赵宇吉:做出全球最亮LED,成诺奖得主得意门徒 | “35岁以下科技创新35人”中国榜单专栏

科学
赵宇吉:做出全球最亮LED,成诺奖得主得意门徒 | “35岁以下科技创新35人”中国榜单专栏
麻省理工科技评论 2020-03-26

2020-03-26

他要做出“最亮” LED,减少全球在照明和电力转换上的能源消耗。
科学
他要做出“最亮” LED,减少全球在照明和电力转换上的能源消耗。

2019 年 12 月 14 日,《麻省理工科技评论》公布了 2019 年“35 岁以下科技创新 35 人”(Innovators Under 35 China)中国区榜单。在本届榜单上,虽然缺失了“创业家”的身影,但是我们看到了许多在具有产业化潜能的领域坚持科研使命的获奖人,也看到更多散布在海外顶尖学术机构的科学家们,用自身不改初心的坚持努力,取得了世界级标竿成就的科研成果,其中有超过半数以上的获奖者,都取得了世界级的突破性研究成果与发现。我们将陆续发出对 35 位获奖者的独家专访,介绍他们的科技创新成果与经验,以及他们对科技趋势的理解与判断。

关于 Innovators Under 35 China 榜单

自 1999 年起,《麻省理工科技评论》每年都会推出“35 岁以下科技创新 35 人”榜单,旨在于全球范围内评选出被认为最有才华、最具创新精神,以及最有可能改变世界的 35 位年轻技术创新者或企业家,共分为发明家、创业家、远见者、人文关怀者及先锋者五类。2017 年,该榜单正式推出中国区评选,遴选中国籍的青年科技创新者。新一届 2020 年度榜单正在征集提名与报名,截止时间 2020 年 6 月 30 日。详情请见文末。

赵宇吉:做出全球最亮LED,成诺奖得主得意门徒

赵宇吉

发明家

赵宇吉凭借其在新型 GaN 基半导体器件和集成芯片技术领域取得的一系列成果,荣膺 2019 年《麻省理工科技评论》“35 岁以下科技创新 35 人”中国区得主。

获奖时年龄:33 岁

获奖时职位:亚利桑那州立大学助理教授

获奖理由:他要做出“最亮” LED,减少全球在照明和电力转换上的能源消耗。

2014 年,因为发明了蓝色发光二极管(LED),美国日裔科学家中村修二教授获得诺贝尔物理学奖。LED 的发光效率要高于白炽灯和荧光灯,但长期苦于没有短波长的蓝光来激发其他颜色光源,因此无法得到应用。自这项发明后,利用蓝光 LED 激发荧光粉的黄光,来混合成白光源已成为主流。

由于这项贡献,中村修二被称为“蓝光之父”。但 LED 本身仍饱受“效率衰退”问题的限制,即 LED 在高电流密度下发光效率会明显衰退,无法用在汽车大灯、投影仪等产品上。从日本来到加州大学圣芭芭拉分校(UCSB)后,中村修二便向学生们宣布:“我们的下一个目标是做出世界上最亮的 LED。”

彼时,刚刚以优异的表现从复旦毕业来美国求学,并师从中村修二的赵宇吉博士,就是被这个令人振奋的目标激励着,发明了“无衰退效率”的 LED,创造了新的照明效率世界纪录。

赵宇吉告诉《麻省理工科技评论》中国,中村修二发明蓝光 LED 时,是在氮化镓六方晶体的极性面上生长材料。而研究非效率衰退 LED,则需要将目光投向半极性面/非极性面。赵宇吉发现,有一个晶面性质奇特,掺杂效率尤其高,中村修二也非常认可,最终的无效率衰退 LED 就是在这个晶面上制备出来。赵宇吉的这项成果之后被《应用物理快讯》和《应用物理学快报》评选为年度最佳论文,译成德,法,西等六种语言,并被《科学》、《自然-光子学》、《复合半导体》、美国光学学会(OSA)等广泛报道 100 余次。

“中村老师对学生的要求特别高”,赵宇吉回忆。不像其他组学生有分工,中村修二则希望学生会所有步骤,包括材料表征、器件制备、测试、封装等。在 LED 制作时每一层都要调试,研发挫折不知道有多少次。赵宇吉除了上课,所有时间都泡在实验室里,工作到 12 点实验室关门才走回宿舍。UCSB 校区的海滩格外闻名,实验室就在海滩边上,赵宇吉却无暇欣赏,度过了人生最辛苦的五年。

目前,赵宇吉已经在亚利桑那州立大学独立组建了实验室,从事用于航天器的高温 GaN 器件和芯片(由 NASA 资助用于水星计划)、量子光子学集成芯片等研究。他共计发表 67 篇期刊论文和 74 篇会议论文,作 34 次特邀报告,18 项美国专利申请。

这其中最重要的的工作,是开发了垂直 GaN(氮化镓)功率晶体管,并受到美国能源部等超过 500 万美元资助。传统硅基电力电子器件难以同时承受大电流(大于 100A)和高电压(大于 1000V),赵宇吉利用 GaN 基底开发出垂直沟道的电子电力器件,能承受 200A 和 20000V 工作条件。这项研究有望在 3 到 5 年内被半导体巨头产业化,成为降低电力转化损耗(其在全球功耗中占比 10%)的重要途径。

赵宇吉回忆,中村导师特别强调不要赶热潮、随大流。他很早就认为 GaN 有前途,但这种材料在自然界并不存在,用 MOCVD(有机金属化学气相沉积法)制备特别困难,外界都不认为能做出来。最惨的时候,报告会场里只有后来获得 2014 年诺贝尔物理学奖的三位得主。“中村老师从小到大都不是传统意义上的好学生。”赵宇吉强调,中村修二不是名校毕业、没有攻读博士学位,硬是凭着自己不走寻常路的思维,和异于常人的努力,作出了震惊整个物理学界的成就。之后,全美的各大名校都抛来了橄榄枝。UCSB 校长杨祖佑的三顾茅庐最终打动了中村修二, 他在这里组建了全美最好的半导体实验室。这种独立探索的创新精神也传达给了赵宇吉,帮助他找到了自己的方向。

2019 年 8 月,赵宇吉在美国白宫接受了美国青年科学家总统奖(PECASE),由美国总统亲自颁发。中村修二曾向 UCSB 校长杨祖佑等人评价说:他原本对大陆学生不了解,觉得他们很难成功;如今看来赵宇吉却是他最优秀的学生。带着导师的祝福和鼓励,赵宇吉在科研的道路上走的更坚定和努力,他 33 岁,这条路还很长。

麻省理工科技评论

From Tech to Deeptech