超宽禁带半导体材料与器件研究进展
作者：何云龙，陆小力，孙静，张金风，郑雪峰，马佩军，马晓华，郝跃
（宽禁带半导体国家工程研究中心，西安电子科技大学，陕西省西安市 710071）
摘要：以氧化镓、金刚石和氮化铝为代表的超宽禁带半导体是继硅、砷化镓、氮化镓、碳化硅之后的第四代半导体材料，已被公认是推动微电子技术继续高速发展的关键技术，成为世界各国竞争的技术制高点。超宽禁带半导体具有大功率、耐高压、耐高温、抗辐射能力强等优越性能，是新一代大功率集成电路、电力电子功率器件、短波长光电器件与探测器件的理想材料。本文通过结合国际国内最新研究进展，概述了氧化镓，金刚石，氮化铝这三种超宽禁带半导体材料与器件的相关研究，并以此对未来进行了展望。
以氮化镓、碳化硅为代表的第三代宽禁带半导体，已经在射频电子、电力电子和光电子领域得到了广泛应用，但是仍然存在一些问题有待解决。如氮化镓（GaN）单晶衬底尺寸小、器件动态特性差、缺陷界面机制不明晰等；碳化硅（SiC）仍存在材料成本高、加工难度大等技术困难。随着新能源、光伏产业的快速崛起，输出功率大、能量损耗低的电路系统成为未来发展趋势，而GaN与SiC略显疲态。因此，开发氧化镓（Ga2O3）、金刚石（Diamond）和氮化铝（AlN）为代表的超宽禁带半导体受到了产业界和学术界的广泛关注，并取得了一定进展。
超宽禁带半导体具有比GaN、SiC更高的禁带宽度，因此具有更高的击穿电场，可以保障器件具有更大的功率密度，同时具有高效、耐高温、抗辐射能力强等优越性能，是新一代大功率微波器件与集成电路、电力电子功率器件、短波长光电器件与探测器件的理想材料。巴利加优值（BFOM）是评判功率器件在大功率领域应用潜力的重要指标，如图1所示，氧化镓、金刚石和氮化铝的巴利加优值分别是GaN材料的4倍、29倍和22倍，是SiC材料的10倍、74倍和56倍。以上结果表明，超宽禁带半导体在电力电子领域和射频功率领域均具有巨大的应用潜力。近年来，不论在材料生长还是器件制备方面均取得了一系列突破。
本文结合国际国内最新研究进展，概述了氧化镓，金刚石，氮化铝这三种超宽禁带半导体材料与器件的相关研究，并给出了未来发展趋势，希望为该领域的研究者提供有价值的参考信息。
△ 图1. 半导体材料的物理特性
1. 氧化镓材料与器件研究进展
1.1 氧化镓材料
Ga2O3材料具有超宽的禁带宽度（约4.8~4.9 eV）和超高临界击穿场强（约8 MV/cm）。Ga2O3具有五种同分异构体，而β-Ga2O3在大气压下是热力学最稳定的相，其他的相则都属于亚稳态相，在一定的温度和湿度条件下都可以转变为β-Ga2O3，因此，目前的主流研究均集中于 β-Ga2O3。与GaN基器件和SiC基器件相比，β-Ga2O3基器件理论上在相同耐压情况下，导通电阻更低、功耗更小，能够极大地降低器件工作时的电能损耗，因此β-Ga2O3在大功率应用中极具潜力。目前日本的NCT公司采用垂直布里奇曼法成功制备出六英寸（100）向单晶衬底，国内的镓仁半导体也通过铸造法实现了六英寸单晶衬底的生长。由此可见，氧化镓的单晶衬底在价格成本上具有先天优势。
β-Ga2O3的材料外延技术主要有氢化物气相外延（HVPE）、金属有机化学气相沉积（MOCVD）和分子束外延（MBE）等几种主流生长方式。其中，HVPE生长速率快、低浓度掺杂可调等优势在目前的市场占有率很高。而MOCVD外延生长方法不仅可以进行大尺寸外延，同时可以兼顾生长速率，将成为未来氧化镓外延材料市场化的主力军。目前，β-Ga2O3外延工艺可以被分为同质外延与异质外延。同质外延又分为（100）、（010）、（001）、（-201）等四种晶体取向，异质外延的衬底则多为蓝宝石，其主流应用方向为光电探测、辐射探测等。
