立鴻鵠志 做奮斗者
——記北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院研究員黃芊芊

□ 李 剛

習(xí)近平總書記曾對(duì)青年說，人生的扣子從一開始就要扣好。如果青年時(shí)期就系上、系好、系正了第一顆紐扣，每一個(gè)目標(biāo)、每一個(gè)理想、每一份事業(yè)都從這一顆紐扣開始，那么今后的人生路就會(huì)順利、就能有所作為。它是人生的一塊基石，也是命運(yùn)的一道閘門。

對(duì)于黃芊芊來說，踏上科研之路，便是她人生最正確的選擇，是引導(dǎo)她人生開拓向前的第一粒紐扣。志之所趨，無遠(yuǎn)弗屆，窮山距海，不能限也。在興趣與使命的驅(qū)動(dòng)下，她將滿腔的熱情投入到科研創(chuàng)新工作中，腳踏實(shí)地，慢慢將科研理想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。憑借多年來在超低功耗微納電子新原理器件研究中所取得的優(yōu)秀成果，黃芊芊入選了全國僅有4人入選的2017年度中國“未來女科學(xué)家計(jì)劃”，成為該獎(jiǎng)項(xiàng)設(shè)立以來首位微電子領(lǐng)域的青年學(xué)者。2018年，黃芊芊所申請的“新型超低功耗微納電子器件”項(xiàng)目成功獲得了國家自然科學(xué)基金委員會(huì)優(yōu)秀青年科學(xué)基金的資助。

漫漫科研路，孜孜探尋心，雖獎(jiǎng)勵(lì)加身，但黃芊芊從未有過一刻懈怠。她深知藍(lán)圖不可能一蹴而就，在超低功耗微納電子器件研究中，她還需倍加努力，創(chuàng)新篤行。

創(chuàng)新篤行，聚焦超低功耗器件基礎(chǔ)研究

在大多數(shù)人看來，黃芊芊的學(xué)習(xí)生涯可謂是順風(fēng)順?biāo)?006年，她憑借優(yōu)異的成績考入了北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院。本科畢業(yè)之后，她又師承王陽元院士和黃如院士，取得了北京大學(xué)微電子學(xué)和固體電子學(xué)博士學(xué)位，并完成了博士后研究工作。多年來，黃芊芊在科研方面積累前行，特別是在超低功耗微納電子新原理器件研究中取得了一系列代表性成果。

在她的講述中，記者了解到，隨著物聯(lián)網(wǎng)和智能時(shí)代的來臨，集成電路技術(shù)在科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展中的地位愈加關(guān)鍵，面臨的挑戰(zhàn)也更加嚴(yán)峻。在人們對(duì)更強(qiáng)計(jì)算能力和更高集成度的不斷追求中，功耗問題成為集成電路乃至信息技術(shù)發(fā)展的瓶頸問題。特別是在即將到來的萬物互聯(lián)智能時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)、生物醫(yī)療、可穿戴設(shè)備和人工智能等新興領(lǐng)域更加追求極低功耗，尤其是極低靜態(tài)功耗。在上述時(shí)代背景和需求的引領(lǐng)下，從基礎(chǔ)器件角度，基于新原理的超低功耗超陡擺幅器件技術(shù)成為近年來國際前沿研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。不同于傳統(tǒng)MOS器件的勢壘調(diào)制機(jī)制，量子隧穿原理、負(fù)電容原理等新型開關(guān)機(jī)制可以突破傳統(tǒng)器件的亞閾擺幅極限，實(shí)現(xiàn)理想或者接近理想的超陡峭開關(guān)特性，從而實(shí)現(xiàn)超低功耗。

