青千杨树:对科研的热爱无关性别和年龄

2018-03-06 光明日报

  许多人因“90后女博导”而注意到她。可她说:“对科研的热爱无关性别和年龄。”她是杨树,第十二批国家“青年千人计划”入选者,浙江大学电气工程学院“百人计划”研究员,博士生导师。

  2016年8月,年仅26岁的杨树加盟浙江大学电气工程学院,是当时比较年轻的“青年千人计划”入选者。

  16岁进入复旦大学微电子学专业学习,24岁获香港科技大学电子计算机工程博士学位,曾任香港科技大学客座助理教授,在英国剑桥大学从事博士后研究。近5年来,她在电力电子器件领域权威期刊、电子器件和功率半导体顶级会议等发表论文60余篇。

  杨树所在团队从事的是宽禁带半导体电力电子器件的设计、微纳制造及可靠性研究。电力电子技术目前管理和控制着超过50%的电能,广泛存在于我们日常生活的各个方面,小至手机充电器,大到电网、高铁等。“就像集成电路中的晶体管控制着信号的传输和处理一样,电力电子器件其实是控制着能量的传输和转换,它是各种电力装置的心脏。”杨树强调。

  电能的“发、输、变、配、用”各个环节都需要电力电子技术实现电压等级或直流/交流模式的转换。电力电子技术的核心是基于半导体材料的电力电子器件。开发高效、可靠的半导体电力电子器件对提高能源使用效率和节能减排意义重大,这也是杨树所在团队的攻坚任务。

  在国际上,以碳化硅和氮化镓为代表的第三代半导体电力电子器件如今正展现出前所未有的市场潜力和应用前景。一片几毫米见方的芯片,能够阻断数千伏的高压和导通几十安培的电流。与传统的半导体材料硅相比,氮化镓和碳化硅具有更大禁带宽度、更高临界击穿场强和更高电子饱和漂移速率,可将器件性能提高几十倍甚至上百倍,有助于实现高能效、高功率密度的功率转换系统,有着广泛的应用前景。

  国内在碳化硅和氮化镓电力电子器件方面的研究工作起步较晚,目前与美国、日本等国家相比仍存在一定差距,一些尖端技术被国外公司垄断,受制于人,学界和产业界都亟须打造具有国家自主知识产权的半导体电力电子器件。

  目前,杨树和团队所研究的基于同质外延技术的新型垂直结构氮化镓器件,能够有效拓展器件的耐压和功率等级,实现更低的导通和开关损耗,克服传统结构所面临的动态性能退化问题。

  在浙江大学玉泉校区的电力电子器件实验室,杨树向记者展示了氮化镓和碳化硅器件样品。从外延片开始,经过光刻、离子注入、薄膜沉积、刻蚀、金属化等一系列微纳加工工艺之后,可以制造出耐压几千伏、具备极低导通电阻和快速开关能力的器件,在智能电网、轨道交通、新能源汽车、消费类电子等领域有着广阔的应用前景。

  据了解,氮化镓和碳化硅的许多相关实验,都需要在超净间中完成。位于苏州的浙江大学苏州工业技术研究院电力电子器件实验室,为芯片制备提供了良好的实验条件。杨树很感激学校和学院的实验平台,以及很多老师和前辈的指引和帮助。她说:“我有幸能够加入这样一个优秀的集体,从事自己喜欢的工作。未来的路还很长,我们很珍惜已有的平台,会一步一个脚印走下去,也希望在这个过程中能够为本学科的发展贡献绵薄之力。”

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