前言

現(xiàn)階段，提到氮化鎵，你可能會(huì)首先想到快充適配器、5G通信基站等電源系統(tǒng)內(nèi)置的GaNFET，或者高亮度LED。然而，氮化鎵的故事遠(yuǎn)不止現(xiàn)階段應(yīng)用那么簡(jiǎn)單。從最初化學(xué)元素的發(fā)現(xiàn)，到GaN的首次合成，再到如今的高功率器件和工業(yè)化生產(chǎn)，這一百多年的發(fā)展凝聚了無(wú)數(shù)科學(xué)家和工程師的智慧。

每一次技術(shù)突破都為下一步創(chuàng)新鋪平道路，氮化鎵百余年發(fā)展歷程中有無(wú)數(shù)專家、學(xué)者以及科學(xué)家推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程。為此充電頭網(wǎng)整理了氮化鎵這一材料的百年發(fā)展史，看有哪些人物值得我們銘記。

氮化鎵百年發(fā)展名人堂

充電頭網(wǎng)了解到，在以往百余年時(shí)間里由上述各領(lǐng)域?qū)＜摇W(xué)者以及科學(xué)家共同推動(dòng)了氮化鎵的發(fā)展進(jìn)程。

Daniel Rutherford丹尼爾·盧瑟福

丹尼爾·盧瑟福是氮元素（Nitrogen）的發(fā)現(xiàn)者。1772年盧瑟福重復(fù)布拉克當(dāng)年的煅燒石灰石實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)一種不能維持生命，也不助燃燒，也不溶于苛性堿的穩(wěn)定氣體，并命名為“濁氣”，這是人類歷史上首次發(fā)現(xiàn)氮元素，并對(duì)其命名。

Dmitri Mendeleev德米特里·門捷列夫

門捷列夫?qū)τ诨瘜W(xué)這一學(xué)科的最大貢獻(xiàn)在于創(chuàng)建了元素周期表，并總結(jié)出元素的性質(zhì)隨著相對(duì)原子原子量的遞增而呈周期性的變化，即元素周期律。門捷列夫根據(jù)元素周期律編制了第一個(gè)元素周期表，把已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的63種元素全部列入表里，從而初步完成了使元素系統(tǒng)化的任務(wù)。他還在表中留下空位，預(yù)言了類似硼、鋁、硅的未知元素的性質(zhì)（即后續(xù)發(fā)現(xiàn)的鈧、鎵、鍺），并指出當(dāng)時(shí)測(cè)定的某些元素原子量的數(shù)值有錯(cuò)誤。而他在周期表中也沒(méi)有機(jī)械地完全按照原子量數(shù)值的順序排列。若干年后，他的預(yù)言都得到了證實(shí)。門捷列夫工作的成功，引起了科學(xué)界的震動(dòng)。人們?yōu)榱思o(jì)念他的功績(jī)，就把元素周期律和周期表稱為門捷列夫元素周期律和門捷列夫元素周期表。

Paul émile Lecoq de Boisbaudran保羅·埃米爾·勒科克·德·布瓦博德蘭

1874年從鋅礦中分離出鎵元素，其物理性質(zhì)驗(yàn)證了門捷列夫?qū)Α邦愪X”的預(yù)言，成為首個(gè)填補(bǔ)周期表空缺的元素。鎵的拉丁語(yǔ)命名“Gallium”既指法國(guó)古稱“高盧”，亦被推測(cè)與其姓氏“Lecoq”相關(guān)。其光譜分析法革新了元素發(fā)現(xiàn)的技術(shù)路徑，與基爾霍夫、本生等光譜學(xué)先驅(qū)齊名 。在鎵元素研究中，曾因密度數(shù)據(jù)爭(zhēng)議與門捷列夫交鋒，最終實(shí)驗(yàn)修正后證實(shí)理論與實(shí)踐的契合。

W.C. 約翰遜（W.C. Johnson）、J.B. 帕森斯（J.B. Parsons）與M.C.克魯（M.C. Crew）

氮化鎵的歷史可以追溯到1932 年。當(dāng)年，W.C. 約翰遜（W.C. Johnson）、J.B. 帕森斯（J.B. Parsons）與M.C.克魯（M.C. Crew） 在美國(guó)通用電氣實(shí)驗(yàn)室首次通過(guò)高溫固相反應(yīng)法成功制備出氮化鎵，這也是人類歷史上第一次獲得GaN材料的紀(jì)錄。他們團(tuán)隊(duì)采用氨氣與金屬鎵在高溫條件下反應(yīng)的方式，制得了早期形態(tài)的氮化鎵固體，為后續(xù)氮化鎵半導(dǎo)體的發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。

