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王占国

2018-08-30 313 字号

王占国,男,汉族,1938年12月29日生于河南省镇平县,1962年毕业于南开大学物理系。中国科学院半导体所研究员,半导体材料物理学家。


半导体材料物理学家。1938年12月29日生于河南省南阳市镇平县。1962年毕业于南开大学物理系。中国科学院半导体所研究员。早期致力于半导体材料光电性质和硅太阳电池辐照效应研究。从1980年起,主要从事半导体深能级物理和光谱物理研究,提出了识别两个深能级共存系统两者是否是同—缺陷不同能态的新方法,解决了国际上对GaAs中A、B能级和硅中金受主及金施主能级本质的长期争论。提出混晶半导体中深能级展宽和光谱谱线分裂的物理模型,解释了它们的物理起因。提出了GaAs电学补偿五能级模型和电学补偿新判据。协助林兰英先生,首次在太空从熔体中生长了GaAs单品并对其光电性质作了系统研究。近年来,他领导的实验组又在应变自组装In(Ga)As/GaAs,In(Ga)As/InAlAs/InP等量子点(线).与量子点(线)超晶格材料生长和大功率量子点激光器研制方面获得突破。最近,他又提出了柔性衬底的概念,开拓了大失配材料体系研制的新方向。1995年当选为中国科学院院士
个人生平
1962年毕业于南开大学物理系,同年到中科院半导体所工作。1980年10月-1983年11月赴瑞典隆德大学固体物理系进修,从事半导体深能级物理和光谱物理研究。1986年任半导体所研究员,材料室主任;1990年博士生导师,副所长;
从1990年起先后任中科院半导体材料科学实验室主任、学委会主任,国际半导体和半绝缘材料,国际半导体缺陷识别、成像与物理会议等多个顾问委员会委员;2002年国际材联电子材料会议副主席兼程序委员会主席;2004年和2005年国际半导体和绝缘体材料会议和国际半导体缺陷识别、成像与物理会议主席。
1991–2001年任国家高技术新材料领域专家委员会委员、常委、功能材料专家组组长,因对“863”计划做出突出贡献,2001年“863”计划十五周年时,被科技部授予先进个人称号;1996–2000年任国家S-863计划纲要建议软课题研究新材料技术领域专家组组长;2003年国家材料中长期科技发展战略研究新材料专家组组长;1996-2002年和2006-国家自然科学基金信息学部半导体学科评审专家组组长;国家科技奖励评审专家;天津经济技术开发区、河南郑州经济技术开发区等顾问;从1992年起先后任南京大学、西安交大、山东大学、河南大学和南开大学等多所高校兼职教授和多个国家、部门开放实验室学术委员、副主任和主任委员;多个国内学术刊物编委,中国电子学会高级会员、常务理事、半导体和集成技术分会主任,中国材料研究学会常务理事、副理事长;北京市人民政府第八届专家顾问团顾问和天津市人民政府特聘专家等。1995年当选为中国科学院院士,现任信息学部常委。