研究者在同质外延方面的工作很多，并取得了一定的进展。以（-201）晶向为例，2020年，吉林大学利用MOCVD技术制备了高质量的β-Ga2O3同质外延薄膜，其XRD摇摆曲线的FWHM为21.6 arcsec，均方根（RMS）粗糙度低至0.68 nm[1]。2024年，西安电子科技大学采用脉冲In辅助技术，得到了表面粗糙度为0.98 nm，摇摆曲线半高宽为30.42 arcsec的高质量外延薄膜，如图2（a）所示[2]。在异质外延技术方面，2023年，西安电子科技大学采用脉冲In辅助技术实现了高质量的蓝宝石衬底异质外延薄膜。（-201）晶面取向的半高宽达到2700 arcsec，表面粗糙度为5.1 nm[3]。2024年，中国科学院半导体所采用两步法在蓝宝石衬底上实现摇摆曲线半高宽低至0.66°，表面粗糙度为6.8 nm的外延薄膜，并以此制备了光电探测器件，光暗电流比高达1015 Jones[4]，如图2（b）所示。
△ 图2. AFM测量的薄膜粗糙度示意图（a）（-201）β-Ga2O3同质外延薄膜，（b）蓝宝石衬底上Ga2O3薄膜
1.2 氧化镓器件
1.2.1 氧化镓二极管
受限于目前的材料结构，氧化镓功率二极管主要以垂直型器件为主，其研究点主要集中于提升器件的BFOM值，从而接近其材料的理论极限。另一方面，针对氧化镓功率二极管开启电压较大的问题，研究者也做了一部分工作降低其开启电压从而减少导通损耗。
为了实现更高的BFOM值以接近其材料理论极限，2024年，美国佛罗里达大学采用双层边缘介质终端技术，实现了BFOM值为15.2 GW/cm2的功率二极管，其BFOM值是目前已报道结果最高值[5]。早在2022年，西安电子科技大学借助双层浓度的NiOx制造出复合终端结构二极管，实现了13.2GW/cm2的BFOM值，其击穿场强达到6.4 MV/cm，导通电阻为5.24 mΩ·cm2[6]，如图3（a）所示。
为了实现更低的开启电压，2023年，美国空军研究实验室制造出垂直Pt/TiO2/β-Ga2O3金属介电半导体（MDS）二极管，由于极化效应MDS二极管实现了0.59 V的开启电压[7]。同年，西安电子科技大学创新开发了N2O等离子体技术处理阳极区域，通过形成Ga-N键使二极管的开启电压降低至0.6 V[8]，如图3（b）所示。
△ 图3. （a）复合终端的异质结二极管及Benchmark图，（b）N2O等离子体处理二极管及IV曲线
此外，氧化镓二极管也成为目前最具实现产业化潜力的功率器件，逐渐成为研究的热点。2022年，日本NCT公司结合场板技术，在12 μm的漂移层上制造出边长为1.7 mm的大电流二极管，器件正向电流达到了2 A@2 V，导通电阻为17.1 mΩ·cm2，反向击穿电压为1200 V，BFOM值为 84 MW/cm2[9]。同年，西安电子科技大学设计了一种异质结终端的二极管，器件直径为620 μm，器件的正向电流达到了7.13 A@4.9 V，导通电阻为6.76 mΩ·cm2，反向击穿电压为1260 V，BFOM值为234 MW/cm2[10]。
1.2.2 氧化镓晶体管
在氧化镓晶体管的研究领域，研究人员深入且广泛地探讨了多个关键问题，其中主要的研究点依然聚焦于提升器件的BFOM值以接近其材料理论极限，其次，为了实现未来的系统级应用，实现增强型器件也不能被忽视。
在提升器件BFOM值方面，2022年，美国犹他大学制作了Fin形三沟道β-Ga2O3 MESFET，该器件的导通电阻为 5.1 mΩ·cm2，BFOM值为 0.95 GW/cm2[11]。西安电子科技大学在同年制作了凹槽PN异质结栅结构晶体管，器件的导通电阻为6.24 mΩ·cm2，BFOM值为0.74 GW/cm2，达到国际先进水平[12]。
出于系统应用层面的考量，研制高性能的增强型Ga2O3基晶体管至关重要。目前主流的增强型器件制作方式包括凹槽栅，异质结栅以及鳍式（Fin）栅结构等。2018年，美国空军实验室利用凹槽栅结构并通过原子层沉积（ALD）SiO2作为栅介质，实现了阈值电压为2V的增强型器件，其导通电阻为215Ω·mm，击穿电压为505 V[13]。2022年，电子科技大学团队采用凹槽异质结栅结构，实现了增强型Ga2O3晶体管，器件的导通电阻为15.1 mΩ·cm2，击穿电压为980 V，BFOM为63 MW/cm2[14]。2023年，西安电子科技大学制作了Ga2O3/NiOx异质结栅和肖特基复合栅结构晶体管，其阈值电压为3.3 V，击穿电压达到2160 V，导通电阻为6.35 mΩ·cm2，BFOM值达到0.73 GW/cm2，是已报道氧化镓增强型器件中的最高值[15]，如图4所示。
