從1985年讀博期間開始對氧化鋅薄膜摻雜與光電應(yīng)用研究算起，葉志鎮(zhèn)對寬禁帶半導(dǎo)體材料的摸索已經(jīng)整整35年。
一個晴朗的午后，記者走進(jìn)新當(dāng)選中國科學(xué)院院士的浙江大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院葉志鎮(zhèn)教授的辦公室。“鍥而不舍，金石可鏤”幾個醒目的大字，就擺在葉志鎮(zhèn)辦公桌的正對面，令人印象深刻。
葉志鎮(zhèn)說，一輩子能做好一件事就值了，我還會繼續(xù)做下去。
天生我“材”必有用
葉志鎮(zhèn)先是在浙大電機系完成了本科學(xué)業(yè)，隨后又在光儀系讀了6年研究生，這樣的綜合學(xué)科交叉背景對他今后的科研工作起到了重要作用——正是在讀博期間，葉志鎮(zhèn)開始從事的氧化鋅相關(guān)研究。
基于寬禁帶半導(dǎo)體材料的電力電子器件，比傳統(tǒng)的硅材料器件能耐受更高的電壓，具有更優(yōu)異的導(dǎo)熱性能和耐輻射能力?！把趸\是一種寬禁帶半導(dǎo)體材料，它的優(yōu)勢就在于兼具各種性能，用途非常廣泛?！比~志鎮(zhèn)介紹，把氧化鋅作為寬禁帶半導(dǎo)體電發(fā)光材料來使用，是一種新的應(yīng)用方向，有許多科學(xué)難題亟待解決。而氧化鋅二極管電發(fā)光的首要前提是形成p-n結(jié)。
由于寬禁帶材料摻雜非對稱性，單一受主雜質(zhì)固溶度低、穩(wěn)定性差，再加上受主能級深，空穴濃度達(dá)不到應(yīng)用要求。這些性質(zhì)導(dǎo)致高空穴濃度穩(wěn)定的氧化鋅p型摻雜成為國際公認(rèn)的科學(xué)難題。曾有相關(guān)科學(xué)家預(yù)言，p型氧化鋅是不可能完成的任務(wù)。
怎么辦？天生我“材”必有用！葉志鎮(zhèn)和團隊經(jīng)過30余年努力，原創(chuàng)地提出了不同離子尺寸的雜質(zhì)共摻和應(yīng)變補償與電子態(tài)雜化的兩種元素共摻原理及其方法，將氧化鋅空穴濃度的國際水平提高了2個數(shù)量級，同時穩(wěn)定性比單摻時提高了5倍。在此基礎(chǔ)上，率先實現(xiàn)了氧化鋅p-n結(jié)的室溫激子紫外發(fā)光，并將氧化鋅多量子阱結(jié)構(gòu)的內(nèi)量子光效從28%提高至61%。葉志鎮(zhèn)針對科學(xué)難題所取得的重要突破成果，使得氧化鋅在新的領(lǐng)域有了用武之地。葉志鎮(zhèn)二元共摻原理與技術(shù)研究創(chuàng)新成果，豐富與發(fā)展了半導(dǎo)體摻雜理論，獲得了國家自然科學(xué)二等獎，并且得到國際同行肯定與應(yīng)用，不僅對氧化鋅研究推進(jìn)有重要意義，也對其它寬禁帶半導(dǎo)體摻雜有借鑒意義。
“氧化鋅在量子通訊、透明電子、傳感壓電器件等方面具有眾多應(yīng)用前景，是5G時代的重要材料?！比~志鎮(zhèn)介紹，而且它所發(fā)出的紫外光用途很多，不但可以做白光高效發(fā)光，還能運用于各種消毒，“說不定以后也會有手持發(fā)光儀，只要拿著它照一照就可以殺菌?！?/span>
葉志鎮(zhèn)說，這些技術(shù)的突破，受到了國家基金委重點項目的不斷資助。也正是因為技術(shù)推進(jìn)的需要和國家戰(zhàn)略的需求，他們才不斷開拓原始創(chuàng)新，并一直居于國際前沿。目前全球已有24個國家117個單位跟進(jìn)研究，通過共摻技術(shù)制備p型ZnO的工作成為國際光電ZnO研究的一個主流方向。
科研成果不能深藏在山洞里
一般的常識，透明的物體不導(dǎo)電，導(dǎo)電的物體不透明。1985年，葉志鎮(zhèn)在研究氧化鋅時，就提出摻銦制備透明導(dǎo)電薄膜，一開始還被質(zhì)疑“怎么可能”，最終這個項目于1988年獲得了浙江省科技進(jìn)步三等獎。
隨著研究的深入，科研工作者發(fā)現(xiàn)氧化鋅和氮化鎵有著極為相似的特性，而且還具有氮化鎵所不具備的優(yōu)勢，例如物產(chǎn)豐富、原料價格低，環(huán)境友好不易造成污染等。
