趙宇吉:做出全球最亮LED,成諾獎得主得意門徒
2020-12-05 騰訊網
2019 年 12 月 14 日，《麻省理工科技評論》公布了 2019 年「35 歲以下科技創新 35 人」（Innovators Under 35 China）中國區榜單。在本屆榜單上，雖然缺失了「創業家」的身影，但是我們看到了許多在具有產業化潛能的領域堅持科研使命的獲獎人，也看到更多散布在海外頂尖學術機構的科學家們，用自身不改初心的堅持努力，取得了世界級標竿成就的科研成果，其中有超過半數以上的獲獎者，都取得了世界級的突破性研究成果與發現。我們將陸續發出對 35 位獲獎者的獨家專訪，介紹他們的科技創新成果與經驗，以及他們對科技趨勢的理解與判斷。
關於 Innovators Under 35 China 榜單
自 1999 年起，《麻省理工科技評論》每年都會推出「35 歲以下科技創新 35 人」榜單，旨在於全球範圍內評選出被認為最有才華、最具創新精神，以及最有可能改變世界的 35 位年輕技術創新者或企業家，共分為發明家、創業家、遠見者、人文關懷者及先鋒者五類。2017 年，該榜單正式推出中國區評選，遴選中國籍的青年科技創新者。新一屆 2020 年度榜單正在徵集提名與報名，截止時間 2020 年 6 月 30 日。詳情請見文末。
趙宇吉
發明家
趙宇吉憑藉其在新型 GaN 基半導體器件和集成晶片技術領域取得的一系列成果，榮膺 2019 年《麻省理工科技評論》「35 歲以下科技創新 35 人」中國區得主。
獲獎時年齡：33 歲
獲獎時職位：亞利桑那州立大學助理教授
獲獎理由：他要做出「最亮」 LED，減少全球在照明和電力轉換上的能源消耗。
2014 年，因為發明了藍色發光二極體（LED），美國日裔科學家中村修二教授獲得諾貝爾物理學獎。LED 的發光效率要高於白熾燈和螢光燈，但長期苦於沒有短波長的藍光來激發其他顏色光源，因此無法得到應用。自這項發明後，利用藍光 LED 激發螢光粉的黃光，來混合成白光源已成為主流。
由於這項貢獻，中村修二被稱為「藍光之父」。但 LED 本身仍飽受「效率衰退」問題的限制，即 LED 在高電流密度下發光效率會明顯衰退，無法用在汽車大燈、投影儀等產品上。從日本來到加州大學聖芭芭拉分校（UCSB）後，中村修二便向學生們宣布：「我們的下一個目標是做出世界上最亮的 LED。」
彼時，剛剛以優異的表現從復旦畢業來美國求學，並師從中村修二的趙宇吉博士，就是被這個令人振奮的目標激勵著，發明了「無衰退效率」的 LED，創造了新的照明效率世界紀錄。
趙宇吉告訴《麻省理工科技評論》中國，中村修二發明藍光 LED 時，是在氮化鎵六方晶體的極性面上生長材料。而研究非效率衰退 LED，則需要將目光投向半極性面/非極性面。趙宇吉發現，有一個晶面性質奇特，摻雜效率尤其高，中村修二也非常認可，最終的無效率衰退 LED 就是在這個晶面上製備出來。趙宇吉的這項成果之後被《應用物理快訊》和《應用物理學快報》評選為年度最佳論文，譯成德，法，西等六種語言，並被《科學》、《自然-光子學》、《複合半導體》、美國光學學會（OSA）等廣泛報導 100 餘次。
「中村老師對學生的要求特別高」，趙宇吉回憶。不像其他組學生有分工，中村修二則希望學生會所有步驟，包括材料表徵、器件製備、測試、封裝等。在 LED 製作時每一層都要調試，研發挫折不知道有多少次。趙宇吉除了上課，所有時間都泡在實驗室裡，工作到 12 點實驗室關門才走回宿舍。UCSB 校區的海灘格外聞名，實驗室就在海灘邊上，趙宇吉卻無暇欣賞，度過了人生最辛苦的五年。
目前，趙宇吉已經在亞利桑那州立大學獨立組建了實驗室，從事用於太空飛行器的高溫 GaN 器件和晶片（由 NASA 資助用於水星計劃）、量子光子學集成晶片等研究。他共計發表 67 篇期刊論文和 74 篇會議論文，作 34 次特邀報告，18 項美國專利申請。
這其中最重要的的工作，是開發了垂直 GaN（氮化鎵）功率電晶體，並受到美國能源部等超過 500 萬美元資助。傳統矽基電力電子器件難以同時承受大電流（大於 100A）和高電壓（大於 1000V），趙宇吉利用 GaN 基底開發出垂直溝道的電子電力器件，能承受 200A 和 20000V 工作條件。這項研究有望在 3 到 5 年內被半導體巨頭產業化，成為降低電力轉化損耗（其在全球功耗中佔比 10%）的重要途徑。
趙宇吉回憶，中村導師特別強調不要趕熱潮、隨大流。他很早就認為 GaN 有前途，但這種材料在自然界並不存在，用 MOCVD（有機金屬化學氣相沉積法）製備特別困難，外界都不認為能做出來。最慘的時候，報告會場裡只有後來獲得 2014 年諾貝爾物理學獎的三位得主。「中村老師從小到大都不是傳統意義上的好學生。」趙宇吉強調，中村修二不是名校畢業、沒有攻讀博士學位，硬是憑著自己不走尋常路的思維，和異於常人的努力，作出了震驚整個物理學界的成就。之後，全美的各大名校都拋來了橄欖枝。UCSB 校長楊祖佑的三顧茅廬最終打動了中村修二, 他在這裡組建了全美最好的半導體實驗室。這種獨立探索的創新精神也傳達給了趙宇吉，幫助他找到了自己的方向。
2019 年 8 月，趙宇吉在美國白宮接受了美國青年科學家總統獎（PECASE），由美國總統親自頒發。中村修二曾向 UCSB 校長楊祖佑等人評價說：他原本對大陸學生不了解，覺得他們很難成功；如今看來趙宇吉卻是他最優秀的學生。帶著導師的祝福和鼓勵，趙宇吉在科研的道路上走的更堅定和努力，他 33 歲，這條路還很長。
-End-
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