成步文：放眼未来 不懈探索

本刊记者 伍泠豫

成步文：放眼未来 不懈探索

本刊记者 伍泠豫

成步文研究员和他的恩师王启明院士

专家档案：

成步文，研究员，博士生导师，中国科学院半导体研究所光电子研发中心副主任。目前主要从事Si基半导体异质结构材料的外延生长及相关光电子器件和光电集成技术的研究。在硅基异质结构材料外延设备、材料生长动力学、硅基光电子学器件等方面取得了重要研究成果。如：主持研制出国内最先进的硅基异质材料外延专用超高真空化学汽相淀积（UHV/CVD）系统；首次观察到自组装Ge量子点生长中的形态反常演化和多层Ge量子点的斜对准耦合现象；国内首次外延生长出高质量的硅基厚Ge材料和硅基GeSn合金材料，国内首次研制出Si基Ge长波长高速光电探测器、SACM结构Ge/Si APD、硅基Ge/Si异质结室温工作LED器件和全波段响应GeSn/Si光电探测器硅基光子学器件等。在国内外重要期刊和会议上发表论文150余篇，获得国家发明专利11项。

微电子技术经过五十余年的高速发展，其特征尺寸已接近物理极限，“后摩尔定律”时代信息技术的发展走向成为世界共同关注的议题。硅基光子学和光电子集成技术近年来发展十分迅速，特别是随着微纳加工技术的发展以及新材料、新结构、新概念的运用，使得硅基光电子学充满了生机和活力。

选择了科学研究，就选择了一条没有尽头的清苦而寂寞的道路，在硅基光电子学的研究道路上，中科院半导体所成步文研究员经历着蜕变，体味着艰辛，在事业与人生的每个路口处，都留下深沉的思考与稳健的脚步，从容淡定，直道而行……

记者：您长期从事硅基光电子材料和器件的研究工作，在该领域积累了丰富的经验。作为专家，请您简单介绍一下我国在该领域的发展状况？与世界其它发达国家相比有着怎样的差距？影响其发展步伐的主要障碍是什么？

成步文研究员：我国硅基光电子学的研究开始于上世纪80年代末90年代初，开始时并没有受到重视，随着人们对硅基光子学研究应用前景的认识进一步深入，很多的研究团队加入到了这一研究领域中。特别是最近5年来，从事这一领域研究的人数剧增，取得了一批重要成果，硅基光子学的研究进入了快速发展期。从硅基SiGe、Ge、GeSn材料外延，到硅基发光器件和光探测器等有源器件，再到光调制器、光开关、光滤波器、复用解复用器、耦合器等波导器件，都取得了好的进展。

我们的材料外延和单元器件研制水平与世界上其他国家的水平并无多大差距，主要的差距在集成和应用方面。硅基光子学的主要应用必须要结合硅基CMOS电路和工艺，充分发挥硅CMOS技术的优势，所以真正的应用要与硅集成电路结合。要推动硅基光子学技术的应用，就必须与IC厂家紧密合作，这其中存在很大的障碍。

记者：近年来，您先后主持和参与了多项重大基金、重点基金、973和863等国家重要研究课题，取得了多项科技成果。请问，其中哪一项是您认为最具开创性的呢？你是在怎样的背景下开展这项技术的呢？期间，您遇到了哪些困难，您是如何带领团队“突围”的？

成步文研究员：我开展硅基光电子的研究工作将近20年了，从设备的研制到材料的制备，再到器件的研制，期间也负责完成了一些重要的研究课题，印象最深的工作有两个，其一是硅基外延生长设备（超高真空化学气相淀积设备UHVCVD）的研制。当时除MBE比较成熟，有商品化设备外，没有其它硅基异质材料外延的商用设备，而且MBE设备在材料质量和产业化等方面有明显的劣势，所以我们只能自己研制新设备。

经过认真调研，我们决定与中国科学院沈阳科仪中心合作开展硅基异质结构材料生长的UHVCVD设备的研制。我们主要提出物理设计，特别是生长室的设计和供气系统的设计、生长程序控制等，沈阳科仪中心负责设备的实现。1996年建立了当时国内最先进的UHVCVD设备，我们一面运行一面对生长动力学过程有了深入了解，对设备进行了多项改性，如制备分压反射高能电子衍射仪，配备原位数据和图像采集系统，增加气体保护系统、液氮冷壁系统、串连真空抽气系统等。经过这些改进，使设备更加适合硅基异质材料的生长，制备出了晶体质量优良的SiGe合金材料，从而为我们后来的硅基光电子学研究打下了一个很好的基础。

