□李吉亮
出生在1972年的赵德刚,如今已是中国科学院半导体所研究员、博士生指导老师、2009年度国家杰出青年科学基金获得者。1994年、1997年在电子科技大学微电子科学与工程系分别获得学士、硕士学位,2000年在中国科学院半导体研究所获得博士学位,随后留所工作至今。已经在Applied Physics Letters等著名学术刊物上发表SCI论文100多篇,国家授权发明专利7项,撰写中文、英文专著各一章。
没有留学、访问等国外痕迹,对于这份履历,赵德刚总是幽默地称之为“纯本土科研工作者”。而善于思考,则是这位“纯本土科研工作者”的最大特点。
做有意义的事
攻读博士学位,对赵德刚来说,是一个转折。之前,他还在涉足微电子领域,之后,则开始转向光电子,主要从事GaN基光电子材料生长与器件研究,特别是对氮化镓(GaN)基紫外探测器的材料生长机理、材料物理及器件物理有较深入的理解和认识。
“GaN材料和器件的研究具有极强的社会意义,在宇宙飞船、火灾告警、大气监测、紫外通信等等领域都有重要的应用价值。”据赵德刚介绍,红外探测器有很广泛的应用,但是红外探测器存在着无法忽视的弱点:能够发射红外线的物体太多,很容易受到如太阳光等的干扰;必须外加低温系统才能工作,而复杂的低温设备增加了监测系统的重量,也降低了监测系统的可靠性;抗辐照能力差,很容易受到干扰和损坏。与之相比,号称“日盲(太阳盲)”的氮化镓基紫外探测器可以对太阳光等的干扰视而不见。由于氮化镓材料的禁带宽度大,热稳定性和化学稳定性好,氮化镓基紫外探测器的耐高温性和耐腐蚀性都远远好于红外探测器,完全可以在室温、高温和各种苛性环境下工作。而且,氮化镓基紫外探测器抗辐照能力强,增加了监测系统的可靠性。“氮化镓基紫外探测器具有太阳光盲、不需要浅结工艺、量子效率高、能够在高温和苛性环境下工作等不可比拟的优点,在实际应用中可以做到虚警率低、灵敏度高、抗干扰能力强,如果把红外探测器和紫外探测器并行使用,可以极大增加监测系统的可靠性、准确性。”
正因为GaN基紫外探测器的广泛应用前景,紫外探测器的研究对于我国高科技发展具有十分重要的意义,赵德刚在这一领域不遗余力地进行了研究,并三次获得国家“863”计划、两次获得国家自然科学基金等重要支持和资助。
推陈出新
博士毕业刚满一年,赵德刚就得到了国家“863”项目的支持,开展起“GaN紫外探测器”研究,在材料方面,他发现了刃位错是重要的载流子散射中心,深入研究了低温缓冲层生长机制,大幅度地降低了缺陷密度,本征GaN材料的室温电子迁移率超过1000 cm2/Vs,到目前为止,这是国际报道的最好结果之一。在器件方面,成功制备出肖特基结构、PIN结构GaN紫外探测器,以及1×64元GaN紫外探测器线列,还发明了几种新结构和新器件。
在接下来的“863”滚动支持和“十一五863项目”资助下,他又通过GaN和AlN缓冲层的对比研究实验,优化出一种低温和高温AlN缓冲层结合的制备高质量的AlGaN材料方法,较好地解决了GaN上生长AlGaN的裂纹问题,还进一步生长出高质量背照射的探测器结构材料,并且成功应用于器件制备;同时,开展了AlGaN材料中Al组分的控制、掺杂机理的研究,还通过对AlGaN的氧化特性的研究,找到了抑制方法,研究了退火气氛、退火温度、退火时间等工艺条件,得到了良好n-AlGaN和p-AlGaN的欧姆接触特性;更进一步研究了铟柱生长和互连工艺技术,实现了紫外芯片和读出电路的互连,最终研制出128×128太阳盲GaN基紫外探测器阵列;另外还较好地解决了GaN的P型掺杂问题,研制出大尺寸光敏面的GaN紫外雪崩探测器(APD),进一步拓展了紫外探测器的应用领域。
“器件的基础是材料,材料质量对器件性能影响极其重要,而研究其物理性质对改善材料质量有很大帮助。我还要特别感谢国家自然科学基金的支持,让我能够自由地进行基础物理性质研究,把物理、材料、器件紧密结合起来。”赵德刚这样解释他的研究思路。近来,他又在氮化铝(AlN)研究上取得了突破,“氮化铝也是氮化镓的系列材料,同样是探测器方面很重要的材料。国际上制备氮化铝通常都要在1300~1400℃的高温下进行,但由于设备昂贵,我国只能达到1100℃的条件。我一直在考虑能否在常规设备条件下做出不常规的东西,一直在为此努力,直到近一段时间,才提出了一种新的生长原理和方法。”这项成果目前还未发表,但提及于此,赵德刚依然满怀欣喜。于“十二五”开局之际有此突破,他对未来的研究更加自信,也对自己提出了新的希望,“对材料、物理深入研究,做出更好的器件。”
作为我国自己培养出来的科学工作者,在中国共产党90岁生日之际,赵德刚表达了对党的感激和崇敬之情:“我个人的成长每时每刻都离不开党的培养和教育,党营造了和平的发展环境、让我们安心学习,党提供了良好的科研条件、让我们在国内也能做出国际先进水平的学术工作。我相信在党的领导下,一定能早日实现中华民族的伟大复兴!”
《科学时报》 (2011-07-01 A20 贺建党九十华诞 展科技创新风采)