此外，由于较高的临界击穿场强和低串联电阻，氧化镓依然具有可观的约翰逊优值（JFOM），因此在射频功率领域也有一定的应用前景，众多学者开始了对氧化镓射频晶体管的研制。2021年，美国布法罗大学研制出增强型(AlxGa1-x)2O3/Ga2O3异质结构晶体管，该器件的fT，fMAX分别为30、37 GHz，fT·LG达到4.8 GHz·μm[16]。2023年，西安电子科技大学将Ga2O3沟道材料转移到SiC衬底上，并结合T型栅结构制作了晶体管，该器件的fT，fMAX分别为27.6、57 GHz，fT·LG为5 GHz·μm，为目前国际报道的最高值[17]，如图4所示。
△ 图4. （a）异质结-肖特基复合栅结构晶体管及其Benchmark图,（b）T型栅结构的β-Ga2O3 MOSFET及其小信号特性曲线
2. 金刚石材料与器件研究进展
2.1 金刚石材料
金刚石具有禁带宽度大、击穿场强高、载流子迁移率和饱和速度高的优势，并且具有自然界最高的热导率，从半导体的各种品质因数来看，金刚石材料拥有巨大的应用潜力，有望将电子元器件推向新的功率极限。同时，金刚石还拥有超强的抗辐照能力、极好的电绝缘特性和快响应特性，有望成为下一代脉冲强辐射场探测器的理想材料。此外，金刚石还可作为高性能热沉衬底，从芯片级散热的层面促使大功率器件和芯片小型化，在提升电路和系统的性能与寿命方面具有重要应用价值。
目前，单晶金刚石制备主要有高温高压（HPHT）合成方法和化学气相沉积法（CVD）。HPHT合成单晶金刚石是一种模拟自然界中金刚石形成条件的技术，它在科学研究和工业应用中具有重要地位。2015年，吉林大学设计了新型立方高压设备，提升了合成金刚石的质量，如图5所示[18]。但HPHT法制备单晶金刚石的尺寸受到严重限制，无法更进一步突破。
△ 图5. 高温高压法合成单晶金刚石
CVD制备单晶金刚石体材料或者薄膜的主流方法主要包括微波等离子体化学气相沉积法（MPCVD）和热丝化学气相沉积法（HFCVD）。MPCVD法制备金刚石薄膜技术经过40余年发展，逐渐走向成熟稳定，成为制备金刚石的主流方式。2014年，日本AIST采用马赛克拼接技术，将24个10 mm×10 mm“克隆”基片拼接成一个5.08 cm的马赛克金刚石晶圆，实现了英寸级单晶金刚石[19]。2018年，西安电子科技大学采用MPCVD系统在种子最大边对边宽度为7.5毫米的基础上，得到了两边宽度约为10毫米的同质外延单晶[20]。2019年，西安电子科技大学利用MPCVD系统实现了7个SCD样品的同时扩大生长，并且进一步扩大到14个SCD样品的同时生长[21]。
在外延生长研究方面，2015年，北京科技大学开展了Ir衬底上异质外延形核研究，外延形核密度达到108～109cm-2[22]。目前最大尺寸（直径~90毫米）单晶是德国奥格斯堡大学在2017年在Ir YSZ/Si（001）复合衬底上获得的，其生长时间120 h、厚度为1.6 mm、摇摆曲线（004）半高宽FWHM达到0.064°[23]。西安电子科技大学在2020年优化MPCVD生长方式，实现了高纯外延材料生长，材料的XRD（004）面摇摆曲线半高宽仅为46.3 arcsec[24]。
2.2 金刚石器件
2.2.1 金刚石功率器件
金刚石功率器件分为功率二极管与功率晶体管。在功率二极管方面，由于金刚石的n型掺杂技术尚未成熟，金刚石基肖特基二极管主要通过p型金刚石和金属形成肖特基结实现。从结构上可分为垂直型、准垂直型和横向型。2021年，日本产业技术综合研究所通过插入含有金属钨的缓冲层制备了准垂直肖特基势垒二极管。在±8 V电压下，整流比超过8个数量级，器件击穿电压为375 V[25]。
