楊鑫。通訊員 攝

華聲在線全媒體記者 王銘俊

【名片】

楊鑫，1987年生于婁底市。湖南大學教授、博士生導師，功率半導體與集成技術(shù)全國重點實驗室副主任。曾獲湖南省青年科技獎、湖湘青年英才等榮譽。

近年來，他主持或參與國家自然科學基金等課題10余項，主持管理科研經(jīng)費超1000萬元，與株洲中車時代電氣股份有限公司等行業(yè)頭部企業(yè)長期合作，在功率半導體器件建模與驅(qū)動控制、可靠性研究等方面取得系列重要創(chuàng)新成果。

【故事】

11月3日，湖南大學功率半導體與集成技術(shù)全國重點實驗室，楊鑫熱情地帶領(lǐng)記者參觀他的實驗線。

“這是一條比較完整、純國產(chǎn)、能夠驗證我們想法的一條實驗線。花的錢不多，卻很精致。”楊鑫對此頗為滿意。

在這里，他和團隊主要做兩件事——針對功率半導體芯片本身及封裝技術(shù)開展可靠性研究，使產(chǎn)品接近更好的狀態(tài)。

功率半導體芯片是電子產(chǎn)業(yè)鏈中最核心的器件之一，主要起著電能轉(zhuǎn)換和控制作用，廣泛運用于高鐵、汽車、工業(yè)電機、航空航天等領(lǐng)域。2010年，當他在國外攻讀博士學位鉆研IGBT芯片時，我國還因為這種功率半導體芯片技術(shù)的落后，被嘲諷高鐵患有“心臟病”。

目前，我國功率半導體芯片已形成規(guī)模效應(yīng)，不過，由于起步晚、工藝相對復雜并缺乏驗證機會，國內(nèi)廠家大多在追隨海外的技術(shù)發(fā)展路線。

在楊鑫的實驗室里，企業(yè)制作的功率半導體芯片被送來后，就在一臺機器前接受“CT”檢查，看看微觀結(jié)構(gòu)是否合格。接下來，還要接受嚴苛的實驗考驗。

“這就是模擬高鐵運行的實驗，你看，芯片還在‘跑’。”楊鑫指著顯示屏介紹，通過程序模擬的工況，芯片便會不間斷地操作，以此檢驗自己的壽命極限，其運行狀態(tài)也被一一記錄。

“企業(yè)更關(guān)注的是怎么將產(chǎn)品盡快做出來，而我們更關(guān)注的是，如何對芯片進一步優(yōu)化和改造，以確保產(chǎn)品更好、更可靠。”

楊鑫介紹，在功率半導體芯片制作過程中，封裝是另一個重點、難點。一個拇指大小的芯片，通流能力往往只能達到50安培，但在很多應(yīng)用場景中，要求達到1000甚至上萬安培。這就要求，并聯(lián)20個甚至上百個芯片。

要讓拇指大小的芯片獲得均勻的熱力，就得讓它們像國旗護衛(wèi)隊一樣，“身高”一致。這不僅非常考驗設(shè)計仿真能力，更考驗工藝的“火候”。目前，楊鑫開展的研究已申請專利40余項、獲得授權(quán)20余項，較傳統(tǒng)的封裝產(chǎn)品至少提高兩三倍壽命，且成本沒有明顯提高。

測試的芯片來自中車株洲所、泰科天潤等企業(yè)，盡管自身產(chǎn)能有限，但在楊鑫團隊有需求時，企業(yè)總是在第一時間送來樣品。

“在丁榮軍院士的大力支持和帶領(lǐng)下，我們這樣年輕的科研團隊才能有機會與我國功率半導體龍頭企業(yè)——中車時代電氣，共建我國功率半導體領(lǐng)域唯一的全國重點實驗室。幸福來之不易！”這正是楊鑫所喜歡的模式，以解決實際需求為目的展開研究。

楊鑫在英國帝國理工學院讀研時，往往一門理論課僅30個學時，學校卻會安排100甚至200個學時，要求學生針對1個項目獨立展開應(yīng)用實踐。那時，他和同學圍繞芯片并聯(lián)的極限大開“腦洞”，窮盡辦法建立數(shù)學模型，并通過實驗驗證效果，靠反復迭代和優(yōu)化實現(xiàn)螺旋式上升，以此形成研究的閉環(huán)。

“雖然很多項目會失敗，但向未知挑戰(zhàn)的過程太有意思了。”去年，楊鑫在國際公認的物理學頂級期刊《Physical Review Letters》發(fā)表論文，為功率半導體芯片尋找盡可能理想的開關(guān)，使得開關(guān)過程時間更短、能量損耗更低。

“要求比較嚴格，治學很嚴謹”“必須推薦！劍橋大學博士畢業(yè)，才華橫溢”“很低調(diào)的。本科生上了他的課，都喜歡找他請教問題”……這是學生對楊鑫的評價。與之相呼應(yīng)，在與記者交流時，“小團隊”“實事求是”等詞語總是不經(jīng)意地從楊鑫的話語里蹦出來。他說，功率半導體芯片需要成千上萬人的努力，而他們所做的就是局部改進，探明業(yè)界所不明的理論問題。

在國外讀博時，父母對他的唯一要求是“一定要回國效力”，他想的也是回來后結(jié)合祖國的需要，發(fā)揮自己的專業(yè)優(yōu)勢。

解決一些“卡脖子”技術(shù)問題，在硅基IGBT及其后代材料碳化硅功率芯片的研究上，獲得更好的穩(wěn)定性和可靠性……楊鑫希望，和國內(nèi)企業(yè)一道，從國際“跟跑”做到國際領(lǐng)先。