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記者：周清春
首席：王占國(guó)院士
時(shí)間：2006年4月14日9點(diǎn)
地點(diǎn)：中科院半導(dǎo)體研究所
■編者按
五十年前，硅材料的研制成功和硅晶體管的發(fā)明，導(dǎo)致了電子信息行業(yè)的一次大革命。材料科學(xué)在不斷地向前發(fā)展，隨之而來(lái)的光通信時(shí)代、量子時(shí)代帶給人們的是更多的“不可思議”。973計(jì)劃“信息功能材料相關(guān)基礎(chǔ)問(wèn)題”項(xiàng)目組首席科學(xué)家王占國(guó)院士告訴我們：“二十一世紀(jì)的信息技術(shù)以材料、器件和電路為一體的信息功能材料為基礎(chǔ)，融最先進(jìn)的微電子、光電子和光子技術(shù)于一體。事實(shí)上，新一代材料形成新一代技術(shù)，催生新一代的產(chǎn)業(yè)。”
輕輕推開(kāi)房門(mén)，一個(gè)頭發(fā)花白，臉龐清瘦的慈祥老人出現(xiàn)在記者眼前。不緊不慢的語(yǔ)速，平易近人的微笑，初次見(jiàn)面記者就被王占國(guó)院士的平和所打動(dòng)。他把一瓶礦泉水塞到記者手中，一下子就拉近了我們的距離。采訪在一個(gè)很寬松愉快的氛圍中開(kāi)始……
記者：有人說(shuō)，信息功能材料是現(xiàn)代信息技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)，它能夠引領(lǐng)社會(huì)的發(fā)展，您是否贊同這個(gè)觀點(diǎn)？
王占國(guó)：我贊同。21世紀(jì)的信息技術(shù)以材料、器件和電路為一體的信息功能材料為基礎(chǔ)，融最先進(jìn)的微電子、光電子和光子技術(shù)于一體。事實(shí)上，新一代材料形成新一代技術(shù)，催生新一代的產(chǎn)業(yè)。
記者：這個(gè)結(jié)論是不是已經(jīng)被近幾十年的歷史發(fā)展所證明？
王占國(guó)：是的。上世紀(jì)50年代，硅材料的研制成功和硅晶體管的發(fā)明，導(dǎo)致了電子信息行業(yè)的一次大革命。今天的計(jì)算機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、錄音機(jī)、手機(jī)等都是在此基礎(chǔ)上誕生的。沒(méi)有硅材料和硅晶體管的發(fā)明，就不會(huì)有今天的微電子時(shí)代。
大家都知道光通信效率要比傳統(tǒng)的電通信高很多倍。上世紀(jì)70年代，砷化鎵半導(dǎo)體材料研制成功，使研制半導(dǎo)體激光器成為可能，而激光器是實(shí)現(xiàn)光通信的關(guān)鍵器件。同時(shí)，科學(xué)家又研制出光纖，這兩項(xiàng)技術(shù)發(fā)明引領(lǐng)了光通信時(shí)代的到來(lái)。
現(xiàn)在，我們對(duì)超晶格、量子阱這一詞可能都不太陌生，它是現(xiàn)代移動(dòng)通信的基礎(chǔ)。晶體材料，如硅、砷化鎵等，原子之間的間距比較近，而在超晶格中，原子之間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)正常晶體中原子間的距離。但超晶格材料在自然界中是不存在的，只能靠人工制造。超晶格理論的提出以及相關(guān)材料的研制成功，使現(xiàn)代的信息技術(shù)和航空、航天技術(shù)等得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展。
記者：我們現(xiàn)在都在談納米材料、納米技術(shù)，并且它在生產(chǎn)和生活中已經(jīng)得到初步的應(yīng)用，那納米技術(shù)或者說(shuō)納米材料在未來(lái)信息技術(shù)發(fā)展中又將扮演一個(gè)什么樣的角色？
王占國(guó)：基于納米科學(xué)與技術(shù)的納米電子學(xué)和納米光電子學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用將會(huì)使人類(lèi)進(jìn)入量子時(shí)代。