由于其材料的固有属性，金刚石功率晶体管通常为耗尽型器件。2022年，日本佐贺大学制备了Al2O3为介质层的MOSFET，该器件最大漏极电流密度可达-0.68 A/mm，最大有效迁移率为205 cm2/（V·s），比导通电阻为7.54 mΩ·cm2。器件的击穿电压达到2568 V，BFOM值为874.6 MW·cm-2，是目前金刚石功率晶体管最高值[26]。而要想实现增强型器件需要克服更多的技术难题，这也是当前金刚石功率晶体管研究中的热点。关于金刚石增强型器件的主流实现方式包括退火或紫外臭氧处理；利用低功函数栅极材料；耗尽2DHG沟道；氮离子注入等。2022年，西安电子科技大学利用Al/BaF2栅极材料实现了高性能常关氢化金刚石MIS-FET，器件的阈值电压为-0.90 V，最大跨导和最大饱和电流分别为30 mS/mm和-96.5 mA/mm[27]。2023年，西安交通大学利用电子束蒸发的方式在栅下沉积了30nm厚的CeB6，成功实现了阈值电压为-0.46V金刚石增强型器件。最大电流密度为-83.8 mA/mm[28]。
2.2.2 金刚石辐射探测器
由于金刚石优良的抗辐射特性及温度稳定性，其在辐射探测领域有着良好的应用前景。金刚石辐射探测器以匀质体电导型（无结型）结构为主流结构。这种结构对金刚石材料在核辐射后产生的载流子的收集特性提出了极高的要求，在电学特性上表现为载流子输运特性好、复合中心和陷阱少、载流子复合寿命长，这些特性决定了金刚石辐射探测器的电荷收集效率、能量分辨率等指标和长期探测性能的稳定性。目前金刚石辐射探测器的电荷收集效率可达90%以上（甚至100%），对α粒子和中子的能量分辨率最好结果分别为0.4%与1.5%。对γ射线/中子/质子/重离子等的探测则进一步证明了金刚石的抗辐照特性，在经受1015质子/cm2、250 Mrad光子辐照以及3×1015中子/cm2辐照后，金刚石探测性能只有轻微的变化。
2020年，西安电子科技大学提出了一种新型金刚石探测器，该器件在1 V/μm的电场下，暗电流非常低仅为7.46×10-13 A/mm2。在α粒子的辐照下，探测器的CCE为电子（98.6%）和空穴（99.01%），以及能量分辨率为1.04%与0.76%。同时，探测器具有超快的时间响应，仅为347.4 ps[29]，如图6所示。
△ 图6. 金刚石辐射探测器及其IV曲线
3. 氮化铝材料与器件研究进展
3.1 氮化铝材料
氮化铝（AlN）是典型的Ⅲ-V族化合物，有着优异的物理化学性质如高热稳定性（熔点2100 ℃）、高热导率[2W/(cm·K)]、高化学稳定性等。AIN还具有良好的压电和介电性能，因此在能量转换、声波和MEMS等器件上具有很大的应用价值，已被用于微机电系统。针对于AlN材料的研究主要集中在AlN晶体生长与AlN薄膜外延两个方面。其中，AlN晶体生长主要是采用PVT法进行自籽晶与异质籽晶生长。AlN薄膜外延主要采用MOCVD、ALD等方法在蓝宝石或4H-SiC衬底上进行异质外延生长。
国内外有许多团队对AlN材料开展了研究并取得了一定成果。在AlN晶体生长方面，北京大学结合有效的Al原子输运控制方法，实现了直径超过62 mm的AlN晶体和直径超过50 mm的AlN单晶衬底。在AlN薄膜外延方面，该团队提出了一种基于纳米图形化AlN/蓝宝石模板的“可控离散和可控聚合”侧向外延方法（NPATs），使蓝宝石衬底上AlN薄膜的位错腐蚀坑密度降低至104 cm-2量级[30]。与此同时，西安电子科技大学提出了扩散吸附调节外延生长法，获得了3×3 cm2的柔性AlN薄膜，且RMS为0.748 nm，如图7 所示。此外，该团队还通过应变工程连续调控柔性AlN材料的带隙，将带隙降低到4.8 eV，并使响应度提高161%，时间响应速度加快31%，并降低了暗电流[31]。此外，AlN还可以通过ALD方式生长，起到栅介质的作用。2015年，西安电子科技大学用PEALD生长AlN栅介质，与AlGaN/GaN结合形成MIS-HEMT器件，器件的跨导峰值为289 mS/mm，同时还显著改善了栅界面特性，界面电荷降低至3.1×1011cm−2[32]。
△ 图7. AlN薄膜及其显微、拉曼特性
3.2 氮化铝器件
