浙大新科院士叶志镇:用一辈子做好一件事,天生我“材”必有用!

新教育

钱江晚报·小时新闻  首席记者  王湛

通讯员 柯溢能  吴雅兰   

从1985年读博期间开始对氧化锌薄膜掺杂与光电应用研究算起,叶志镇对宽禁带半导体材料的摸索已经整整35年。

一个晴朗的午后,记者走进新当选中国科学院院士的浙江大学材料科学与工程学院叶志镇教授的办公室。“锲而不舍,金石可镂”几个醒目的大字,就摆在叶志镇办公桌的正对面,令人印象深刻。

叶志镇说,一辈子能做好一件事就值了,我还会继续做下去。

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天生我“材”必有用

叶志镇先是在浙大电机系完成了本科学业,随后又在光仪系读了6年研究生,这样的综合学科交叉背景对他今后的科研工作起到了重要作用——正是在读博期间,叶志镇开始从事的氧化锌相关研究。

基于宽禁带半导体材料的电力电子器件,比传统的硅材料器件能耐受更高的电压,具有更优异的导热性能和耐辐射能力。“氧化锌是一种宽禁带半导体材料,它的优势就在于兼具各种性能,用途非常广泛。”叶志镇介绍,把氧化锌作为宽禁带半导体电发光材料来使用,是一种新的应用方向,有许多科学难题亟待解决。而氧化锌二极管电发光的首要前提是形成p-n结。

由于宽禁带材料掺杂非对称性,单一受主杂质固溶度低、稳定性差,再加上受主能级深,空穴浓度达不到应用要求。这些性质导致高空穴浓度稳定的氧化锌p型掺杂成为国际公认的科学难题。曾有相关科学家预言,p型氧化锌是不可能完成的任务。

怎么办?天生我“材”必有用!叶志镇和团队经过30余年努力,原创地提出了不同离子尺寸的杂质共掺和应变补偿与电子态杂化的两种元素共掺原理及其方法,将氧化锌空穴浓度的国际水平提高了2个数量级,同时稳定性比单掺时提高了5倍。在此基础上,率先实现了氧化锌p-n结的室温激子紫外发光,并将氧化锌多量子阱结构的内量子光效从28%提高至61%。

叶志镇针对科学难题所取得的重要突破成果,使得氧化锌在新的领域有了用武之地。叶志镇二元共掺原理与技术研究创新成果,丰富与发展了半导体掺杂理论,获得了国家自然科学二等奖,并且得到国际同行肯定与应用,不仅对氧化锌研究推进有重要意义,也对其它宽禁带半导体掺杂有借鉴意义。

“氧化锌在量子通讯、透明电子、传感压电器件等方面具有众多应用前景,是5G时代的重要材料。”叶志镇介绍,而且它所发出的紫外光用途很多,不但可以做白光高效发光,还能运用于各种消毒,“说不定以后也会有手持发光仪,只要拿着它照一照就可以杀菌。”

叶志镇说,这些技术的突破,受到了国家基金委重点项目的不断资助。也正是因为技术推进的需要和国家战略的需求,他们才不断开拓原始创新,并一直居于国际前沿。目前全球已有24个国家117个单位跟进研究,通过共掺技术制备p型ZnO的工作成为国际光电ZnO研究的一个主流方向。


科研成果不能深藏在山洞里

一般的常识,透明的物体不导电,导电的物体不透明。1985年,叶志镇在研究氧化锌时,就提出掺铟制备透明导电薄膜,一开始还被质疑“怎么可能”,最终这个项目于1988年获得了浙江省科技进步三等奖。
随着研究的深入,科研工作者发现氧化锌和氮化镓有着极为相似的特性,而且还具有氮化镓所不具备的优势,例如物产丰富、原料价格低,环境友好不易造成污染等。
于是,叶志镇萌发了让氧化锌来做LED芯片用透明电极材料的念头。科研过程当然不是一蹴而就。为了解决氧化锌高导电率材料的难题,叶志镇团队发明了氧化锌n型的铝掺杂技术,透射率高达90%,性能达到国际领先,并增大出光角提高外量子效率,为千亿LED产业进步作出重要贡献。
叶志镇和团队的努力,让科研成果不再成为深埋在山洞里的宝藏。这项技术2010年转让给国际第二大LED芯片企业,实现规模生产应用,产品出口欧美国家并取得显著经济效益。

此外,由于氧化锌的维纳结构形态丰富,纳米结构可控生长,这样就可以做很多种类的探测器件。叶志镇带领着课题组在紫外探测、传感探测等方面也做了很多的创新研究工作。
叶志镇说,这么多年一步步走来,前后已经有50多位博士生、100多位硕士生参与进来。在他不大的办公室里,摆满了各个时期学生们的毕业论文。叶志镇说,在人的成长过程中,要做好一件事,除了自己锚定目标,还需要团结一支队伍。

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努力使人进步,虚心使人进步

1977年,叶志镇作为恢复高考后的第一批大学生进入浙江大学,而在此之前他当过7年知青。“我首先要感谢这个伟大的时代,要不然我可能接触不到科研工作。我还要感谢母校。感谢浙大培养了我,成就了我,更感谢浙大在我最困难的时候,真心鼓励、全力支持我。”说到这,叶志镇禁不住湿润了眼眶。

叶志镇在浙大求学10载,工作32年,期间也不是一帆风顺的。

在美国麻省理工学院作为高级访问学者进修两年后,叶志镇于1992年回到学校。时任浙大校长的路甬祥院士交给他的一个重任就是协助阙端麟院士建设硅材料国家重点实验室。

此前的1991年底,正式成立才4年的硅材料国家重点实验室第一次面对国家评估时,被亮了“黄牌”。在阙端麟院士带领下,叶志镇和团队成员共同努力,使得实验室的发展渐渐走上正轨。由于叶志镇对硅材料国家重点实验室发展做出突出贡献,1994年他被评为了重点实验室全国先进工作者,获得“金牛奖”。

但是1996年实验室第二次接受评估时,结果仍然不是很理想,排在全国30个同领域重点实验室的第27位,而后面的三个被红牌罚下。解名尽处是孙山,他人更在孙山外。看到实验室成了“孙山”,用叶志镇自己的话说,真是一头冷汗。

后来,已经成为实验室主任的叶志镇更加发奋图强,在学校和学院的支持下,申请到了6项课题支持,其中,1998年他还和同事们一起努力争取到了浙江大学第一个国家自然基金重大项目,为实验室进一步发展打下基础。“在我担任主任的12年里,正是这样一轮轮的评估,推动着我不断努力,探索科学前沿。”

在这个过程中,几任校领导都给予了大量支持。叶志镇也遇到了很多贵人。“张泽院士虽然只比我大两岁,但我把他当作自己的老师。他的学术思想非常深邃,令人敬佩。”叶志镇说,努力使人进步,虚心使人进步,“虚心就是学习人家的长处,弥补自己的不足。”

时至今日,叶志镇一直记得他刚回国时路甬祥校长对他说的三句话:协助阙院士做好实验室;做科研要团队同事一起攻关;做科研如果能让全中国都知道,全世界都知道,那就有意义了。

叶志镇说:“这么多年我一直朝着这个方向努力,严格地说,我还没有完全做到,但是我会继续努力。”

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