个人成就

主要从事半导体材料、器件辐照效应和光学、电学性质研究。其中,硅太阳电池电子、质子辐照效应研究成果为我国人造卫星用硅太阳电池定型(由PN改为NP)投产起了关键作用;受中国人民解放军第14研究院的委托,他负责制定了我国电子材料、器件和集成电路辐照效应研究方案和实施计划,电子材料、器件和集成电路的电子、质子、中子和射线的静态、动态和核爆瞬态辐照实验结果为中国航天事业、核加固、核突围和电子对抗等国防工程做出了贡献。
1971-1980年,他负责设计、建成了低温电学测量和光致发光实验系统,并对GaAs和其它III-V族化合物半导体材料的电学、光学性质进行了研究。其中,体GaAs热学和强场性质的实验结果以及与林兰英先生一起提出的“GaAs质量的杂质控制观点”,对我国70年代末纯度GaAs材料研制方向的战略转移和GaAs外延材料质量在80年代初达国际先进水平贡献了力量。
1980-1983年,经黄昆和林兰英两位所长推荐,他作为访问学者,赴国际著名的深能级研究中心瑞典隆德大学固体物理系,从事半导体深能级物理和光谱物理研究。在国际该领域的权威H.G.Grimmeiss教授等的大力支持和合作下,做出了多项有国际影响的工作,如提出了识别两个深能级共存系统两者是否是同一缺陷不同能态新方法,解决了国际上对GaAs中A、B能级和硅中金受主及金施主能级本质的长期争论;提出了混晶半导体中深能级展宽和光谱谱线分裂的物理新模型,解释了它们的物理实质;澄清和识别了一些长期被错误指派的GaAs中与铜等相关的发光中心等。在这期间发表的10篇论文,截止1995年5月,被引用200余次。
1984-1993年,在半导体材料生长及性质研究中,先后负责承担多项国家自然科学基金、国家重点科技攻关和国家高技术“863”研究课题。提出了GaAs电学补偿五能级模型和电学补偿新判据,为提高GaAs质量器件与电路的成品率提供了依据。与人合作,提出了直拉硅中新施主微观结构新模型,拚弃了新施主微观结构直接与氧相关的传统观点,成功地解释了现有的实验事实,预示了它的新行为;在国内率先开展了超长波长锑化物材料生长和性质研究,并首先在国内研制成功InGaAsSb,AlGaAsSb材料及红外探测器和激光器原型器件。协助林兰英先生,开拓了我国微重力半导体材料科学研究新领域,首次在太空从熔体中生长出GaAs单晶并对其光、电性质作了系统研究,受到国内外同行的高度评价。
纳米半导体技术/纳米技术应用丛书从1993开始,他工作的重点已集中在半导体低维结构和量子器件这一国际前沿研究方面,先后主持和参与负责10多个国家863、国家重点科技攻关,国家自然科学基金重大、重点和面上项目以及中科院重点、重大等研究项目。他和MBE组的同事一起,在成功地生长了国内领先、国际先进水平的电子迁移率(4.8K)高达百万的2DEG材料和高质量、器件级HEMT和P-HEMT结构材料的基础上,近年来,又发展了应变自组装In(Ga)As/GaAs,InAlAs/AlGaAs/GaAs,InAs/InAlAs/InP和InAs/InGaAs/InP等量子点、量子线和量子点(线)超晶格材料生长技术,并初步在纳米尺度上实现了对量子点(线)尺寸、形状和密度的可控生长;首次发现InP基InAs量子线空间斜对准的新现象,被国外评述文章大段引用;成功地制备了从可见光到近红外的量子点(线)材料,并研制成功室温连续工作输出光功率达4瓦(双面之和)的大功率量子点激光器,为目前国际上报道的最好结果之一;红光量子点激光器的研究水平也处在国际的前列;最近,他作为国家重点基础研究规划项目“信息功能材料相关基础研究”的首席科学家,又提出了柔性衬底的概念,为大失配异质结构材料体系研制开辟了一个可能的新方向。
上述研究成果曾获国家自然科学二等奖和国家科技进步三等奖,中国科学院自然科学一等奖和中国科学院科技进步一,二和三等奖,何梁何利科学与技术进步奖,国家重点科技攻关奖以及优秀研究生导师奖等10多项;从1983年以来,先后在国外著名学术刊物发表论文180多篇,培养博士、硕士和博士后数十名。