针对AlN器件的研究主要集中于二极管、MESFET、光电探测器等。其中，AlN基二极管表现出较好的特性而受到广泛研究。2023年，亚利桑那州立大学首次在AlN衬底上实现了击穿电压达到3 kV的AlN肖特基二极管，泄漏电流仅为200 nA[33]。2024年，名古屋大学采用分布式极化掺杂方法在AlN衬底上制备了AlGaN p-n垂直二极管，如图8（a）所示，击穿场强达到7.3 MV/cm，实现了6.5 V的开启电压和3 mΩ·cm2的导通电阻，为目前所报道的AlN基p-n二极管最小值[34]。同年，西安电子科技大学实现了高性能AlN/GaN双势垒共振隧穿二极管，其峰值电流达到了创纪录的1551 kA/cm2，峰谷电流比为1.24[35]，如图8（b）所示。
△ 图8. （a）p-n二极管的横截面图及IV特性曲线，（b）AlN/GaN双势垒共振隧穿二极管及其IV特性曲线
此外，由于AlN具有很高的极化效应，因此，AlN/GaN异质结中的沟道电子面密度极高，适合制作射频器件，其较高的欧姆接触电阻通常用二次外延的方法来解决。2022年，西安电子科技大学提出了远程等离子体氧化处理的低损伤增强型AlN/GaN HEMT，阈值电压为0.4 V，最大电流达到了1.06 A/mm[36]。2023年，北京大学报道了70 nm栅长的AlN/GaN HEMT，欧姆接触电阻低至0.09 Ω·mm，fT/fmax达到140/301 GHz，饱和电流密度达到1.54 A/mm[37]。
4. 总结与展望
本文参考了超宽禁带半导体的学术和产业界动态，并根据国家工程研究中心多年在该领域的深入研究，简单概述了超宽禁带半导体材料、器件及相关技术的阶段性关键进展。
Yole Intelligence在《Status of the Power Electronics Industry Report》中预计，到2028年，全球功率器件市场将增至333亿美元，推动着宽禁带半导体领域的高速发展，但现有的GaN和SiC体系难以满足日益增长的军用及民用技术要求，作为超宽禁带半导体，Ga2O3能够实现n型电子结构的精确调制、金刚石具有室温下最高的热导率，而AlN具有极宽的带隙和较好的极化特性，这些优异的特性使得其在高压、高频、高温和大功率电子器件等领域具有广阔的应用前景，在更高功率、频率和效率的同时，低成本和小体积产品的实现成为可能。
近十年，世界范围特别是国内对超宽禁带半导体的研究变得更加活跃，不同技术制备的四英寸AlN、金刚石和六英寸Ga2O3衬底相继被报道，Ga2O3和金刚石MOSFET及AlN基HEMT出色的器件性能也有望在电力电子及射频功率领域应用，Ga2O3基日盲探测器、金刚石基辐照探测器和光导开关、AlN基LED等也在光电子、辐射领域取得了突破进展。这些喜人的成果更加证明了超宽禁带半导体的发展潜力。但是，由于相关理论与技术的不成熟，超宽禁带半导体材料与器件仍存在很多问题有待解决。此外，与相对较为成熟的SiC、GaN相比，以Ga2O3、金刚石和AlN为代表的超宽禁带半导体产业化应用刚刚开始。下一个十年，相信在国内外同行的共同努力下，超宽禁带半导体理论和技术将得到跨越式发展，商业产品快速投放并在市场中实现广泛应用，它们将通过更高的工作效率和更低的功率损耗来节省能源，同时改变人们的工作与生活。
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[20] Z. Ren et al., “Growth and characterization of the laterally enlarged single crystal diamond grown by microwave plasma chemical vapor deposition,” in Chinese Physics Letters, vol. 35, no. 7, 078101, Jun 2018, doi: 10.1088/0256-307X/35/7/078101.
[21] Z. Ren et al., “Multiple enlarged growth of single crystal diamond by MPCVD with PCD-rimless top surface,” in Chinese physics B, vol. 28, no. 12, 128103, Nov. 2019, doi: 10.1088/1674-1056/ab53cd.
