存高远之志 填国内空白——记国家“千人计划”特聘专家、电子科技大学教授宋海智

本刊记者 李晓文

存高远之志 填国内空白
——记国家“千人计划”特聘专家、电子科技大学教授宋海智

本刊记者 李晓文

作为新兴、前沿的科技领域，量子技术在近年来发展迅速，已成为国家科技发展战略的重要组成部分。2017年有报告统计，我国在量子科技领域的投入和产出综合排名世界第二。对于量子的研究，还有人说，“在当前的信息技术中，量子科技是最具革命性前景的，可以颠覆人类未来”“量子科技的未来充满无限可能，人类生活和社会生产都将因量子科技而深刻改变”。量子科技除了对经济社会产生深刻影响外，量子相关技术对国防事业更是至关重要。

发展量子技术已是大势所趋，而半导体光电子材料是发展量子科技的关键支撑，只有解决材料基础问题，才能掌握该领域的主动权。而宋海智从事的正是这样一项事业——半导体光电子材料和器件研究。2014年，宋海智以国家“千人计划”特聘专家身份全职回国，放弃海外10多年的优越工作和生活，先后加入西南技术物理研究所和电子科技大学，充分发挥其在量子技术领域的专长，立志填补国内光电子材料领域空白，并成功突破瓶颈，初步实现了相关材料的自主研制。

负笈求学，玉汝于成扬眉

从1986年到1997年，从南京大学到北京大学，再回到南京大学，这一路上，宋海智完成了本科、博士、博士后的学习和研究，而不变的是他一直在自己最感兴趣的半导体物理领域里奋斗着。10多年的专业积累，为宋海智的成长打下了坚实基础。学海无涯，特别是当攀登“科研”这座高峰时。于是，1998年，宋海智决定到比利时鲁汶大学物理系作访问学者。“在那儿也学了不少东西，虽然时间短，但还是很长见识。”

说到半导体行业，尤其是材料行业，那就不得不说到日本。日本在半导体以及材料行业的地位，一直处于世界顶尖。这对宋海智无疑有着最大的吸引力，要想接触到最前沿的技术，要想在半导体及材料领域做出一番事业，必须去日本。1998年，宋海智决定远赴东洋，而这一待就是16年，同时也铸就了他人生中的一段辉煌征程。这16年里，他先后在日本筑波大学物理工学系任助教，在日本富士通研究所纳米技术研究中心任研究员，又在富士通研究所纳米电子研究中心任高级研究员，同时兼职日本东京大学量子电子情报研究机构高级研究员。其中，在富士通的工作时间长达10年之久，这也是宋海智“高产”的重要阶段。

这期间，他发明了半导体量子点量子运算阵列制备技术，并产生广泛的国际影响，为学界同行不断模仿跟踪；成功开发了1.3微米半导体量子点激光器材料的生产技术，其器件曾获得日本文科省科技奖、经产省大臣奖等多项国家级和国际奖项，该器件完成量产化后市场表现良好；主持设计和研制了1.06微米半导体量子阱激光器，以此为基础制成的纯绿色激光器已经产品化；研究设计了高性能1.55微米半导体量子点单光子源，以此实现了120km光纤量子密钥分配。

作为晶片生产技术负责人，宋海智成功研制的1.3微米半导体量子点激光器有着其他产品无法比拟的优良特性：单模输出，最高工作温度200℃， 无错传输距离＞20km。与具有国际先进水平的德国Innolume公司相关产品相比，在“直接调制比特率”和“稳定工作温度”等指标方面处于均处于优势地位。该产品性能为国际最高水平，在日本QDLaser公司已经量产化，并用于高速光纤通讯（国内尚未有实用化的类似产品）。

2016年3月，与诺贝尔奖获得者中村修二在电子科大探讨合作。

作为材料生长、芯片工艺及质量评价负责人，宋海智成功开发的纯绿色半导体激光器，产品性能也同样处于国际先进水平：单模输出，色纯度532nm，调制带宽＞100M H z。该产品已经由QDLaser公司量产化，将用于下一代微型投影仪等显示设备（国内尚未见类似产品的开发成果）。

长期从事半导体光电子材料和器件的研究以来，宋海智已发表学术论文120余篇，授权美国、欧洲、日本技术专利达25项，并多次在国际学术会议上作特邀报告。

面对如此多的骄人成绩，宋海智直言：“完成了几项产品设计和开发，我觉得这是我工作最骄傲的地方。说实话，做产品这一路，都是一步一个脚印走过来的。”多年在日本的工作的切身经历，让宋海智感受最深的就是：“在做科研方面，日本人并不一定比我们更有创造性，但是他们做一件事情能做得非常精细，做得非常到位。”而这种精益求精的科研态度，也深深影响着他。