钟情于半导体

半导体的发
展和应用中国科学院院士、中国科学院半导体研究所研究员、原副所长,中国电子学会半导体与集成技术分会主任,中国材料研究会副理事长,北京市人民政府专家顾问团顾问,973重大基础研究计划,信息功能材料相关基础问题项目首席科学家王占国:院士。对半导体的发展和应用作了一个介绍。
物质的存在形式是多种多样的,有固体的、液体的、等离子体的等等。简单说,半导体是介于导体和绝缘体物质中间的一种材料。比如说金、银、铜、铁等导体材料,他们都有着很高是电导率,导热性能也很好。另外像玻璃、陶瓷、琥珀和塑料等一类材料,它们的导电很差,导热也不好,我们称之为绝缘体。我们把介于绝缘体和导体之间的材料称之为半导体,这个很容易理解。
半导体发现的历史比较久。早在1833年的时候,英国人巴拉迪首先发现了一种叫做硫化银的材料,它的电阻是随温度的升高而降低,与一般我们知道金属的电阻是随着温度的升高而升高恰巧相反,这个现象是半导体特有的这种导电的现象的第一次的发现。1839年法国的贝克莱尔发现半导体和电解质接触形成的结,在光照下会产生一个电压,这就是后来人们熟知的光生伏特效应,这是被发现的半导体的第二个特征。
王占国:到了1873年,英国的史密斯发现硒晶体材料在光照下电导增加的光电导效应,这是半导体第三个特有的性质。
在1874年,德国的布劳恩观察到某些硫化物的电导与所加电场的方向有关,在它两端加一个正向电压,它是导通的;如果把电压极性反过来,它就不导通,这就是半导体的整流效应,是半导体所特有的第四个特征。半导体的这四个特征远在1874年以前先后都发现了,直到1911年,考尼白格和维斯两人首次使用了半导体这个名字,半导体的真正被认可是在1947年12月晶体管发明后。
王占国为什么半导体被认可需要这么多年呢?主要原因是当时的材料不纯,如果材料不纯,比如说电导随着温度的增高而增高,究竟是表面效应呢,还是其它别的一些原因?人们当时是搞不清楚的。1947年12月贝尔实验室用提纯了的半导体锗晶体发明了晶体管,半导体才正式得到了人们的认可。
:半导体给我们人类带来了很多的便利,使我们的生活发生了一个很大的变化,与几十年前半导体还没有得到广泛应用前相比,人类的生活质量得到了很大改善。半导体必须遵循摩尔定律,这个定律是美国人摩尔提出来的。
硅材料不可能无限的减小尺度,器件尺寸也不可能无限减小,到一定的程度就发生新的效应。现在的器件都是有成千上万的电子嵌在里面,把这成千上万的电子“请”出来的时候,就要发生变化,就产生记忆了。在这种情况下,当你的体积越来越小,面积越来越小,尺寸越来越小的时候,耗电量是很大的,热耗和功耗使你无法存在。按照现在的说法,每个平方厘米有十亿个元件的时候,功率不减小发的热可能就会把硅片熔化。
这时候摩尔定律遇到了新的困难。比如你要减小十个电子,五个电子,变成了量子效应,不再受统计物理的影响。一个平方厘米有一亿到十亿元件的数目,你怎么能保证在这个导电通道中,杂质原子的分布是均匀的?这很难做到。杂质原子的统计分布、掌握引起器件性能不同。
现在的器件结构,中间有一层介质是绝缘的,加上一个电压控制绝缘层下面的沟道中电子流动或者不流动,这个厚度也是随着集成度的增加在减小的。减小到几个纳米的时候,加一个很小的电压就射穿了,气电流难以控制。所以摩尔定律达到一定程度的时候,会遇到量子尺寸效应,功耗问题、击穿问题等等,这就限制了按照现在的模式继续发展下去,这就是摩尔定律受到了挑战。因为人对信息的需求是无限制的,它要追求更高的性能,为此人们就要想很多新的办法。
王占国半导体材料未来的发展趋势是积极和乐观的。它的潜力还远远没有被挖掘出来。除以上介绍的量子计算和量子通信技术之外,还有分子电子学,纳米电子学都在探索之中。如纳米电子学用什么材料?是硅、锗硅和碳纳米管材料等,都在探讨中,尚无结论。尽管如此,人们可以设想,像硅这样一个难得的好材料,是很难被废弃的。不少人认为在硅的基础上发展与其兼容的新技术是一个重要的方向,这样不仅可以充分利用硅微电子成熟的知识和技术,而且上万亿的设备投资可以继续使用。当然这只是大家的期望,科学技术的发展在某种程度上是不依人们的意志为转移的。
现在的半导体材料多是无机的,半导体材料将从无机材料为主逐步向有机/无机复合,有机/无机与生命体复合和纳米结构材料方向发展。有机半导体材料,特别是有机发光材料和有机发光二极管发展很快,已崭露头角;进一步有机/无机材料复合,有机和无机材料以及与生命体相结合,必将大大提高人类生活质量。半导体作为物质存在的一种形式,将永远存在和不断发展,并将对推动人类社会发展起着愈来愈大的作用。

个人语录

半导体的应用很广,它的第一个应用就是利用它的整流效应作为检波器,就是我们现在说的点接触二极管,即将一个金属探针触在一块半导体上,它就可以用来检测电磁波,年纪大一点的人可能还记得曾经用过的矿石收音机。
有一个足够小的岛,一个电子进到这个岛里时,如果原来这个岛里有一个电子,新来的这个电子就会受到排斥,因为岛很小,两个电子靠得很近,相互排斥很强,排斥能使系统能量升高,就会阻止第二个电子的到来,称作库伦阻塞;只能当外加电压使系统释放出这个电子后,第二个电子才能再来,这就构成了计算机的基本单元一个“比特(0和1)”。

学术成果

代表性著作 : "《纳米半导体技术》,王占国,2006-4-1,化学工业出版社
《中国材料工程大辞典》,王占国,2006-3-1,化学工业出版社
《中国材料工程大典 信息功能、材料工程》,王占国,2006-3-1,化学工业出版社
代表性论文 : "信息功能材料的研究现状和发展趋势,王占国,化工进展, 2004
储层环境岩石电阻率变化规律研究,王占国,大庆石油地质与开发, 2001
半导体薄层, 超薄层异质外延技术新进展,王占国,,中国科学基金, 1992


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