[22] Y. Feng et al., “Heteroepitaxial nucleation of diamond on Ir(100)/MgO(100) substrate by bias enhanced microwave plasma chemical vapor deposition method,” in Journal of Synthetic Crystals, vol. 44, no. 4, pp. 896-901, Apr. 2015, doi: 10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2015.04.009.
[23] M. Schreck et al., “Ion bombardment induced buried lateral growth: The key mechanism for the synthesis of single crystal diamond wafers,” in Scientific Reports, vol. 7, 44462, Mar. 2017, doi: 10.1038/srep44462.
[24]苏凯. 高性能CVD金刚石核探测器及相关电子器件研究. 西安电子科技大学, 2022. doi: 10.27389/d.cnki.gxadu.2020.003386.
[25] P. Sittimart et al., “Enhanced in-plane uniformity and breakdown strength of diamond Schottky barrier diodes fabricated on heteroepitaxial substrates,” in Japanese Journal of Applied Physics, vol. 60, no. SB, SBBD05, May 2021, doi: 10.35848/1347-4065/abd537.
[26] N. C. Saha et al., “875-MW/cm² low-resistance NO2 p-type doped chemical mechanical planarized diamond MOSFETs,” in IEEE Electron Device Letters, vol. 43, no. 5, pp. 777-780, May 2022, doi: 10.1109/LED.2022.3164603.
[27] Q. He et al., “High mobility normally-OFF hydrogenated diamond field effect transistors with BaF2 gate insulator formed by electron beam evaporator,” in IEEE Transactions on Electron Devices, vol. 69, no. 3, pp. 1206-1210, Mar. 2022, doi: 10.1109/TED.2022.3147738.
[28] M. Zhang et al., “Electrical properties of cerium hexaboride gate hydrogen-terminated diamond field effect transistor with normally-off characteristics,” in Carbon, vol. 201, pp. 71-75, Sep. 2022, doi: 10.1016/j.carbon.2022.08.056.
[29] K. Su et al., “High performance hydrogen/oxygen terminated CVD single crystal diamond radiation detector,” in Applied Physics Letters, vol. 116, no. 9, 092104, Mar. 2020, doi: 10.1063/1.5135105.
[30] J. Wang et al., “Group-III nitride heteroepitaxial films approaching bulk-class quality,” in Nature materials, vol. 22, no. 7, pp. 853-859, Jun. 2023, doi: 10.1038/s41563-023-01573-6.
[31]史泽堃. 柔性自支撑AlN薄膜极性调控与应变工程的研究. 西安电子科技大学, 2024. doi: 10.27389/d.cnki.gxadu.2022.003463.
[32] J. Zhu et al., “Improved interface and transport properties of AlGaN/GaN MIS-HEMTs with PEALD-grown AlN gate dielectric,” in IEEE Transactions on Electron device, vol. 62, no. 2, pp. 512-518, Feb. 2015, doi: 10.1109/TED.2014.2377781.
[33] D. H. Mudiyanselage et al., “High-voltage AlN Schottky barrier diodes on bulk AlN substrates by MOCVD,” in Applied Physics Express, vol 17, no. 1, 014005, 2024, doi: 10.35848/1882-0786/ad15f4.
[34] T. Kumabe et al., “Demonstration of AlGaN-on-AlN pn diodes with dopant-free distributed polarization doping,” in IEEE Transactions on Electron Devices, vol 71, no. 5, pp. 3396-3402, Feb. 2024, doi: 10.1109/TED.2024.3367314.
[35] F. Liu et al., “Record peak current density of over 1500 kA/cm2 in highly scaled AlN/GaN double-barrier resonant tunneling diodes on free-standing GaN substrates,” in Applied Physics Letters, vol 124, no. 7, 073501, Feb. 2024, doi: 10.1063/5.0180145.
[36] S. Liu et al., “Improved breakdown voltage and low damage E-mode operation of AlON/AlN/GaN HEMTs using plasma oxidation treatment,” in IEEE Electron Device Letters, vol 43, no. 10, pp. 1621-1624, Oct. 2022, doi: 10.1109/LED.2022.3203164.
[37] L. Yang et al., “AlN/GaN HEMTs with fmax exceeding 300 GHz by using Ge-doped n++ GaN Ohmic contacts,” in ACS Applied Electronic Materials, vol. 5, no. 9, pp. 4786-4791, Sep. 2023, doi: 10.1021/acsaelm.3c00555.
