年轻的巡礼者

肖贞林

王润声（右）在美国接受IEEE奖项并与电子器件协会（EDS）主席合影

2013年，美国IEEE电子器件青年科学家奖（IEEE EDS Early Career Award）公布获奖名单，一位中国青年学者的名字出现在其中，他就是北京大学信息科学技术学院副教授王润声。

IEEE（电气电子工程师协会）有五十多年历史。多年来，该协会一直致力于推动电子和信息技术在理论发展和应用方面的进步，它被认为是科技革新的催化剂，也是太空、计算机、生物医学、电气及电子工程领域的权威组织。

经过了推荐、提名、网评、专家讨论等考核环节后，王润声成为IEEE该奖项历史上首位来自非美国机构的获奖者。“学校和实验室的平台好，加上近期国家对科研项目的支持力度很大，甚至一些美国同行也都羡慕我们。”王润声说，“只要平台是良性发展的、机制是不断完善的，换作其他科学家，也一样能取得成果、获得奖励。”

在王润声尚年轻的学术生涯中，IEEE电子器件青年科学家奖是重要节点，直接促使他在半导体新器件研究领域的地位更加令人关注。对于这个风华正茂的年轻学者来说，一场在晶体管研究领域的漫长巡礼才刚刚开始。

北大人的成长

王润声是北大“土著”，从小成绩优秀，是令人艳羡的“别人家的孩子”。起初，王润声的兴趣是物理学，但当年北大物理系在安徽不招收高考生，考虑到当时物理系与微电子系有部分课程交叉共享，王润声因此认为，由微电子专业转向物理专业应该“比较容易”。凭借这个朴素的判断，王润声憧憬着一个物理学家的梦，成了北京大学2001级微电子专业的学生。然而，此后一直到他读博乃至后来成为北大老师，他却都没有再换专业，反倒在微电子的路上越走越远。

王润声是他这一代青年科学家成长之路的典型代表：少了许多国家计划层面的约束，基本可以轻松自由地选择发展方向。他聪明，兴趣广，喜欢对新鲜事物跃跃欲试。在北大，他担任了一年的乒乓球协会会长，后来又加入了学校网球队。这时，王润声常常思考的问题是，“我的专业究竟有什么用？未来有什么发展？”那是青年学子一个迷茫善变的阶段，他的目标不再局限于转战物理专业，还专门用了大半年时间跑到中文系听课，甚至还打算考到中文系读研。他困惑于选择，思考一条最适合自己的专业之路。

回忆起那段日子，王润声说，人之所以对一件事情感兴趣，也许是因为不用面对任何压力，可以自由地做，因为你不必依赖这些有创造性的业余爱好来谋生。但是，如果把兴趣变成工作，你的爱好受到了物质刺激，也许会发现自己逐渐不那么喜欢做这些事了。爱好也不再是用来放松头脑的富有创造性的追求，它变成了养家糊口的工具。而这些压力最终会充满抱怨与不满，最后你会发现自己不但没有工作好，还失去了一个爱好。正如麦克劳德告诫我们的：不要把自己在闲暇时的消遣变成从早八点到晚五点要做的正常工作。经过一番深思熟虑，王润声彻底打消了转专业的念头，继续学习微电子学。

2005年，王润声获推免资格，成为北大微电子专业硕士生。王润声的导师、时任系主任的黄如教授是微纳电子学领域的权威学者。在她的影响和指导下，王润声开启了一段全新的科研之旅。不久后，他的论文先后在学科顶级期刊TED和顶级会议IEDM上发表，当时这在学生中尚属罕见。黄如发现了他的天赋和科研潜力，着意栽培他;于是，王润声选择继续攻读微电子学与固体电子学的博士学位。

2008年，国家通过教育部“国家建设高水平大学公派研究生计划”向国外输送第二批公派研究生，王润声也是其中的一员。他访问的是美国普渡大学（Purdue University）电子与计算机工程（ECE）学院。普渡大学的微电子专业在全美排名靠前，并且很早就与北京大学建立了交流关系。“我是国内培养的‘土鳖，但在美国，我发现国内微电子领域研究条件其实不错;与国外同行相比，发现自己的专业水平也不错。这说明我们国家自己培养的科研人员并不比别人差，因此我对自己更有信心了。”王润声说。