在諸多新型超低功耗超陡擺幅器件中，采用量子力學(xué)帶帶隧穿作為導(dǎo)通機(jī)制的隧穿場效應(yīng)晶體管以其超低的泄漏電流、低工作電壓、超陡的亞閾擺幅和高工藝兼容性等優(yōu)點(diǎn)引起了國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界重視，被國際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖ITRS列為最具潛力的低功耗器件技術(shù)之一。硅基隧穿器件與主流CMOS生產(chǎn)線工藝兼容性高，同時(shí)還具有極低關(guān)態(tài)電流的優(yōu)勢，非常適合對(duì)靜態(tài)功耗要求苛刻的應(yīng)用，比如長時(shí)間續(xù)航能力的移動(dòng)芯片、物聯(lián)網(wǎng)芯片、生物檢測芯片、智能三表芯片等極具市場潛力的電子產(chǎn)品。然而，對(duì)于隧穿機(jī)制而言，帶帶隧穿幾率相對(duì)較低，使得器件開態(tài)電流驅(qū)動(dòng)不足，尤其是硅基隧穿器件，限制了隧穿晶體管在電路系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。另一方面，對(duì)于亞閾擺幅，由于陡峭的源結(jié)摻雜梯度難以通過常規(guī)工藝實(shí)現(xiàn)，使實(shí)驗(yàn)報(bào)道的亞閾擺幅比理論預(yù)期要大不少。

目前國際上的研究者們大多是從材料、結(jié)構(gòu)和工藝三方面對(duì)隧穿場效應(yīng)晶體管進(jìn)行改進(jìn)，這些方法受到單一工作機(jī)制的物理局限，很難同時(shí)滿足高開態(tài)電流、超陡亞閾擺幅和低泄漏電流，離實(shí)際可以面向大規(guī)模應(yīng)用的超低功耗器件技術(shù)仍存在一定的差距。不同于傳統(tǒng)思路，黃芊芊及其研究團(tuán)隊(duì)從改變現(xiàn)有器件的工作原理角度出發(fā)提出新型隧穿器件結(jié)構(gòu)，并率先在國內(nèi)開展新型硅基隧穿器件的實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)現(xiàn)了器件的開態(tài)電流、亞閾擺幅乃至綜合性能的突破。通過結(jié)合現(xiàn)有帶隧穿機(jī)制和其他具有高驅(qū)動(dòng)電流的工作機(jī)制，提出了肖特基—隧穿混合調(diào)控機(jī)理；基于上述混合調(diào)控機(jī)理，研制了具備大規(guī)模集成能力的新型梳狀柵雜質(zhì)分凝隧穿晶體管，其最小亞閾擺幅是國內(nèi)外報(bào)道的硅基隧穿器件中的最低值，同時(shí)具有目前國際報(bào)道的同類器件中最優(yōu)的綜合性能。混合調(diào)控新原理器件研究具有創(chuàng)新性和前瞻性，為面向?qū)嶋H超低功耗集成電路的應(yīng)用奠定了可靠的器件基礎(chǔ)，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。

第十四屆中國青年女科學(xué)家頒獎(jiǎng)典禮（后排右1為黃芊芊）

發(fā)展開拓，學(xué)術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化同行

科學(xué)創(chuàng)新要緊跟世界前沿。一個(gè)行業(yè)的頂級(jí)大會(huì)，往往代表了行業(yè)動(dòng)態(tài)的風(fēng)向標(biāo)，不僅能夠帶來當(dāng)今最前沿的研究成果，還為未來的發(fā)展指明了方向。通過在行業(yè)頂級(jí)會(huì)議中發(fā)表相關(guān)文章，黃芊芊得到了更多的科研歷練與成長。

IEDM（國際電子器件大會(huì)）始于1955年，在國際半導(dǎo)體技術(shù)界享有很高的學(xué)術(shù)地位和廣泛的影響力，被外媒譽(yù)為“微電子器件領(lǐng)域的奧林匹克盛會(huì)”。該會(huì)議主要報(bào)道國際半導(dǎo)體技術(shù)方面的最新研究進(jìn)展，是著名高校、研發(fā)機(jī)構(gòu)和英特爾、IBM等企業(yè)報(bào)告其最新研究成果和技術(shù)突破的主要窗口和平臺(tái)之一。近年來，集成電路技術(shù)領(lǐng)域的許多重大技術(shù)突破都是通過該會(huì)議正式發(fā)布的。