来源：ACT化合物半导体
*声明：本文由作者原创。文章内容系作者个人观点，宽禁带半导体技术创新联盟转载仅为了传达一种不同的观点，不代表本联盟对该观点赞同或支持，如果有任何异议，欢迎联系我们。
北大这样保护它！
近年来
北大涌现出一批重大原始创新成果
知识产权作为科技成果的重要载体
一头连着科技创新
一头连着市场
在知识产权的
创造、运用、保护、
管理、服务全链条中
北大做了哪些实践探索？
4月20日-26日
是2024年全国知识产权宣传周活动
今年的主题为
“知识产权转化运用促进高质量发展”
一起来看看知识产权
如何激发北大创新创造活力
小北科普：什么是知识产权？
《中华人民共和国民法典》第一百二十三条规定：民事主体依法享有知识产权。知识产权是权利人依法就下列客体享有的专有的权利：（一）作品；（二）发明、实用新型、外观设计；（三）商标；（四）地理标志；（五）商业秘密；（六）集成电路布图设计；（七）植物新品种；（八）法律规定的其他客体。
01 北大知识产权知多少？
近年来，一座座研究高峰迸发在北大校园，描绘出充满活力的高质量发展图景：
近五年，北大平均每年申请专利1100余件。截至2024年3月31日，北京大学有效专利共计6116件，其中授权发明5622件，实用新型474件，外观设计20件，展现出强劲的创新活力。
和小北一起来看看具体的案例成果吧↓↓↓
飞秒脉冲激光调制器及具有其的微型双光子显微成像装置
01
成果情况
△安装在小鼠头上的2.2g微型化双光子显微镜
2017年，程和平院士团队成功研发用于在体实时脑成像的超高时空分辨微型化双光子显微镜，在国际上首次实现自由活动动物大脑神经元和神经突触清晰、稳定的双光子成像，并开启自由活动动物成像新范式。
△神舟十五号航天员乘组在轨使用空间站双光子显微镜
△空间站双光子显微镜对航天员皮肤表层的成像
在前期成功研制微型化双光子显微镜的基础上，团队于2022年9月成功研制出空间站双光子显微镜。同年11月12日，双光子显微镜搭乘天舟五号货运飞船运抵中国空间站，成为世界首台进入太空的双光子显微镜。2023年2月，首次在轨对航天员皮肤进行了双光子显微成像，获取了细胞结构和代谢成分等信息，为未来利用中国空间站平台开展航天医学和脑科学研究提供了重要的技术手段。
02
知识产权保护与转化
针对该项核心技术，北大科研团队于2017年申请了中国专利，并通过PCT途径申请了美国、日本、欧洲等5个同族专利，同时开展了专利挖掘和布局，围绕该技术形成了由7件专利组成的高价值专利组合。
2018年5月，北大与北京超维景生物科技有限公司签订了专利实施许可合同。2021年，在已有专利的授权基础上，双方针对感兴趣的研究方向签署了未来五年的合作项目。
2021年，经北京大学推荐，该技术最终获得第二十二届中国专利优秀奖。目前，该系列技术已经形成了5项新技术和新产品。
宽禁带半导体研究科技成果转化项目
物理学院沈波教授团队从事GaN基宽禁带半导体材料、物理和器件研究，深紫外LED外延技术和器件制备方面的研发，先后获得“973”计划、“863”专项和重点研发计划以及国家自然科学基金。团队多年来在GaN基于蓝宝石纳米图形衬底及大失配异质外延技术，形成高良率、高性能AlGaN深紫外LED外延片和LED器件产业化技术。
该成果的核心技术在于打通“GaN基半导体异质外延” 链路，解决“卡脖子”技术需求，实现批量供货。该技术于2018年获得国家技术发明奖二等奖。
第三代半导体材料技术在国际上具有领先地位，具有重要的国家战略意义。为保护该成果，科研团队申请了多项中国专利，为后续转化运用打下坚实基础。同时，学校科技开发部从源头技术开展孵化工作，协助科研团队进行商业计划书构建、股权方案设计、项目可用资源梳理等，帮助科研团队获得了北大科技成果转化基金——元培基金的投资孵化，最终促成该项目在北京市中关村顺义园区落地。
02 保护知识产权就是保护创新
每一项技术成果的研发，都凝聚着科研团队的智慧与汗水。让成果从“知产”变成“资产”的过程，离不开学校知识产权管理及科技成果转化部门的保驾护航。从专利申请、知识产权保护到促进成果价值转化，从前景评估到商业谈判，北大专利在他们的保驾护航下顺利落地。
