【产业新闻】氧化镓的未来潜能推进学术圈研究热度

喜报｜祝贺我院两支队伍获评浙江理工大学2022年度研究生优良学风（示范）团队

浙江理工大学2022年度研究生

优良学风（示范）团队评选结果公布

浙理工氧化镓团队

获评“ 优良学风示范团队”

心理学系研究生第二党支部

获评“ 优良学风团队”

01  浙理工氧化镓团队

团队负责人：赵天丽

指导教师：吴锋民、刘爱萍、王顺利、郭道友、吴超、胡海争

团队成员：赵天丽、成悦兴、赖黎、常蒙蒙、肖厚恩、邓李朋、马艳秀、邢志文、袁佳豪、钱松程、叶俊皓、贺怀乐、季持皓、郭曦、杨东慧、鲁普东、陈敏、陈佳豪、金烁、张广、徐航杰、金仁杰

团队简介

浙理工氧化镓团队立足于浙江理工大学理学院和浙江省光场调控技术重点实验室，长期致力于超宽禁带半导体材料生长、物性及器件的基础和产业化应用研究。课题组学术成果丰厚，学术氛围积极、和谐、融洽。团队成员间在实验与比赛过程中充分体现了高年级带动低年级互帮互助，讨论研究。

厚积薄发：氧化镓小分队的漫漫创“芯”路

面向国家需求，篆刻璀璨初心

        氧化镓小分队隶属郝跃院士团队，一直致力于面向国家重大战略与需求开展相关研究。随着应用领域的科技不断进步，更小体积更小重量的高耐压功率器件需求日益增加，同时在例如电动汽车、通讯基站等发展驱动下，期待有更高效的电力电子器件出现。氧化镓材料具备禁带宽度大、临界击穿场强高和N型掺杂易可控等优异材料特性，因此可以为未来电网、电力牵引、电动汽车以及大功率武器装备提供更优异的解决方案，具有非常大的社会价值和学术意义。而目前氧化镓基功率器件的研究难点主要围绕在实际器件击穿性能低、没有P型材料以及器件的垂直结构制备困难等问题，因此我们团队采取分工合作、逐个击破的战略，在系统研究了先进的氧化镓基肖特基势垒二极管、异质PN结、水平结型场效应晶体管和垂直Finfet功率器件后，制备的氧化镓功率器件均达到国际最高水平。

路虽远，行则可至

        科研之初我们面临着诸多的未知与坎坷，在刚开始接触氧化镓器件这个方向时，我们时常会对未来充满迷茫，对研究方向也十分困惑。每当此时，我们便会向导师郝跃院士进行请教，郝老师都会耐心地对我们的研究思路提出很多宝贵的意见，从大方向的制定到小实验细节的把控，对我们倾注了大量的血，每次从郝老师办公室出来，大家都感到豁然开朗，同时也有了极大的信心，继续瞄准难点深究下去。在科研路上，有很多痛并快乐的故事。我们为了高效完成实验，经常会把实验时间安排得满满当当，早上9 点钟开始，晚上12 点钟结束，由于实验必须在超净间内完成，因此很多时候连喝口水的机会都没有，甚至有时也会因为时间安排紧凑，连吃饭时间也挤不出来，在实验室门口狼吞虎咽塞几口面包当作晚饭已经是我们习以为常的事情，甚至有时连这个也是一种奢望。虽然做实验的过程很辛苦，但是在实验完成之后，当实验数据有了新进展的时候，每个人都十分兴奋与激动，之前所有的痛苦与疲惫仿佛都不存在了。搞科研，不是肯投入时间、能吃苦，就能获得成果。每一项实验都需要精细的设计和谨慎的执行。实际操作时，往往会因为一些容易忽视的细节，扰乱实验计划。有一天我们测试样品，测了将近一个上午，曲线一直在抖动，我们呼叫了周弘老师，周老师过来检查了我们的参数设置和设备接线发现没有问题，又摸了摸设备的顶部，说道：“咱们吃饭去，设备太烫了，让它冷静冷静，吃完回来再测”，就这样，我们吃完午饭后回来测试，曲线果然正常了。有时候一个细节就是关键，微电子正是如此，从收集数据、分析数据、完成报告、做出结论，这一切都需要耐心与毅力，最重要的是，每一步都需要专业知识和经验。只有凭借自己的智慧和实践，踏实细心，才能完成一次成功的实验。