学成归国，助推光电材料

尽管在国外10余年创下了累累硕果，但这对宋海智来说，并不是真正的价值实现。多少个日日夜夜，隔海而望的祖国时时刻刻牵绕在他心中。“用我所学，回报祖国，服务国家，希望能在光电子材料领域填补国内空白。”这才是宋海智最大的理想。

于是，在2014年，宋海智毅然选择全职回国。在他看来，回国有三大考虑：“一是科研做到一定程度，要寻找新的挑战。国内科研形势一片大好，每个人都干劲很足，在不断的出成果，这种积极的氛围非常吸引人；二是个人的价值实现，要在科研中做出成就感；第三是实实在在的，发挥在国外这么多年所学所得，希望为咱们国内解决某一方面的问题，能够贡献一点力量。在半导体光电子材料这一方面，国内产品的材料需求主要还是依靠进口，材料问题还没有彻底解决，尤其是军需品，如果基础材料受制于人就会很被动，只有掌握了这方面的核心技术，自给自足，自主开发，才能掌握主动权。”

“我就希望我可以有这个能力回来解决这个问题。”宋海智直言，“我有这个责任，而且我相信我也有这个能力，在半导体光电子材料方面，至少部分地解决我们国内的需求。”

III-V族半导体多层异质结光电材料是发展近红外半导体光电器件的基础核心材料，是影响近红外半导体光电探测器与激光器性能的关键因素。该异质结材料制备的水平直接关系到近红外半导体光电探测器的量子转化效率、雪崩倍增因子、光谱响应范围、噪声因子与响应时间等关键性能指标；而近红外半导体光电探测器作为基础核心器件，其性能直接影响近红外激光武器系统（包括激光制导、激光预警、激光成像探测等）的探测灵敏度、探测波段、探测距离等关键战技指标。同时，III-V族半导体多层异质结光电材料也是研制半导体激光器等其他光电器件的核心基础材料，因而具有广泛的战略意义和研究价值。

据宋海智介绍，目前国内自主研发的III-V族半导体多层异质结光电材料，在材料的均匀性、组分精确控制、膜层厚度精确控制等质量方面与日本、美国的材料制备水平存在一定的差距，并不能满足我国军用近红外半导体光电器件，特别是具有量子结构的近红外光电探测器的研制需要。而国外研制的高性能III-V族半导体多层异质结光电材料对我国严格禁运，这严重制约了我国近红外光电探测器的发展。因此，开展高性能多层异质结光电材料研制能够大大缩短我国在核心光电器件领域同国外的差距。

而宋海智所掌握的异质结半导体材料生长的精密制备技术已成功地运用于半导体光电子器件（主要包括半导体光电探测器和半导体激光器），其中新型的半导体量子点激光器，目前在国外即将进入实用阶段，国内的开发尚有待展开。

除了拥有坚实的半导体物理理论基础，宋海智在半导体光电子学领域还有着20多年的研发经验，不但掌握了利用MBE(分子束外延）、MOCVD(金属有机物化学气相沉积）等手段制备多层异质结光电材料的核心技术，而且在III-V族半导体多层异质结光电材料的研制上独有“专长”。这将有力地推动国内军用半导体光电子器件的发展，大大缩短国内半导体多层异质结构材料的制备技术与国际前沿水平的差距。

2014年全职回国后，宋海智首先选择加入西南技术物理研究所，负责光电子材料的研发。在宋海智看来，做光电子材料，首先要选择突破口和切入点，而这个突破口就是西南技术物理研究所。

西南技术物理研究所肩负着发展国内激光材料、激光探测器、激光器及激光武器应用的重要使命，不言而喻，高性能的光电材料是其研发基础的重中之重。

在大面阵雪崩探测器的制备上，由于国际上军用面阵探测器材料对我国严格禁运，这就使我们的焦平面探测器无法实现完全国产化，瓶颈始终没有突破，极大地限制了激光成像探测技术及其应用装备的发展。而凭借多年掌握的多层异质结光电子材料制备的核心技术，尤其是在III-V族半导体多层异质结光电子材料方面的专长，宋海智将为激光焦平面探测器的研制解决基础问题——材料。在宋海智和团队的共同努力下，目前，该所研制材料的综合技术参数已与国际先进水平相当，初步克服了激光焦平面探测器国产化的瓶颈难题，从而有力提升我国军用半导体光电探测器的综合性能，促进激光成像雷达等先进光电武器装备的发展，大大缩短与国外先进水平的差距。