近年来，北京大学围绕知识产权创造、运用、保护、管理、服务全链条开展了一系列工作，一起来了解↓↓↓
北大这样保护知识产权
完善组织架构及制度，规范保护和管理
由学校科技成果转化工作领导小组负责全校知识产权管理工作的统筹协调，科技开发部作为学校归口管理部门，负责全校知识产权管理。近年来，学校修订或重新制定了《北京大学知识产权管理办法》《北京大学专利工作管理办法》《北京大学职务科技成果披露管理办法》《北京大学技术转让和许可管理办法》《北京大学技术入股管理办法》等一系列学校知识产权制度，为北京大学的知识产权保护工作奠定坚实的制度基础。
开发系统，推进全流程管理
2022年4月，“北京大学知识产权管理系统”上线运行，通过信息化手段实现了知识产权的全生命周期数字化管理，系统三期建设于2024年4月正式上线运行，届时将实现校本部与医学部知识产权管理的全面贯通。
△北京大学知识产权管理系统
组织系列培训，提升知识产权保护意识
近三年来，累计为学校师生提供专业知识产权培训16期，培训覆盖1600余人次，提升了北大师生知识产权保护意识、营造了北大校园尊重知识产权的浓厚氛围。
开展知识产权教育，促进知识产权人才培养
北大知识产权学院创办三十余年来，依托北大法学院深入研究知识产权领域的理论与实践问题，培养了大批高素质知识产权专门人才。近年来，部分理工科院系也在日常教学中将知识产权内容纳入了本科生及研究生的课程体系，进一步筑牢北大学生的知识产权保护意识。材料学院推出的“材料+”科创讲堂，将知识产权基础和专利运营内容纳入课程体系，给本科生提供选修课程；化学学院开设了“化学领域的专利申请”课程，作为研究生课程“学术道德规范与科技写作”的组成部分。
△《化学领域的专利申请》课程现场
遴选专利代理机构 助力专利质量提升
2021年，北京大学面向社会公开遴选优质专利代理机构，构建学校专业专利代理服务团队。自2022年以来，每年学校组织专利代理机构召开“北京大学知识产权工作座谈会”，通过座谈会建立学校与代理机构的沟通机制，主动听取业界专家的意见和建议，加强与专业代理机构的合作和交流，推动学校知识产权工作高质量开展。
印发指南，为师生提供便利
为了让北大师生更好地了解知识产权管理要求及业务办理流程，学校科技开发部制作了《北京大学知识产权工作指南》，针对学校知识产权管理办法、管理系统、业务流程、基本概念、常见问题等内容进行梳理汇总，以纸质版和电子版的方式发放，方便师生查阅。
落实成果转化政策，激励创新创造
近年来，国家高度重视科技成果转化应用，围绕专利质量提升和促进转化运用等方面出台了一系列政策。北京大学积极落实改革政策，不断探索创新体制机制，针对科技成果转化工作流程、决策机制和收益分配等制定了一系列措施，将知识产权等科技成果转化后收益的70%奖励给科研团队，激励北大师生不断创新创造。
创新是引领发展的第一动力，保护知识产权就是保护创新。北京大学科技开发部负责人介绍说：
知识产权工作是科技成果转化工作的重要内容。北京大学作为首批国家知识产权示范高校，近年来在知识产权管理体系及专业人才队伍建设、高价值专利培育运营、快速预审通道建立、专利的分级分类、开放许可、盘活等方面开展了一系列工作，取得了一些宝贵经验。下一步，北京大学将聚焦提升知识产权高质量创造、高水平管理、高标准保护和高效益运用的能力，助力北京大学知识产权高质量发展。
03 北大知识产权宣传月来了
知识产权是创新成果的保护网，更是新质生产力的催化剂。知识产权专题培训、北大IP大讲堂、知识产权科普展……每年4月，丰富的知识产权科普和宣传活动在北大校园里展开。
今年4月26日是第二十四个世界知识产权日，学校科技开发部联合医学部、图书馆、深圳研究生院及北京大学知识产权信息服务中心等推出一系列活动，普及知识产权相关知识，宣传知识产权保护理念。
一起来看看都有哪些活动↓↓↓
来源 | 北京大学融媒体中心、北京大学科技开发部
图片 | 北京大学科技开发部、新华社
来源：北京大学
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