知之愈明，行之愈笃

        得知创“芯”大赛报名消息后，从未参加过比赛的我们，依靠多年在同一课题组做研究所培养的默契，一拍即合。在报名前一天，“氧化镓小分队”组队成功，三个人的力量拧成一股绳，向最高的目标发起全力冲刺。因为研究方向的契合度较高，我们一开始就有了比较明确的方向，在仔细浏览了参赛通知、往年优秀作品后，又向往年创“芯”大赛中取得好成绩的师兄请教，确认清楚比赛的重点，认真学习所欠缺的专业知识，最终确定初筛的汇报题目为“基于氧化镓大功率二极管及场效应晶体管的研究”。确定好题目后，在准备初赛PPT 环节，基于每个人之前的科研积累，顺利分工，汇稿后，在原有的PPT 基础上增加了动画，让整个工作更加直观地展示给观众。PPT讲解部分，我们三个人做了多次模拟预排，控制PPT 讲解的语速和语调，在此过程中再对PPT 内容进行修正，不断打磨才有了最终版本。功夫不负有心人，我们顺利入围了创“芯”大赛的决赛。时值八月，在学院老师的带领下，我们来到了决赛的举办地——以“东南名郡”著称于世的杭州。决赛共分为两轮，第一轮是线上机试与线下笔试，第二轮是路演答辩环节。而机试环节是我们的薄弱项，时间和效率是赢取这一环节的关键。因此，赛前我们预练了近五年的题库，复习了基础知识，赛时我们分工合作，对仿真内容不断优化。幸运的是机试中的两个题目与我们的研究方向有很大的相关性，第一轮比赛顺利过关，进入了全国决赛最后的冲刺环节。决赛答辩前一天的深夜，我们还通过远程视频会议联系周弘老师，对答辩PPT 进行了预演，进一步完善了汇报内容。决赛答辩的下午，抽到第一个上场的我们刚开始还有些紧张，但是回想起各位老师给予的鼓励与肯定，焦躁的心便逐渐镇定下来。按照之前排练好的模拟汇报，从研究意义、研究内容、项目结果和未来畅想等方面进行了详细展示，在评委问答环节，也将平日所学所想充分发挥了出来。最终，依靠扎实的专业基础、具备创新实践意义的研究成果，我们从全国503 支队伍中脱颖而出，拿到了大赛最高奖项⸺“创芯之星”。

NREL展示新型氧化镓模块

        对于美国国家可再生能源实验室（NREL）电力电子首席研究员费萨尔汗来说，从事可再生能源事业是个人的事。费萨尔汗在孟加拉国首都达卡长大，达卡是世界上人口最稠密的城市之一。在他的家人与汽车和二冲程摩托车造成的空气污染作斗争的同时，他还看到他们与国家电网故障造成的停电作斗争。电力质量变得如此糟糕，以至于在十年级时，Khan和他当地科学俱乐部的几名成员自学了如何建造UPS不间断电源，这样他们的家人就可以在停电时获得备用电源。

        现在，作为美国唯一一个专注于可再生能源的国家实验室——能源部NREL的电力电子首席研究员，Khan正在领导该实验室的一个转型项目，专注于一种名为氧化镓的超宽带隙材料。该项目涵盖三个不同的NREL研究中心：综合移动科学中心，Khan是该中心的一部分；材料科学中心；以及电力系统工程中心。该团队的目标是使NREL成为一家一站式工厂，能够制造具有内置智能和先进冷却系统的新型氧化镓电源模块。Khan解释说，电源模块的工作原理就像乐高积木：一旦被放入电动汽车，如汽车甚至飞机，它就会使用氧化镓将电池电压（直流形式）转换为驱动电机所需的三相交流电。这是大多数电动汽车的标准做法，它们使用电源模块充电和转换电池电量来运行电机和变速。但NREL的设计绝对是独一无二的。通常，电源模块需要少量电力才能运行，通常情况下，它们通过电缆或电线连接到高压系统。Khan带领NREL团队设计了一种完全无线供电的电源模块。由于不需要特殊布线，该设备与更广泛的电动汽车兼容。此外，NREL的设计将比商用电源模块更加坚固。由于氧化镓（一种强大、高度坚固的半导体材料）的特殊特性，该器件将能够承受功率转换器内部开关操作产生的高温。该团队还致力于使该设备“智能”：它将配备一个块，可以无线监测模块的健康状态，并在组件故障发生之前预测组件故障，有助于使电动汽车比以往任何时候都更可靠。Khan团队正在开发的功率模块设计为便于制造：Khan估计，由于其无线控制和监控系统，整个牵引逆变器可以在大约30分钟内建成。它的每一个附加功能，从热管理到实时监测系统的健康状态，都旨在使电力转换系统对行业采用者具有吸引力。