于是，葉志鎮(zhèn)萌發(fā)了讓氧化鋅來做LED芯片用透明電極材料的念頭。科研過程當(dāng)然不是一蹴而就。為了解決氧化鋅高導(dǎo)電率材料的難題，葉志鎮(zhèn)團隊發(fā)明了氧化鋅n型的鋁摻雜技術(shù)，透射率高達(dá)90%，性能達(dá)到國際領(lǐng)先，并增大出光角提高外量子效率，為千億LED產(chǎn)業(yè)進(jìn)步作出重要貢獻(xiàn)。
葉志鎮(zhèn)和團隊的努力，讓科研成果不再成為深埋在山洞里的寶藏。這項技術(shù)2010年轉(zhuǎn)讓給國際第二大LED芯片企業(yè)，實現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用，產(chǎn)品出口歐美國家并取得顯著經(jīng)濟效益。
此外，由于氧化鋅的維納結(jié)構(gòu)形態(tài)豐富，納米結(jié)構(gòu)可控生長，這樣就可以做很多種類的探測器件。葉志鎮(zhèn)帶領(lǐng)著課題組在紫外探測、傳感探測等方面也做了很多的創(chuàng)新研究工作。
葉志鎮(zhèn)說，這么多年一步步走來，前后已經(jīng)有50多位博士生、100多位碩士生參與進(jìn)來。在他不大的辦公室里，擺滿了各個時期學(xué)生們的畢業(yè)論文。葉志鎮(zhèn)說，在人的成長過程中，要做好一件事，除了自己錨定目標(biāo)，還需要團結(jié)一支隊伍。
努力使人進(jìn)步，虛心使人進(jìn)步
1977年，葉志鎮(zhèn)作為恢復(fù)高考后的第一批大學(xué)生進(jìn)入浙江大學(xué)，而在此之前他當(dāng)過7年知青?！拔沂紫纫兄x這個偉大的時代，要不然我可能接觸不到科研工作。我還要感謝母校。感謝浙大培養(yǎng)了我，成就了我，更感謝浙大在我最困難的時候，真心鼓勵、全力支持我。”說到這，葉志鎮(zhèn)禁不住濕潤了眼眶。
葉志鎮(zhèn)在浙大求學(xué)10載，工作32年，期間也不是一帆風(fēng)順的。
在美國麻省理工學(xué)院作為高級訪問學(xué)者進(jìn)修兩年后，葉志鎮(zhèn)于1992年回到學(xué)校。時任浙大校長的路甬祥院士交給他的一個重任就是協(xié)助闕端麟院士建設(shè)硅材料國家重點實驗室。
此前的1991年底，正式成立才4年的硅材料國家重點實驗室第一次面對國家評估時，被亮了“黃牌”。在闕端麟院士帶領(lǐng)下，葉志鎮(zhèn)和團隊成員共同努力，使得實驗室的發(fā)展?jié)u漸走上正軌。由于葉志鎮(zhèn)對硅材料國家重點實驗室發(fā)展做出突出貢獻(xiàn)，1994年他被評為了重點實驗室全國先進(jìn)工作者，獲得“金牛獎”。
但是1996年實驗室第二次接受評估時，結(jié)果仍然不是很理想，排在全國30個同領(lǐng)域重點實驗室的第27位，而后面的三個被紅牌罰下。解名盡處是孫山，他人更在孫山外?？吹綄嶒炇页闪恕皩O山”，用葉志鎮(zhèn)自己的話說，真是一頭冷汗。
后來，已經(jīng)成為實驗室主任的葉志鎮(zhèn)更加發(fā)奮圖強，在學(xué)校和學(xué)院的支持下，申請到了6項課題支持，其中，1998年他還和同事們一起努力爭取到了浙江大學(xué)第一個國家自然基金重大項目，為實驗室進(jìn)一步發(fā)展打下基礎(chǔ)?！霸谖覔?dān)任主任的12年里，正是這樣一輪輪的評估，推動著我不斷努力，探索科學(xué)前沿。”
在這個過程中，幾任校領(lǐng)導(dǎo)都給予了大量支持。葉志鎮(zhèn)也遇到了很多貴人。“張澤院士雖然只比我大兩歲，但我把他當(dāng)作自己的老師。他的學(xué)術(shù)思想非常深邃，令人敬佩?！比~志鎮(zhèn)說，努力使人進(jìn)步，虛心使人進(jìn)步，“虛心就是學(xué)習(xí)人家的長處，彌補自己的不足?！?/p>
時至今日，葉志鎮(zhèn)一直記得他剛回國時路甬祥校長對他說的三句話：協(xié)助闕院士做好實驗室；做科研要團隊同事一起攻關(guān)；做科研如果能讓全中國都知道，全世界都知道，那就有意義了。
葉志鎮(zhèn)說：“這么多年我一直朝著這個方向努力，嚴(yán)格地說，我還沒有完全做到，但是我會繼續(xù)努力?！?/p>
（文 柯溢能 吳雅蘭/攝影 盧紹慶 部分照片由受訪者提供）