我們知道，微電子學(xué)的發(fā)展是依賴(lài)于波爾茲曼方程和統(tǒng)計(jì)力學(xué)，屬牛頓力學(xué)范疇，納電子學(xué)則依賴(lài)于量子器件，波函數(shù)工程，屬量子力學(xué)范疇。納米科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展將使人們進(jìn)入一個(gè)“變幻莫測(cè)的”量子世界。可以預(yù)料，將來(lái)的量子信息處理速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)今天的信息處理速度。
量子技術(shù)用于通信還有一個(gè)很大的好處，這就是保密性非常好，信息在中途傳播過(guò)程中，只要有人竊取或偷聽(tīng)，就可以立刻被發(fā)現(xiàn)。
光電技術(shù)在通信中起重要作用，同時(shí)也面臨瓶頸。
記者：目前，現(xiàn)代通信所面臨的瓶頸問(wèn)題是什么？我國(guó)通信以及信息處理領(lǐng)域還存在哪些問(wèn)題？
王占國(guó)：當(dāng)前，光電信息網(wǎng)絡(luò)和信息處理在通信中起著重要的作用，但其發(fā)展面臨著瓶頸問(wèn)題，如光電信號(hào)間轉(zhuǎn)換能力的滯后和電子線路速度的限制。加速發(fā)展光電信息功能材料，可以說(shuō)是本世紀(jì)初世界范圍內(nèi)面臨的最重大的科學(xué)問(wèn)題之一。
我國(guó)光纖通信和移動(dòng)通信發(fā)展十分迅速，市場(chǎng)規(guī)模約占全球10%%—15%%，需求極為巨大。然而，目前我國(guó)光纖通信、移動(dòng)通信，甚至國(guó)防建設(shè)所需的關(guān)鍵器件和電路的芯片(材料)，幾乎都依靠進(jìn)口，嚴(yán)重制約了信息產(chǎn)業(yè)的自主發(fā)展，威脅著國(guó)家安全。
為此，自主、創(chuàng)新、高速地發(fā)展我國(guó)的信息功能材料，滿足我國(guó)信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展和國(guó)防建設(shè)對(duì)信息功能材料的迫切需求，是擺在我們面前亟須解決的重大科學(xué)問(wèn)題，也正是973項(xiàng)目“信息功能材料相關(guān)基礎(chǔ)問(wèn)題”在著手研究的中心課題。
項(xiàng)目組如何攻關(guān)？
記者：5年來(lái)，項(xiàng)目組具體的研究思路是什么？
王占國(guó)：我們的總體研究思路是：根據(jù)“有限目標(biāo)、重點(diǎn)突出”的原則，以新一代信息技術(shù)和國(guó)防建設(shè)的需求為背景，研制出新一代通信網(wǎng)絡(luò)、高速信息處理和國(guó)防建設(shè)急需的信息功能材料，從根本上提高我國(guó)材料學(xué)科的整體水平與創(chuàng)新能力，徹底解決關(guān)鍵器件和電路芯片(材料)的國(guó)產(chǎn)化問(wèn)題。
記者：就像您前面所說(shuō)的，光電信息網(wǎng)絡(luò)在國(guó)民生產(chǎn)中很重要，但還有很多瓶頸問(wèn)題沒(méi)有解決，我們項(xiàng)目在這一領(lǐng)域是怎么進(jìn)行攻關(guān)的？
王占國(guó)：在光通信上，我們專(zhuān)門(mén)設(shè)置了兩個(gè)課題對(duì)其進(jìn)行研究，已經(jīng)取得很多重要成果。 光纖通信速率理論上可以達(dá)到1000Gb/s以上，而目前我國(guó)光通信主干道的傳播速率是2.5Gb/s。我們項(xiàng)目組經(jīng)過(guò)幾年攻關(guān)，已經(jīng)成功地研制出滿足10Gb/s需求的光通信光發(fā)射模塊和探測(cè)器，這意味著在不增加光纖數(shù)量的情況下光纖傳輸效率提高了4倍。這項(xiàng)成果已具備了向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的能力。