H.P. 馬魯斯卡（H.P. Maruska）和J.J. 蒂杰恩（J.J. Tietjen）

H.P. 馬魯斯卡（H.P. Maruska）與J.J. 蒂杰恩（J.J. Tietjen）于1969年在貝爾實(shí)驗(yàn)室（Bell Labs）首次成功在藍(lán)寶石（sapphire）襯底上外延生長(zhǎng)出高質(zhì)量的氮化鎵（GaN）單晶薄膜。他們采用 金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）前身的氫化物氣相外延 HVPE 技術(shù)，解決了當(dāng)時(shí) GaN 難以成核、難以沉積的技術(shù)瓶頸，為后續(xù) GaN 藍(lán)光 LED、激光器與功率器件的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

Isamu Akasaki赤崎勇、Hiroshi Amano天野浩、Shuji Nakamura中村修二

赤崎勇、天野浩和中村修二三位科學(xué)家陸續(xù)通過(guò)發(fā)展高質(zhì)量氮化鎵外延生長(zhǎng)和摻雜技術(shù)，使得高亮度藍(lán)光 LED 的實(shí)現(xiàn)成為可能，從而徹底改變了照明與顯示技術(shù)的面貌。三人因此因發(fā)明高亮度藍(lán)色發(fā)光二極管，并由此實(shí)現(xiàn)白光照明而共同獲得了2014年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

Russell Dupuis羅素·杜普利

Russell Dupuis羅素·杜普利被廣泛認(rèn)為是現(xiàn)代MOCVD技術(shù)在化合物半導(dǎo)體尤其是GaAs和GaN器件應(yīng)用中的奠基人之一。他在20世紀(jì)70年代就開(kāi)始用MOCVD生長(zhǎng)高質(zhì)量GaAs外延層，并開(kāi)發(fā)了MOCVD工藝優(yōu)化，使其成為工業(yè)化可行的手段。

Muhammad Asif Khan穆罕默德·阿西夫·汗

穆罕默德·阿西夫·汗是氮化物半導(dǎo)體領(lǐng)域的重要科學(xué)家之一，他在1990年代率先推動(dòng)了GaN、AlGaN等寬禁帶材料在高頻、高功率電子器件中的應(yīng)用研究。他所在的團(tuán)隊(duì)成功制備了早期的 氮化鎵金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管（GaN MESFET），這是氮化鎵功率電子器件發(fā)展史上的關(guān)鍵一步。

GaN MESFET的實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證了氮化鎵材料在高溫、高電壓與高頻領(lǐng)域的巨大潛力，為后來(lái)更先進(jìn)的HEMT和氮化鎵器件奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

Heyue郝躍

郝躍院士長(zhǎng)期從事新型寬禁帶半導(dǎo)體材料和器件、微納米半導(dǎo)體器件與高可靠集成電路等方面的科學(xué)研究與人才培養(yǎng)。在氮化鎵/碳化硅第三代(寬禁帶)半導(dǎo)體功能材料和微波器件、半導(dǎo)體短波長(zhǎng)光電材料與器件研究和推廣微納米CMOS器件可靠性與失效機(jī)理研究等方面取得了系統(tǒng)的創(chuàng)新成果。郝躍院士是中國(guó)寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域的重要推動(dòng)者。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)多年在GaN及SiC器件上持續(xù)突破。

充電頭網(wǎng)總結(jié)

百余年來(lái)，氮化鎵的發(fā)展離不開(kāi)全球科學(xué)家的不斷探索與創(chuàng)新。從基礎(chǔ)科學(xué)的奠基者門捷列夫、盧瑟福和布瓦博德蘭，到GaN合成與單晶薄膜外延的先驅(qū)，再到高亮度藍(lán)光LED、GaN MESFET及現(xiàn)代MOCVD工藝的發(fā)展者，每一位科學(xué)家都在推動(dòng)GaN材料從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化的道路上留下了不可磨滅的印記。如今，氮化鎵已成為高效電源、照明顯示、通信及工業(yè)電子不可或缺的核心材料，其潛力還在逐步釋放。