立鴻鵠志 做奮斗者
——記北京大學信息科學技術學院研究員黃芊芊

□ 李 剛

習近平總書記曾對青年說，人生的扣子從一開始就要扣好。如果青年時期就系上、系好、系正了第一顆紐扣，每一個目標、每一個理想、每一份事業都從這一顆紐扣開始，那么今后的人生路就會順利、就能有所作為。它是人生的一塊基石，也是命運的一道閘門。

對于黃芊芊來說，踏上科研之路，便是她人生最正確的選擇，是引導她人生開拓向前的第一粒紐扣。志之所趨，無遠弗屆，窮山距海，不能限也。在興趣與使命的驅動下，她將滿腔的熱情投入到科研創新工作中，腳踏實地，慢慢將科研理想變為現實。憑借多年來在超低功耗微納電子新原理器件研究中所取得的優秀成果，黃芊芊入選了全國僅有4人入選的2017年度中國“未來女科學家計劃”，成為該獎項設立以來首位微電子領域的青年學者。2018年，黃芊芊所申請的“新型超低功耗微納電子器件”項目成功獲得了國家自然科學基金委員會優秀青年科學基金的資助。

漫漫科研路，孜孜探尋心，雖獎勵加身，但黃芊芊從未有過一刻懈怠。她深知藍圖不可能一蹴而就，在超低功耗微納電子器件研究中，她還需倍加努力，創新篤行。

創新篤行，聚焦超低功耗器件基礎研究

在大多數人看來，黃芊芊的學習生涯可謂是順風順水。2006年，她憑借優異的成績考入了北京大學信息科學技術學院。本科畢業之后，她又師承王陽元院士和黃如院士，取得了北京大學微電子學和固體電子學博士學位，并完成了博士后研究工作。多年來，黃芊芊在科研方面積累前行，特別是在超低功耗微納電子新原理器件研究中取得了一系列代表性成果。

在她的講述中，記者了解到，隨著物聯網和智能時代的來臨，集成電路技術在科技進步和社會發展中的地位愈加關鍵，面臨的挑戰也更加嚴峻。在人們對更強計算能力和更高集成度的不斷追求中，功耗問題成為集成電路乃至信息技術發展的瓶頸問題。特別是在即將到來的萬物互聯智能時代，物聯網、生物醫療、可穿戴設備和人工智能等新興領域更加追求極低功耗，尤其是極低靜態功耗。在上述時代背景和需求的引領下，從基礎器件角度，基于新原理的超低功耗超陡擺幅器件技術成為近年來國際前沿研究的熱點領域。不同于傳統MOS器件的勢壘調制機制，量子隧穿原理、負電容原理等新型開關機制可以突破傳統器件的亞閾擺幅極限，實現理想或者接近理想的超陡峭開關特性，從而實現超低功耗。

在諸多新型超低功耗超陡擺幅器件中，采用量子力學帶帶隧穿作為導通機制的隧穿場效應晶體管以其超低的泄漏電流、低工作電壓、超陡的亞閾擺幅和高工藝兼容性等優點引起了國內外學術界和產業界重視，被國際半導體技術路線圖ITRS列為最具潛力的低功耗器件技術之一。硅基隧穿器件與主流CMOS生產線工藝兼容性高，同時還具有極低關態電流的優勢，非常適合對靜態功耗要求苛刻的應用，比如長時間續航能力的移動芯片、物聯網芯片、生物檢測芯片、智能三表芯片等極具市場潛力的電子產品。然而，對于隧穿機制而言，帶帶隧穿幾率相對較低，使得器件開態電流驅動不足，尤其是硅基隧穿器件，限制了隧穿晶體管在電路系統的應用范圍。另一方面，對于亞閾擺幅，由于陡峭的源結摻雜梯度難以通過常規工藝實現，使實驗報道的亞閾擺幅比理論預期要大不少。

