纳米“芯”材 助推“关键电子材料”巨浪

——记济南大学前沿交叉科学研究院研究员 逄金波

面向集成电路应用，聚焦纳米材料前沿

2021年3月，在国家“十四五”规划中进一步强调加强原创性引领性科技攻关，以集成电路为代表的硬科技发展不仅是产业界的焦点，更成为国家战略。后摩尔时代，集成电路发展方向为光子集成电路、神经形态计算和量子计算等，传统硅基集成电路尺寸缩微问题，使得摩尔定律不能延续，阻碍了集成电路继续往高集成度方向迈进，迫切需要发展新材料来延续摩尔定律。同时，由于量子隧穿、漏电、热耗散等问题，硅基晶体管尺寸缩微面临瓶颈，因此，二维材料作为新一代芯片沟道材料，有望提高集成电路晶体管密度，降低能耗并提升性能。诚然，新兴二维材料，可以进行多层堆叠，实现光探测器、逻辑门、存储器等功能，能突破硅CMOS 工艺尺寸缩微限制，延续摩尔定律，助力新一代信息产业升级。

自诺贝尔奖得主安德烈·海姆等人报道石墨烯以来，二维材料成为国际研究前沿。以石墨烯、二硒化钨为代表的二维材料及信息材料器件应用，是欧美日韩新等世界科技强国科学研究与应用转化的前沿热点，均投入十亿美元量级的应用基础研究经费，欧洲委员会于2021年推出 941亿欧元“地平线欧洲”计划支持石墨烯等研究。我国科技部国家重点研发专项和国家自然科学基金委也拨付大量科研经费支持国内科研人员的二维材料研究。

二维材料具有构建高集成度、高效光电器件的特性，在未来集成光电子器件中有重要前景。按照电学导电性，可分为导体、绝缘体和半导体等。其种类丰富，半导体具有高迁移率，电子光电器件具有高开关比，可通过异质结任意搭配来进行器件性能改善。其中，基于石墨烯、二硒化钨、贵金属硫族化合物的电子光电器件性能优异，成为逄金波教授课题组研究的首选课题。

纳米材料与电子信息学科融合驱动科技创新

芯片和传感器被列为事关国家战略安全“亟待攻克的核心技术”（《科技日报》“卡脖子”专栏）。逄金波教授所学专业涵盖了电子信息科学与技术、微电子与固体电子学、物理化学、材料科学等学科，例如在南开大学光电所进行化合物薄膜太阳电池研究，在德国维尔茨堡大学从事碳纳米管的可控合成及光致发光谱研究，在德国德累斯顿工业大学进行二维材料热沉积方法研究，在德国莱布尼茨固态与材料研究所从事二维材料合成与球差电镜结构研究，这些跨专业背景知识和技术积累，支撑了逄金波教授在面向新一代信息技术集成电路应用的关键电子材料研发上，融会贯通、交叉融合，对卡脖子技术进行了攻关，取得了多项重要科技成果。

二维材料的电子级应用高质量可控生长，成为重要科学问题。二维材料可以通过剥离法、有机合成法、化学气相沉积法等生长。其中剥离法由于制备材料尺寸小，不能用于规模化生产。化学气相沉积法和金属硒化法、硫化法，统称为热沉积方法，能够实现大面积制备、与传统的半导体工艺相兼容，具有工业化生产潜力。热沉积方法制备二维材料存在问题是：结晶畴区小，不能连续形成薄膜；或者是能连续成薄膜，但是材料大面积一致性生长差，会导致材料的电学迁移率降低。

与学生一起展示晶圆级二维材料产品（2023）

针对以上研究背景，逄金波教授针对关键科学问题进行攻关：突破二维材料化学气相沉积法制备过程中的形核热力学势垒，实现动力学控制生长。逄金波教授采用了三种创新思路来开展研究：（1）研究点籽晶形核与同质外延生长，研究形核热力学，实现同质结外延；（2）研究限域效应调控形核与生长，探讨自限制、自终止生长模式；（3）通过化学环境调控生长动力学，研究高均一度生长完整成膜。

围绕二维材料控制生长，逄金波教授课题组攻克了面向集成电路应用的晶圆级二维材料通用生长技术难题，取得了系列创新研究成果，总结为以下三个方面：（1）化学环境-材料相互作用调控实现了晶圆级高一致性生长；（2）范德华异质结界面工程及能带匹配提高了晶体管及光探测器的性能；（3）二维材料缺陷工程及量化掺杂策略实现了二硒化钯导电类型的精确可控。近5年来，逄金波教授以（共同）第一/通讯作者在ACS Nano、Adv Energy Mater、InfoMat (3)、Nano-Micro Lett (2)、Chem Soc Rev、ACS Energy Lett、Small、Adv Opt Mater (2)、Nano Res (2)、ACS Sens(2)等期刊发表SCI收录论文35篇，影响因子>20有7篇；影响因子>10有13篇；总影响因子为：296；合作在Science Advances、Nano Energy (3)和Adv Sci等期刊发表34篇论文，总被引4369次，H因子34（google scholar），入选封面文章6篇。其中，6篇入选web of Sciences高被引论文。专利：申请发明专利3项，获批1项，2项进入实审。科研项目：主持国家自然科学基金青年基金、山东省自然科学基金（2项）和国家重点实验室开放课题（2项）等纵向项目5项，共计103 万元。获奖：作为通讯作者发表的多篇论文，获得期刊编辑部论文和封面奖励：《信息材料（英文）》InfoMat 2022 年度优秀论文Top 10 （第一名）、《纳米研究》Nano Research 2022 最美封面二等奖、《先进材料技术（英文）》最佳论文奖、和2019-2020年度新能源方向十大高被引论文大汇总（第一名）等；6次入选科睿唯安（Web of Science）顶尖同行审阅人（Top 1% peer reviewer）。