第二个印象深的事是硅基Ge材料的生长。当时承担了一个863课题“Si衬底上的高速Ge光电探测器集成技术”，课题研究时间由申请时的3年改成2年，任务相当紧。课题的关键是硅基Ge材料的外延生长，当时尝试了多种纳米图形衬底技术，但是都不成功，生长不出连续的高质量外延薄膜，时间却快过了1年。这时，有人用低温过渡层技术生长出了硅基Ge材料，但似乎不适合我们的外延设备，因为我们将生长温度降到450℃时，还是三维的岛状生长，还不能实现平面生长，而生长速度已经低到无法接受的程度，再降低生长温度生长似乎不现实。当时考虑的是一定要突破常规的想法，于是我尝试将温度进一步降低，当将生长温度降低到290℃时，可以获得平整的表面，而且生长速度反而比较高，其生长的物理机理也搞明白了。突破了过渡层的生长，后面的事也就迎刃而解了，最终顺利地按时圆满完成了课题任务。由于在硅基Ge材料外延生长技术上的突破，我们研制出了高速Ge光电探测器阵列、SACM结构Ge/ Si APD器件，硅基Ge发光二极管等光子学器件，并在硅基Ge材料上外延出高质量的GeSn合金材料，制备出了长波响应的GeSn光电探测器。我们还在硅基Ge外延材料上生长出了InGaAs材料等。其中“硅基室温电流注入Ge/Si异质结发光二极管”入选由《激光与光电子学进展》评选的“2009年度中国光学重要成果”。GeSn光电探测器的性能处于目前国际领先水平，2011年在Optical Express发表后被杂志Laser Focus World在News Breaks栏目中作为重要进展进行了跟踪报道。

成步文研究员的研究团队

记者：温家宝总理说：“自主创新是科技发展的灵魂，是一个民族发展的不竭动力，是支撑国家崛起的筋骨。”您是怎样领会温家宝总理的讲话精神的？能否结合实际工作，谈谈您对自主创新的认识？对自主创新的机制、体制建设有什么合理建议？

成步文研究员：首先，我认为创新确实很难，而且有时是矛盾的。一方面，没有深厚而宽广的知识积累就不可能有比较好的革命性的创新。另一方面，积累的知识和常识往往又会束缚人的思想，给自己划了一个思想的圈子，妨碍创新。

另外，创新往往是在比较放松的情况下产生的。所以，给科研人员比较宽松的环境是必须的。一个时时为生计而担忧的人，他哪会有创新思想出现？

记者：请您结合人生经历谈一谈为什么会选择这一专业作为自己的发展方向？有什么特别的人或事给了您启发吗？

成步文研究员：对我的影响最大的是王启明院士，实际上是他首先在国内提出开展硅基光子学的研究，在他开始组建硅基光电子材料和器件研究组时，

科我就加入了这一团队，跟随王启明院士已快20年了，他的为人、做事的原则方法等深深地影响和教育了我，他就是我学习的榜样，是不可逾越的丰碑。他为人真诚谦逊、平易近人；做事认真负责讲原则，意志坚定坚忍不拔；他学识渊博，高瞻远瞩，对科研动态和发展趋势判断非常准确。在他的指导下开展工作是我之大幸。

记者：您目前的工作重点是什么？进展如何？

成步文研究员：我目前还在致力于硅基光子学的研究，主要是新型硅基异质结构材料的外延生长及其在光通信器件、光互连器件和太阳能电池方面的应用。主要包括硅衬底上的锗、锗锡和化合物半导体材料的外延生长，并用生长的异质材料研制硅基高效发光器件、高速低功耗光调制器、高速光电探测器、全光谱太阳能电池等，进展比较顺利。

后记：任何一件有意义的工作，总会暗生荆棘，挡在四周。从踌躇满志的莘莘学子，到崭露头角的青年才俊，再到今天学识渊博的科研专家，岁月磨砺使成步文教授从心底腾涌起一片宁静淡泊。本着对科学的无限热爱，他为事业倾注着全部的心血，打造着科研工作的精益求精，他深邃的目光始终放眼未来，对祖国硅基光电子学科技的发展进行着不懈的探索……