2008年使用光电子材料开发设备

以雪崩探测器所需要的材料作为切入点，经过不断研究，宋海智和团队已基本实现了半导体雪崩光电探测器材料的自主研制。

借科大之力，搭建西部平台

2015年6月，在电子科技大学基础与前沿研究院和光电信息学院的联合引进下，宋海智加入了电子科大。在这里，他将充分发挥在科研院所和产业界长期积累的优势，结合电子科技大学的学科特点，展现其在基础研究领域引领性作用，致力于学科建设和人才培养，推动学校在光电学科领域的发展。

宋海智表示，自己也非常荣幸成为成电子科大的一份子。他说，电子科大有着深厚的历史积淀和良好的学术氛围，感谢学校提供的良好基础研究和创新平台。这两三年来，他依托基础与前沿研究院和光电信息学院，努力为学校作出应有的贡献。

除了半导体光电子材料的研究，宋海智比较感兴趣的还有量子信息研究。目前，宋海智在电子科技大学正着力进行量子信息器件方面的相关研究。

近几年来，关于量子信息研究的相关报道异常火热，我国成功发射量子卫星及其相关量子通信试验，在国际相关研究领域带来了重大影响。有人称，“在当前的信息技术中，量子科技是最具革命性前景的，将颠覆人类未来。”无论是在量子芯片、量子通信和量子计算等量子效应的深度应用，还是在显示的初露锋芒，量子科技都呈现出了充满无限想象的未来。

而早在十几年前，宋海智就开始了量子信息的研究，产出了一批发明专利。在日本东京大学量子电子情报研究机构工作期间，又参与实现了远距离光纤量子通信。根据这些经验，尽管量子技术的相关研究比较火热，但仍然存在着一系列瓶颈问题。宋海智表示：“目前量子技术所需要的一些器件还不成熟，我们想通过我们的半导体技术，来解决现在面临的实际问题。”

毫无疑问，我国在量子信息领域的研究已处于世界前沿水平，但宋海智明显感觉到：“国内在这一方面的发展还不平衡，东西部差距还很明显。”能不能在西部也建立量子信息研究基地？这成了宋海智的一个想法，并致力于推动平台的建设。

除了个人兴趣，宋海智坦言，自己也有一点“野心”：抓住目前国内以及世界整体发展的方向，在基础技术方面跟上国际步伐；能有所创新，拥有我们自己的自主知识产权的量子产品。对于目前的工作，宋海智表示：“我们会重点解决量子信息技术在实现应用或者产业化过程中遇到的必须解决的器件问题。”

眼下，宋海智正在建设两班团队，有条不紊地开展相关研究工作。在团队建设和人才培养上，宋海智也有自己的心得和原则：“团队要有一个开放的体制；培养学生不只是为项目、为团队培养，更要为社会培养，要有一个开放的心态和眼光；要培养一批能够支撑起半导体光电材料整个产业的人才。”

“我们的目标就是要建立我们国家自己的半导体光电子材料生产平台，将来我们国内光电子器件生产所需材料都由我们自己来提供。”尽管万事开头难，前期启动性质的基础工作并不好做，但宋海智始终满怀信心，同时他表示，“要做成这么一件有意义的事，并非一人或一个单位所能完成的，希望能联合其他单位的有关专家一起做”。明知山有虎，偏向虎山行。宋海智清楚知道前面的路并不好走，回国这3年他也从未停止过努力，为获得民间资本或地方政府资助，他一直在奔波着。

最后，宋海智表达了自己的殷切期望：“如果地方或者国家层面能够再给予更大的扶持和支持的力度的话，我想我们的目标一定指日可待。”宋海智很认真地说道：“无论如何，我们自己永不退缩，会朝着建立和完善我国半导体光电子材料产业的目标不断地前行。”

专家简介：

宋海智，国家“千人计划”特聘专家，电子科技大学教授。1990年毕业于南京大学物理系半导体物理与器件专业，获理学学士学位；1995年毕业于北京大学物理系凝聚态物理专业，获理学博士学位；1997年完成南京大学物理系博士后研究；1998年赴比利时鲁汶大学物理系作访问学者；1998～2001年，在日本筑波大学物理工学系任助教；2001～2004年，在日本富士通研究所纳米技术研究中心任研究员；2004～2014年，在日本富士通研究所纳米电子研究中心任高级研究员，同时兼职日本东京大学量子电子情报研究机构高级研究员。长期从事半导体光电子材料和器件的研究，至今已发表学术论文120多篇，授权美国、欧洲、日本技术专利25项，多次在国际学术会议上作特邀报告,并成功研发了多种半导体光电子产品。