另外，現(xiàn)在的光纖通信一般傳100公里之后，就需要把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行放大，然后再轉(zhuǎn)換為光信號(hào)進(jìn)行傳輸，這不僅大大地降低了光纖的傳輸效率，轉(zhuǎn)換成本也比較高。如果采用我們研制的半導(dǎo)體光放大器和大功率量子點(diǎn)激光泵源，結(jié)合摻鉺光釬，在光電轉(zhuǎn)換的地方用泵浦激光器通過(guò)摻鉺光釬對(duì)光信號(hào)進(jìn)行直接放大，從而省去了光電、電光的轉(zhuǎn)換，這將有助于光通信網(wǎng)絡(luò)信息處理瓶頸的解決。
記者：我們了解到，我們這個(gè)項(xiàng)目在具有前瞻性的重大科研問(wèn)題上也做了不少工作？
王占國(guó)：除了致力解決當(dāng)前信息領(lǐng)域的瓶頸問(wèn)題之外，我們項(xiàng)目還有一個(gè)重大的特色，就是具有前瞻性。正如我剛才說(shuō)的，新興材料是信息社會(huì)的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)。早在7年前，我們這個(gè)項(xiàng)目就把氮化鎵、氧化鋅等第三代半導(dǎo)體材料作為本項(xiàng)目的主要內(nèi)容之一開(kāi)展了研究。所謂第三代半導(dǎo)體材料就是寬禁帶半導(dǎo)體材料，它的發(fā)光波長(zhǎng)短（紫外），具有耐高溫、抗輻照等特點(diǎn)，可廣泛地應(yīng)用在軍事、空間技術(shù)和高密度存儲(chǔ)等方面；在生活上可以用于照明、大屏幕顯示等。另外，本項(xiàng)目首先開(kāi)展的太拉赫茲物理和器件研究，已成為目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一。
記者：發(fā)光的波長(zhǎng)進(jìn)入紫外區(qū)有什么好處，能舉例介紹么？
王占國(guó)：最常見(jiàn)的例子就是在軍事上的應(yīng)用，我們以前的大多數(shù)常用的半導(dǎo)體材料只對(duì)白光和紅外光靈敏，不能探測(cè)紫外光。而氮化鎵的好處是，它對(duì)白光是透明的，僅對(duì)紫外光靈敏，稱(chēng)之為太陽(yáng)盲光探測(cè)器。在戰(zhàn)場(chǎng)上，一些軍用飛機(jī)經(jīng)常從太陽(yáng)光方向進(jìn)行攻擊，以前對(duì)白光靈敏的探測(cè)器對(duì)著太陽(yáng)光無(wú)法探測(cè)，而用氮化鎵制作的探測(cè)器可以很容易的探測(cè)到來(lái)犯戰(zhàn)機(jī)。
另外，紫外線還有很多用途，如人體血管壁上有很多沉淀物，紫外線可以把它“融化”等等。
記者：經(jīng)過(guò)5年的艱辛探索，我國(guó)材料科學(xué)研究水平和創(chuàng)新能力是不是有了很大的提高，并在國(guó)際上占有一席之地？
王占國(guó)：5年來(lái)，我們從21世紀(jì)初我國(guó)信息技術(shù)發(fā)展和國(guó)家安全對(duì)信息功能材料的需求出發(fā)，選擇具有自己特色和良好基礎(chǔ)以及可能觸發(fā)新的技術(shù)革命的微結(jié)構(gòu)材料體系為突破點(diǎn)，發(fā)展了有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的按信息功能要求設(shè)計(jì)電子行態(tài)、裁剪和構(gòu)造其材料結(jié)構(gòu)的理論方法及其制備技術(shù)，顯著地提高我國(guó)半導(dǎo)體材料科學(xué)研究的整體水平和創(chuàng)新能力,并在國(guó)際該領(lǐng)域多個(gè)方面占有了一席之地；我們?cè)谕黄菩畔⒕W(wǎng)絡(luò)和高速信息處理瓶頸，為解決光纖通信、移動(dòng)通信和高速信息處理所需的關(guān)鍵器件和電路芯片（材料）的國(guó)產(chǎn)化問(wèn)題，擺脫依賴(lài)進(jìn)口的被動(dòng)局面,加速我國(guó)信息高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)等方面做出了自己的貢獻(xiàn)。
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