)，團隊同樣拿到了包括發(fā)明專*在內(nèi)的多個專*，并在不斷推進相關(guān)研究。劉林生副教授表示，太赫茲光電導(dǎo)天線所使用的材料通過分子束外延技術(shù)在中科院物理所生長，而納米線、二維材料則可在團隊改造的 CVD 系統(tǒng)中生長，且已實現(xiàn)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的生長突破，為后續(xù)產(chǎn)業(yè)化奠定了堅實基礎(chǔ)。
在他看來，太赫茲領(lǐng)域的相關(guān)應(yīng)用有望率*實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化突破，尤其是太赫茲時域光譜儀在多個民生及工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，將為行業(yè)發(fā)展注入新的活力。
以赤誠情懷，助力國產(chǎn)設(shè)備發(fā)展
2017 年與卓立漢光結(jié)下了 “科研伙伴" 之緣。談及選擇的理由，他的回答既有 “理性考量"，更有 “情感溫度"。
作為卓立漢光的長期用戶，劉林生副教授從 2017 年來到廣西師范大學(xué)后便開始與卓立漢光合作，后續(xù)又陸續(xù)采購了多臺設(shè)備。談及一直選擇卓立漢光光譜儀的原因，他提到了兩方面因素：一方面是實實在在的性價比，與國外設(shè)備相比，卓立漢光的設(shè)備價格更具優(yōu)勢，能在保證性能的前提下降低科研成本；另一方面則是出于對國產(chǎn)設(shè)備的情懷，“我還是喜歡用國內(nèi)的設(shè)備，現(xiàn)在我們實驗室購買的很多設(shè)備都是國產(chǎn)化的，也希望能為國產(chǎn)設(shè)備的發(fā)展貢獻一份力量。"
同時，劉林生副教授也對卓立漢光未來的設(shè)備升級提出了期望。他表示，隨著國外對相關(guān)設(shè)備的禁運和限制，發(fā)展國產(chǎn)光電設(shè)備已成為大勢所趨，卓立漢光在這一領(lǐng)域做得非常出色。“我希望未來卓立漢光能根據(jù)科研人員的個性化需求，提供設(shè)備搭建和定制化服務(wù)。不僅能為我們節(jié)省時間和精力，對國內(nèi)其他科研人員來說也是一大福音。畢竟，科研的重大進步往往伴隨著設(shè)備的升級，新的測試手段才能推動重大突破的產(chǎn)生。"
從深耕 CVD 技術(shù)到推動太赫茲器件產(chǎn)業(yè)化，從依托先進設(shè)備加速科研進程到支持國產(chǎn)設(shè)備發(fā)展，劉林生副教授始終在半導(dǎo)體光電器件領(lǐng)域腳踏實地、不斷探索。相信在他及眾多科研工作者的努力下，我國在該領(lǐng)域的研究將不斷取得新突破，為行業(yè)發(fā)展創(chuàng)造更多可能。
【致卓立漢光的同行者】
感恩相伴，不負信賴！
【老師簡介】
劉林生，廣西師范大學(xué)電子與信息工程學(xué)院/集成電路學(xué)院，廣西類腦計算與智能芯片重點實驗室，廣西高校集成電路與微系統(tǒng)重點實驗室，副教授，碩士生導(dǎo)師，IEEE會員/IEEE光電子分會會員，中國光學(xué)工程學(xué)會高級會員，中國電子學(xué)會會員，廣西電子學(xué)會專家委員會委員，廣西人工智能學(xué)會會員，本碩博畢業(yè)于蘭州大學(xué)，曾在法國國家科研中心（CNRS）、巴黎十一大/巴黎薩克雷大學(xué)（2024年軟科ARWU世界排*第12，2019年US News世界排*第30）、希臘國家研究與技術(shù)基金會（FORTH）、中科院物理所、中科院半導(dǎo)體所等國內(nèi)外著名機構(gòu)學(xué)習(xí)與工作多年，現(xiàn)從事太赫茲天線、低維光電器件和微型光譜儀及相關(guān)應(yīng)用等方面研究工作，在國內(nèi)外著名期刊如Nano Lett. , APL, 《物理學(xué)報》等發(fā)表論文50余篇，他引600余次。
主要研究方向：主要從事低維尺度下的納米光電材料生長、光電器件制備與應(yīng)用研究。具體有：太赫茲輻射源/探測器制備（6G通訊、安全檢測、生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用等的核心器件），低溫材料生長及光電器件應(yīng)用（如微型光譜儀、光電探測器等）。
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