对国家重点发展领域、战略新兴产业的潜在应用价值方面，逄金波教授开发的晶圆级二维材料控制制备技术，为面向集成电路硬件的晶圆级电子与光电子器件阵列的开发，提供了高质量上游晶圆级二维半导体材料。实际贡献为晶圆级二维材料控制生长提供了成核热力学与生长动力学调控理论依据。

师承德国院士，甘为人梯培养精英人才

逄金波教授读博士期间，师从德国科学院院士、欧洲科学院院士Cuniberti（昆尼伯提）教授，自2018年回国以来，逄金波教授潜心教学，为本科生和研究生开设多门课程。主讲了《无机及分析化学》和《无机及分析化学实验》等专业课，收到了本科学生的热烈好评，学生们纷纷将表扬信，发布朋友圈和QQ空间，来分享学习心得。其中，2020级李晓兵在“我最喜爱的老师”征文比赛中获奖。还开设了《生活中的魅力化学》、《步步为赢学会科技论文写作》、《智能手机简史与纳米科技融合》、《实用英语口语与写作》等本科生通选课，激发了同学们的兴趣和热情，为他们种下了热爱科技和投身科研的种子。计划开设《化学中的诺贝尔奖》新生研讨课等多门课程，将国际前沿科学问题和研究热点带给本科学生，期待带来更好的反响。

与学生一起在实验室做二维材料生长实验（2023）

从三十多岁就开始指导研究生。迄今培养（联合培养）了十几位硕士研究生，已毕业硕士，有的进入中科院系统和双一流高校继续攻读博士学位；有的进入半导体公司，从事芯片行业，为解决我国集成电路领域的卡脖子技术来贡献自己的科研力量。在读硕士生人数4人，获得优秀学生干部、社会工作先进个人、一等奖学金等荣誉奖项。

逄金波还投身指导本科生科研立项，指导国家级大学生创新创业训练计划项目立项、省级大学生创新创业训练计划项目立项各一项。逄金波教授还热心担任本科生学业导师，数年来指导了近二十名本科生毕业论文。由于帮学生设计的毕业论文题目，是从国家自然科学基金项目里面划分出来的小课题，创新性强，立足国际国内前沿，逄金波教授所指导的学生张姝和徐睿哲分别以《化学气相沉积法制备三维石墨烯和二硒化及其性能研究》和《贵金属硫族化合物基光电探测器研究》，为题目分别荣获2021年和2023 年“济南大学优秀毕业论文”。

坚持科学问题导向，巩固材料强国地位。逄金波教授将服从国家战略，持续攻克纳米材料合成新方法，热心培养优秀人才，为中华民族伟大复兴贡献更多力量。

与导师德国Cuniberti教授（中）、许建斌教授（右）参加中德物理会议合影（2023）

投身国际国内交流 推动科技成果传播

除了学术研究和教学工作，逄金波教授还积极参与学术交流。国内外学术组织兼职：卓越期刊InfoMat《信息材料（英文）》、卓越期刊eScience《能源与电化学或e科学（英文）》和Front. Chem. Sci. Eng. 《化学科学与工程前沿（英文版）》等15家期刊编辑委员会青年编委；国际学术会议：担任重要职务：欧洲催化会议组委会、2DMAT组委会、ICOEO-2022 光电会议会议组委会和分会共同主席；GCLOP国际激光、光学与光子学会议组委会和二维材料与器件分会主席；FEICT第三届电子、信息与计算技术前沿国际会议技术程序委员会TPC委员、主旨报告。做国际会议报告情况：已参加国际会议邀请报告3次，分别为ICOEO-2022 光电会议会议、迪拜材料大会、罗马欧洲催化大会等。

2023年应邀拟做邀请报告2个：新加坡材料大会ICMAT2023和伦敦二维材料大会2DMAT2023；已参加口头报告：6个； ICMAT2019；NT19；二维材料化学Faraday Discussion 2020；ACS 春季会议2021；ACS 秋季会议2022；RSC青年科学家论坛2022；拟参加口头报告3个：MRS春季年会2023：2个口头报告、ACS春季年会2023：1个口头报告。做国内会议报告情况：参加中国材料大会、中国化学会年会、中国半导体物理年会、中国微纳学会年会、中国电子学会、中德物理会议等会议，并做多次邀请报告、担任分会场主持人等。

人物简介：逄金波，男，1985年出生，山东诸城人，工学博士。现任：济南大学前沿交叉科学研究院教授、化学及化学工程学科硕士生导师，主持山东省优秀青年基金，从事纳米材料可控制备与面向集成电路的信息器件应用研究。主持国家自然科学基金等项目5项，以一作或通讯作者发表SCI论文35篇，授权发明专利3项（1项已转化），获得中国发明协会发明创业奖创新奖一等奖。兼任：济南市科技成果转化研究会副会长、中欧城市更新与智慧城市研究会副会长、《信息材料InfoMat》等期刊青年编委。（文/白小果）