科创师说丨自己动手修设备、做半导体器件……这位年轻的浙大老师为何对“动手能力”如此看重？

科创师说

师者，所以传道授业解惑也。浙大杭州科创中心就有一群这样值得尊敬的人，他们低调踏实深耕教育事业，他们勇于创新探索产教融合模式，他们源源不断为集成电路产业输送一流人才。他们是教师也是科技工作者，想了解他们的故事吗？中心正式推出“科创师说”系列报道，每周一更，带您走近在科创中心的每位教师，为您讲述他们背后的故事。

张睿

浙大微纳电子学院副教授，博士毕业于日本东京大学电子工程系，主要从事基于Ge、III-V等半导体材料的高迁移率器件技术领域的研究。近年来在国际会议和期刊上发表论文100余篇，包括第一作者发表集成电路器件领域旗舰会议IEEE IEDM论文4篇，VLSI Sympsia论文3篇，SCI引用3000余次。研究成果多次作为IEDM等会议亮点论文展示，并获2013年度IEEE Paul Rappaport奖（排名第1）、2013年北京市科学技术三等奖（排名第4）等奖励10余项。

超净室中，一颗小米米粒大小的灯丝正夹在张睿手中的镊子上。别小看这个零件，它的价格高达80万日元，眼前这台集成电路高端设备能不能被修好，和它可是关系密切。就在关键档口，镊子突然一滑，灯丝被夹坏了。

“坏了！闯祸了，这要怎么和导师交代？”这是张睿脑子当时冒出的第一个想法。但令他万万没想到的是，导师听到报告后不仅没有责备，还拿给了他一包新的灯丝，并嘱咐：拿去继续尝试，直到修好设备为止！

多年以后，说起这件事，已经是浙江大学微纳电子学院副教授的张睿老师依旧是感叹不已。在张老师看来，这是一种信任，一种包容，更是一种要求。这种要求就是：作为集成电路的学生，必须有实际动手能力！

自己动手维护设备，并非导师的一时兴起。事实上，张老师博士期间所使用的三台验室设备，日常维修工作都是由自己完成的。“谁使用，谁维护”已经成了实验室的一条铁规。全手动的操作让张老师对实验每个步骤的原理都烂熟于心，也为他日后的科研工作打下了坚固基础。

创新探索就是为未来提供更多可能性

拥有了扎实的基础知识，张老师在新型半导体器件工艺及器件物理领域展开了系统性的深入研究，尤其在锗基器件工艺领域，针对锗沟道场效应晶体管器件中面临的问题展开了系统的研究。

张老师说，自己喜欢一口气做好一件事。他经常是中午12点左右进入超净间，半夜12点左右才做完实验出来。但是走出实验室并不意味着一天工作的结束，做测试、整理分析数据，一套流程走完，往往就是凌晨三四点，这样的生活，对求学和做项目时的张老师来说，几乎是常态。

不过功夫不负有心人，不久，日复一日的付出有了结果。

由于很高的理论电子和空穴迁移率，锗晶体管被视为未来CMOS技术中替代硅晶体管最有希望的候选者，但是如何获得同时具有优异电学性能和超薄厚度的锗基栅极，一直是制约锗晶体管产业化的瓶颈。张老师在研究过程中，首次开创了利用等离子体后氧化法实现高质量超薄锗基栅极和锗沟道场效应晶体管。打破了锗晶体管的世界纪录，并在世界上第一次实现了超薄栅极情况下同时超越硅晶体管电子和空穴迁移率的锗晶体管。该研究提出了基于极薄氧化锗进行锗沟道场界面钝化的方法，并首次展示了锗晶体管在未来CMOS技术中替代硅晶体管的可能性。

正是这项科研成果，让刚过而立之年的张老师在2014年获得了IEEE Pual Papport大奖。据了解，这是IEEE电子器件分会的年度最佳成果奖，每年在世界范围内选出1项，以表彰其在电子器件领域所做出的转折性贡献，因此这个奖项也被看作是电子器件领域的最高奖项之一。

张老师说，做科研的定位要高，目光要长远，设计器件的时候往往考虑到10年的发展变化。在他看来，研究锗器件的真正意义在于作为一种补充，开拓一种可能性。这就好比在茫茫太空中寻找一颗与地球相似的星球，它的存在，或许在未来某一天，就能够给人类更多选择。如今，张老师研发的锗基器件具有开启速度快、功耗低等优势，在高速逻辑器件以及超大规模集成电路等领域拥有广阔的应用前景。

让学生多动手 技术的颠覆从这里开始

日本的留学经历给张老师留下了极深印象，培养学生的动手能力和扎实的基础知识，成为了张老师的一种理念，现在他将这种理念带到了浙大。张老师实验室所使用的设备几乎都是手动的，遇到问题他也要求学生自行修理。

“为什么要使用手动设备？为什么要自行修理？为的就是让学生在动手过程中，充分理解原理。”张老师说，随着时代发展，很多实验室都会使用全自动化设备，学生往往只知道机械地去按键，并不知道物理现象产生的原因。亲自动手操作每个流程看上很“土”，却能让学生印象深刻，教学效果反而更好。

在浙大微纳电子学院，每个老师对学生都有自己的独特要求。而张老师课题组对学生的要求就是：每个人毕业时候都必须能够自己动手做器件。

理想情况下，器件制作的工艺总是能够适应设计，但实际上，由于工艺水平的限制，目前器件设计是需要和工艺相互适应的，自己动手做器件，为的就是更好掌握设计与工艺之间的平衡，而不是在实验室里“闭门造车”。

张老师告诉小编，学习集成电路产业的人，都知道单晶硅制作的流程。这个过程中，首先需要利用硅晶种从熔融硅中缓慢提拉出硅晶棒。在他看来，如果把产业的发展比喻成制作单硅晶的过程，那么高校就应该扮演“硅晶种”作用，不仅要为产业中的具体需求服务，更重要的是能够做出引领产业发展方向的研究。

张老师表示，当前集成电路产业中广泛采用的应变硅、FinFET等颠覆性技术都是来源于高校的科学研究，他希望在自己、同事和学生们的努力下，探索集成电路发展的先导技术，为中国集成电路产业的发展贡献力量。

采访快结束了，小编问张老师，除了做科研，您还有什么爱好？

这位来自西安的汉子有点不好意思地笑了，他说工作太忙，闲下来最大的爱好就是“美食”。四处探访美食，自己亲手做美食，和家人分享美食，都是他的心头爱。

爱科研、爱美食、爱生活，想不到一丝不苟做学术的张老师私下也是位“美食家”。最后，小编也欢迎大家常来浙大杭州科创中心转转，说不定就能与这位有趣又有才的张睿老师偶遇呢！

最后，再插播一条预告，2020年12月18日（本周五）上午9点，“芯”语“芯”愿系列学术讲座将在浙大杭州科创中心10号楼如期举行，本期主讲人就是本文主人公：张睿老师！他带来的主题是：Ge沟道器件的挑战与机遇。如果您也有兴趣，欢迎您扫码报名，报名成功后，我们将以邮件的形式通知哟！

本文编辑：陈小兵 罗浩强

责任编辑：吴瑶瑶

审核：王恩禹

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