因为心系国内未完成的研究项目，王润声在普渡大学访问一年后回到北大，于2010年4月师从王阳元院士进入博士后流动站深造，并得到了中国博士后基金的特别资助。2012年3月，王润声被聘为北京大学信息科学技术学院讲师。至此，他由一名北大学生变成了北大的老师，成为一名“彻底”的北大人。

瓶颈与变革

王润声认为，微电子学科发展正处于瓶颈期。最突出的表现是，不论个人电脑、移动通信，还是智能手机，制造商都在拼功耗，因为功耗是目前最大的难题。“什么时候一块手机电池能用一周？”王润声最大的愿望，就是在晶体管器件层面创新，做出更好的晶体管。“产业技术发展不能停滞，否则就变成了传统行业。”

“瓶颈就意味着新的变革即将产生。”王润声的主要工作是新型晶体管研究，这需要同时透彻了解电子学和物理学，并且及时跟进行业前沿最新成果。近年来，以英特尔、IBM、台积电等巨头为代表的微纳电子新技术在行业内持续发布，产品功耗不断降低。“对未来，5年后、10年后的技术，该如何设计、如何制作，如何在传统的基础上创新？这是我们思考的主要问题。”王润声说。

2014年，王润声的“新型低功耗多栅MOS器件的实验与理论研究”获2014年教育部高等学校科学技术奖自然科学一等奖，个人排名第二。这是一项适用于未来集成电路技术的研究，揭示了纳米尺度多栅器件中的系列特殊物理现象及根源，提出了新的实验与特性表征方法，并延拓了低功耗应用能力，得到了国际半导体产业界的关注。

根据王润声介绍，在技术层面降低晶体管的功耗，主要有三个方面的变革：一是做新的器件结构，二是用更合适的材料替换原有材料，三是改变其工作原理。王润声从本科毕业论文即开始针对新结构器件展开研究。他告诉记者，这方面最有代表性的一项成果是从英特尔22纳米技术代的CPU芯片开始采用的三维晶体管，业内叫做FinFET，外形像鱼鳍（Fin）一样，所以叫作鳍式晶体管;这种结构具有很强的静电学控制能力，从而功耗很低。新材料方面，从英特尔45纳米技术代开始，业界采用氧化铪取代了传统的氧化硅作为栅极绝缘介质材料，从而大大降低了栅极泄漏电流产生的功耗。新原理方面，目前北大正在研究利用量子力学隧穿原理改进原有晶体管的开关机制，以期从物理本质上进一步降低器件功耗。

后摩尔时代的创新

晶体管在传统的电子产品应用中，遵循著名的“摩尔定律”不断地等比例缩小以提高集成度，但如前所述，现在已经遇到了发展瓶颈。在后摩尔时代，除了传统的应用，晶体管还可以在物联网、智能传感器、生物医疗（比如可穿戴和可植入的芯片）等新应用中大展身手。在后摩尔时代，晶体管该如何创新、如何发展、如何提高性价比？王润声同黄如教授等组成的团队针对上述问题做技术研究，并有中芯国际等多个大型企业作为合作对象。“产业应用是我们的最终目的。”王润声说，信息产业已经成为国民经济的支柱产业之一，而半导体集成电路产业是信息产业的基石，它的出现使电子设备向着微型化、智能化、高性能和低功耗的方向发展。

像多数科学家一样，王润声也时常陷入困境。比如“有时会陷入一个问题，不停地绕圈”，他的经验是，这时不能轻易放弃，坚持下去才会有突破。“就像打乒乓球。”他说：“有的时候，某一阶段练球会觉得不仅进步缓慢、甚至还有退步，这种情况往往表明是快要‘长球了，再坚持一下水平就会有明显提高。”

诺贝尔物理学奖获得者朱棣文有句话对王润声影响很大，“把问题直观化，吸收理解，才能想出新的东西。”王润声说，把复杂问题简单化是解决问题最好的捷径。他说他的很多老师，比如黄如教授也是这种风格，她提倡大家解决问题要善于抓住事物的本质。

作为大学教师，王润声鼓励学生与老师多沟通。他认为，学生与老师自由的思想交流能激发学生的学习自觉性与创造性;同时，教学相长，基础理论知识与前沿科技联系起来，也会为科研提供灵感。