目前國際上的研究者們大多是從材料、結構和工藝三方面對隧穿場效應晶體管進行改進，這些方法受到單一工作機制的物理局限，很難同時滿足高開態電流、超陡亞閾擺幅和低泄漏電流，離實際可以面向大規模應用的超低功耗器件技術仍存在一定的差距。不同于傳統思路，黃芊芊及其研究團隊從改變現有器件的工作原理角度出發提出新型隧穿器件結構，并率先在國內開展新型硅基隧穿器件的實驗研究，實現了器件的開態電流、亞閾擺幅乃至綜合性能的突破。通過結合現有帶隧穿機制和其他具有高驅動電流的工作機制，提出了肖特基—隧穿混合調控機理；基于上述混合調控機理，研制了具備大規模集成能力的新型梳狀柵雜質分凝隧穿晶體管，其最小亞閾擺幅是國內外報道的硅基隧穿器件中的最低值，同時具有目前國際報道的同類器件中最優的綜合性能。混合調控新原理器件研究具有創新性和前瞻性，為面向實際超低功耗集成電路的應用奠定了可靠的器件基礎，具有重要的科學意義和應用價值。

第十四屆中國青年女科學家頒獎典禮（后排右1為黃芊芊）

發展開拓，學術創新與產業化同行

科學創新要緊跟世界前沿。一個行業的頂級大會，往往代表了行業動態的風向標，不僅能夠帶來當今最前沿的研究成果，還為未來的發展指明了方向。通過在行業頂級會議中發表相關文章，黃芊芊得到了更多的科研歷練與成長。

IEDM（國際電子器件大會）始于1955年，在國際半導體技術界享有很高的學術地位和廣泛的影響力，被外媒譽為“微電子器件領域的奧林匹克盛會”。該會議主要報道國際半導體技術方面的最新研究進展，是著名高校、研發機構和英特爾、IBM等企業報告其最新研究成果和技術突破的主要窗口和平臺之一。近年來，集成電路技術領域的許多重大技術突破都是通過該會議正式發布的。

從2011年開始，黃芊芊就在這一平臺上以第一作者發表相關文章，她的研究工作也始終圍繞著解決微電子器件領域的世界性科研難題展開，并持續在頂級國際舞臺上展示自己的成果，不斷加強來自中國的話語權。為了攻克科研難題，熬夜通宵是家常便飯。她說：“做科研并且能出科研成果，一定是首先你對它足夠熱愛，然后足夠想把這件事情做好，才能真正做出一些有用的東西。這樣的全身心投入是不分晝夜的，也只有這樣，才能真正做到踏石留印、抓鐵有痕。”

截止到目前，黃芊芊已在IEDM、VLSI、IEEE EDL、IEEE T-ED等國際會議和期刊上發表論文50余篇，其中在微電子器件領域最具標志性國際頂級會議IEDM上發表第一作者論文5篇，為中國大陸地區以第一作者身份發表IEDM論文篇數的最高紀錄。相關成果被2次寫入國際半導體技術路線指南（ITRS）。除此之外，她已申請專利70余項，含美國授權專利12項，中國授權專利40項，部分轉移到中芯國際集成電路制造有限公司（以下簡稱“中芯國際”）。

在科研成果產業化方面，從2013年開始，黃芊芊所在的科研團隊就與中芯國際保持了良好的長期合作關系，致力于在中芯國際的大規模生產線上開發超低功耗器件技術，在他們的共同努力之下，研制了世界上首個基于12英寸CMOS生產線上的互補隧穿器件集成技術，并于2015年將階段性合作成果在頂級會議上進行發表，受到了英特爾、IBM等國際半導體公司的高度關注。同時，該成果被作為重要的產業研究動態，受到了來自國際知名電子工程專業網站EETimes的專題報道。這項成果給予了黃芊芊及其科研伙伴們更大的信心與動力，她說：“目前正在與電路團隊合作，進一步基于這項成果研制超低功耗電路，使科技創新能夠轉化成實實在在的產品。”

羅馬不是一天建成的。回溯過往，黃芊芊感慨頗多。她直言，自己的成長與王陽元院士、黃如院士的引導是分不開的。兩位院士對于科研的嚴謹與熱愛一直在深深感染著她，而她也在將這種精神傳承下去，來引領自己的學生在科研中發散思維，做出更多有意義的成果。

科學的世界變幻莫測，在日新月異的微電子領域，黃芊芊明白今后的挑戰會更多，但她從未有過一絲畏懼。興趣、執著與使命是支撐黃芊芊在這一領域深耕不怠的無限動力。她希望今后能夠朝著超低功耗器件及應用的研究方向腳踏實地繼續前行，將研究推向極致，做出能夠真正改變人類生活、改變世界的成果。

青年如初春、如朝日，是人生最寶貴的時期。立鴻鵠志，做奮斗者。黃芊芊正在用自己的行動踐行著青春的意義。