從2011年開始，黃芊芊就在這一平臺(tái)上以第一作者發(fā)表相關(guān)文章，她的研究工作也始終圍繞著解決微電子器件領(lǐng)域的世界性科研難題展開，并持續(xù)在頂級(jí)國際舞臺(tái)上展示自己的成果，不斷加強(qiáng)來自中國的話語權(quán)。為了攻克科研難題，熬夜通宵是家常便飯。她說：“做科研并且能出科研成果，一定是首先你對(duì)它足夠熱愛，然后足夠想把這件事情做好，才能真正做出一些有用的東西。這樣的全身心投入是不分晝夜的，也只有這樣，才能真正做到踏石留印、抓鐵有痕?！?/p>

截止到目前，黃芊芊已在IEDM、VLSI、IEEE EDL、IEEE T-ED等國際會(huì)議和期刊上發(fā)表論文50余篇，其中在微電子器件領(lǐng)域最具標(biāo)志性國際頂級(jí)會(huì)議IEDM上發(fā)表第一作者論文5篇，為中國大陸地區(qū)以第一作者身份發(fā)表IEDM論文篇數(shù)的最高紀(jì)錄。相關(guān)成果被2次寫入國際半導(dǎo)體技術(shù)路線指南（ITRS）。除此之外，她已申請專利70余項(xiàng)，含美國授權(quán)專利12項(xiàng)，中國授權(quán)專利40項(xiàng)，部分轉(zhuǎn)移到中芯國際集成電路制造有限公司（以下簡稱“中芯國際”）。

在科研成果產(chǎn)業(yè)化方面，從2013年開始，黃芊芊所在的科研團(tuán)隊(duì)就與中芯國際保持了良好的長期合作關(guān)系，致力于在中芯國際的大規(guī)模生產(chǎn)線上開發(fā)超低功耗器件技術(shù)，在他們的共同努力之下，研制了世界上首個(gè)基于12英寸CMOS生產(chǎn)線上的互補(bǔ)隧穿器件集成技術(shù)，并于2015年將階段性合作成果在頂級(jí)會(huì)議上進(jìn)行發(fā)表，受到了英特爾、IBM等國際半導(dǎo)體公司的高度關(guān)注。同時(shí)，該成果被作為重要的產(chǎn)業(yè)研究動(dòng)態(tài)，受到了來自國際知名電子工程專業(yè)網(wǎng)站EETimes的專題報(bào)道。這項(xiàng)成果給予了黃芊芊及其科研伙伴們更大的信心與動(dòng)力，她說：“目前正在與電路團(tuán)隊(duì)合作，進(jìn)一步基于這項(xiàng)成果研制超低功耗電路，使科技創(chuàng)新能夠轉(zhuǎn)化成實(shí)實(shí)在在的產(chǎn)品。”

羅馬不是一天建成的?；厮葸^往，黃芊芊感慨頗多。她直言，自己的成長與王陽元院士、黃如院士的引導(dǎo)是分不開的。兩位院士對(duì)于科研的嚴(yán)謹(jǐn)與熱愛一直在深深感染著她，而她也在將這種精神傳承下去，來引領(lǐng)自己的學(xué)生在科研中發(fā)散思維，做出更多有意義的成果。

科學(xué)的世界變幻莫測，在日新月異的微電子領(lǐng)域，黃芊芊明白今后的挑戰(zhàn)會(huì)更多，但她從未有過一絲畏懼。興趣、執(zhí)著與使命是支撐黃芊芊在這一領(lǐng)域深耕不怠的無限動(dòng)力。她希望今后能夠朝著超低功耗器件及應(yīng)用的研究方向腳踏實(shí)地繼續(xù)前行，將研究推向極致，做出能夠真正改變?nèi)祟惿睢⒏淖兪澜绲某晒?/p>

青年如初春、如朝日，是人生最寶貴的時(shí)期。立鴻鵠志，做奮斗者。黃芊芊正在用自己的行動(dòng)踐行著青春的意義。