楊鑫。通訊員 攝

華聲在線全媒體記者 王銘俊

【名片】

楊鑫，1987年生于婁底市。湖南大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，功率半導(dǎo)體與集成技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任。曾獲湖南省青年科技獎(jiǎng)、湖湘青年英才等榮譽(yù)。

近年來(lái)，他主持或參與國(guó)家自然科學(xué)基金等課題10余項(xiàng)，主持管理科研經(jīng)費(fèi)超1000萬(wàn)元，與株洲中車(chē)時(shí)代電氣股份有限公司等行業(yè)頭部企業(yè)長(zhǎng)期合作，在功率半導(dǎo)體器件建模與驅(qū)動(dòng)控制、可靠性研究等方面取得系列重要?jiǎng)?chuàng)新成果。

【故事】

11月3日，湖南大學(xué)功率半導(dǎo)體與集成技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，楊鑫熱情地帶領(lǐng)記者參觀他的實(shí)驗(yàn)線。

“這是一條比較完整、純國(guó)產(chǎn)、能夠驗(yàn)證我們想法的一條實(shí)驗(yàn)線。花的錢(qián)不多，卻很精致。”楊鑫對(duì)此頗為滿意。

在這里，他和團(tuán)隊(duì)主要做兩件事——針對(duì)功率半導(dǎo)體芯片本身及封裝技術(shù)開(kāi)展可靠性研究，使產(chǎn)品接近更好的狀態(tài)。

功率半導(dǎo)體芯片是電子產(chǎn)業(yè)鏈中最核心的器件之一，主要起著電能轉(zhuǎn)換和控制作用，廣泛運(yùn)用于高鐵、汽車(chē)、工業(yè)電機(jī)、航空航天等領(lǐng)域。2010年，當(dāng)他在國(guó)外攻讀博士學(xué)位鉆研IGBT芯片時(shí)，我國(guó)還因?yàn)檫@種功率半導(dǎo)體芯片技術(shù)的落后，被嘲諷高鐵患有“心臟病”。

目前，我國(guó)功率半導(dǎo)體芯片已形成規(guī)模效應(yīng)，不過(guò)，由于起步晚、工藝相對(duì)復(fù)雜并缺乏驗(yàn)證機(jī)會(huì)，國(guó)內(nèi)廠家大多在追隨海外的技術(shù)發(fā)展路線。

在楊鑫的實(shí)驗(yàn)室里，企業(yè)制作的功率半導(dǎo)體芯片被送來(lái)后，就在一臺(tái)機(jī)器前接受“CT”檢查，看看微觀結(jié)構(gòu)是否合格。接下來(lái)，還要接受?chē)?yán)苛的實(shí)驗(yàn)考驗(yàn)。

“這就是模擬高鐵運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)，你看，芯片還在‘跑’。”楊鑫指著顯示屏介紹，通過(guò)程序模擬的工況，芯片便會(huì)不間斷地操作，以此檢驗(yàn)自己的壽命極限，其運(yùn)行狀態(tài)也被一一記錄。

“企業(yè)更關(guān)注的是怎么將產(chǎn)品盡快做出來(lái)，而我們更關(guān)注的是，如何對(duì)芯片進(jìn)一步優(yōu)化和改造，以確保產(chǎn)品更好、更可靠。”

楊鑫介紹，在功率半導(dǎo)體芯片制作過(guò)程中，封裝是另一個(gè)重點(diǎn)、難點(diǎn)。一個(gè)拇指大小的芯片，通流能力往往只能達(dá)到50安培，但在很多應(yīng)用場(chǎng)景中，要求達(dá)到1000甚至上萬(wàn)安培。這就要求，并聯(lián)20個(gè)甚至上百個(gè)芯片。

要讓拇指大小的芯片獲得均勻的熱力，就得讓它們像國(guó)旗護(hù)衛(wèi)隊(duì)一樣，“身高”一致。這不僅非常考驗(yàn)設(shè)計(jì)仿真能力，更考驗(yàn)工藝的“火候”。目前，楊鑫開(kāi)展的研究已申請(qǐng)專(zhuān)利40余項(xiàng)、獲得授權(quán)20余項(xiàng)，較傳統(tǒng)的封裝產(chǎn)品至少提高兩三倍壽命，且成本沒(méi)有明顯提高。

測(cè)試的芯片來(lái)自中車(chē)株洲所、泰科天潤(rùn)等企業(yè)，盡管自身產(chǎn)能有限，但在楊鑫團(tuán)隊(duì)有需求時(shí)，企業(yè)總是在第一時(shí)間送來(lái)樣品。

“在丁榮軍院士的大力支持和帶領(lǐng)下，我們這樣年輕的科研團(tuán)隊(duì)才能有機(jī)會(huì)與我國(guó)功率半導(dǎo)體龍頭企業(yè)——中車(chē)時(shí)代電氣，共建我國(guó)功率半導(dǎo)體領(lǐng)域唯一的全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。幸福來(lái)之不易！”這正是楊鑫所喜歡的模式，以解決實(shí)際需求為目的展開(kāi)研究。

楊鑫在英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院讀研時(shí)，往往一門(mén)理論課僅30個(gè)學(xué)時(shí)，學(xué)校卻會(huì)安排100甚至200個(gè)學(xué)時(shí)，要求學(xué)生針對(duì)1個(gè)項(xiàng)目獨(dú)立展開(kāi)應(yīng)用實(shí)踐。那時(shí)，他和同學(xué)圍繞芯片并聯(lián)的極限大開(kāi)“腦洞”，窮盡辦法建立數(shù)學(xué)模型，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證效果，靠反復(fù)迭代和優(yōu)化實(shí)現(xiàn)螺旋式上升，以此形成研究的閉環(huán)。

“雖然很多項(xiàng)目會(huì)失敗，但向未知挑戰(zhàn)的過(guò)程太有意思了。”去年，楊鑫在國(guó)際公認(rèn)的物理學(xué)頂級(jí)期刊《Physical Review Letters》發(fā)表論文，為功率半導(dǎo)體芯片尋找盡可能理想的開(kāi)關(guān)，使得開(kāi)關(guān)過(guò)程時(shí)間更短、能量損耗更低。

“要求比較嚴(yán)格，治學(xué)很?chē)?yán)謹(jǐn)”“必須推薦！劍橋大學(xué)博士畢業(yè)，才華橫溢”“很低調(diào)的。本科生上了他的課，都喜歡找他請(qǐng)教問(wèn)題”……這是學(xué)生對(duì)楊鑫的評(píng)價(jià)。與之相呼應(yīng)，在與記者交流時(shí)，“小團(tuán)隊(duì)”“實(shí)事求是”等詞語(yǔ)總是不經(jīng)意地從楊鑫的話語(yǔ)里蹦出來(lái)。他說(shuō)，功率半導(dǎo)體芯片需要成千上萬(wàn)人的努力，而他們所做的就是局部改進(jìn)，探明業(yè)界所不明的理論問(wèn)題。

在國(guó)外讀博時(shí)，父母對(duì)他的唯一要求是“一定要回國(guó)效力”，他想的也是回來(lái)后結(jié)合祖國(guó)的需要，發(fā)揮自己的專(zhuān)業(yè)優(yōu)勢(shì)。

解決一些“卡脖子”技術(shù)問(wèn)題，在硅基IGBT及其后代材料碳化硅功率芯片的研究上，獲得更好的穩(wěn)定性和可靠性……楊鑫希望，和國(guó)內(nèi)企業(yè)一道，從國(guó)際“跟跑”做到國(guó)際領(lǐng)先。