2004年就读于内蒙古大学（211）-物理科学与技术学院-电子科学与技术系，并于2009年7月获得工学学士学位。2009年9月经研究生推免到中国科学院物理研究所-清洁能源重点实验室-新型化合物半导体外延材料及其物性研究组（E03）硕博连读，并于2014年7月获得理学博士学位，同年8月加入www.优德88.cpm -信息光学研究所（现并入光电科学与工程学院）-彭长四教授课题组工作至今，从事基于“激光干涉+分子束外延”技术原位图形化构筑新颖III-V族化合物半导体微纳结构及光电器件的研究以及面向具有特殊润湿性的功能表面的制备和应用研究。截至目前，共累计参与协助彭长四教授指导3名博士研究生和11名硕士研究生完成毕业；以一作及通讯身份发表学术论文21篇：包括SCI二区论文7篇、三区论文3篇、四区3篇，EI论文1篇以及EI收录会议论文10篇；申请中国发明专利13项/美国发明专利2项，已授权6项；主持国家自然科学基金项目2项：目前已结题1项，在研1项。

1.背景介绍

半导体纳米结构制造的传统方法涉及自上而下的光刻图形化和（或）自下而上的自组装。将光刻图形化转移到材料所需的蚀刻过程在原子尺度上引发的晶格破坏和化学污染，是永远不能完全去除的。因此，光刻图形化之后的再生界面在纳米级的质量严重受损，缺陷水平比实际要求极限至少高两个量级。而自组装的方法可以制备无缺陷结构，但是，其结构的产生是无序的随机过程。因此，当前半导体纳米结构制备领域急需开发出一项高效、低成本以及能高质量可控制备大面积有序纳米结构阵列的革命性技术。它将从根本上重塑整个半导体纳米材料制造范式并不断推动各类新颖纳米光电器的研制！从长远来看，该技术一旦能成功发明并走向成熟及推广，其对本行业的影响将完全不会亚于当前世界半导体产业所深度依赖的光刻技术，而且它极有可能在后摩尔时代（传统光刻进入技术瓶颈期）再次赋予半导体纳米器件行业全新的可发展性。

正是带着这样的使命和愿景，2009年彭长四特聘教授回国加入苏大后创建了本课题组。为了实现这一目标：我们创造性地提出：将激光干涉技术原位引入集成到分子束外延系统上；接着完全自主设计了第一套原位激光干涉分子束外延系统的原型样机结构并委托芬兰DCA公司进行了实体制造；最终，我们在www.优德88.cpm成功搭建运行了世界范围内首套激光干涉分子束外延装备（价值约500万人民币），下图分别为系统实物整体图以及干涉光路结构局部图。

该系统创造性地将材料加工和材料生长两个技术概念和功能首次原位融合在了一起，将实现“1+1>2”的技术优势。相关技术创新已成功获得了如下国家和地区的专利保护：

依托该系统，课题组目前正在承担包括来自国家科技部、国家自然科学基金委以及社会公司企业等各个部门的多项科研项目。

2.技术推广

2.1国际推广及评价

2017年，（英国）谢菲尔德大学Mark Hopkinson教授在获知本课题组依托该原创设备所取得的相关引领性成果后，他马上联合英国、西班牙、德国和芬兰同行，发起跟随研究。同年，便获得了两个重大项目的支持：（1）英国工程和自然www.优德88.cpm 委员会（EPSRC）“先驱研究与技能” 计划项目（“原位干涉光刻：一种新的纳米阵列制备方法”，资助号：EP/P027822/1，资助额：95万英镑，2017-2020）；（2）欧盟地平线2020 “未来新兴技术（FET）” 计划项目（“干涉光刻调控纳米尺度自组装外延成核（NanoStencil）”，资助号737315，资助额321万欧元，2018-2020）。在上述项目的支持下，2019年在英国国家III-V族化合物半导体研究中心成功搭建了第II型原位激光干涉光刻分子束外延系统。课题组长-彭长四教授作为核心专家全程参与指导了整个项目的运行，下图为彭老师2019年去英国参加项目工作期间与Hopkinson教授的合影。

以下为当时多名项目评审专家对该技术的评价，对于我们课题组这一原创技术他们从多方面给予了极高的评价，有力彰显了该技术的先进性和重要性（以下内容引用自彭老师个人主页）。

1号评审员：

纳米材料合成中前所未有的，远远超出了现有的技术水平（Unprecedented capabilitiesin nanomaterials synthesis,well beyond current state of the art）……

自上而下和自下而上的方法相结合是雄心勃勃的目标。它为不同的（特别是单晶半导体）纳米线和其他纳米结构的可控生长开辟了新的途径和可能性。（Combination of the top-down and bottom-up approaches is ambitious goal.It opens new ways and possibilitiesof the controlled growth of the different

(especially monocrystalline semiconductor) nanowires and other nanostructures.）

……它可能产生巨大的影响，可能与研发分子束外延本身或电子束光刻相当。作者正打算为未来的纳米结构建立关键的技术支持，为有序全同纳米结构提供独特的途径。因此可能的革命性影响是巨大的（it can havehuge impact, probably comparable with development of the molecular beam epitaxy itself or electron beam lithography. Authors are intending to establish a key enabling

technology for future nanostructuring, providingunique accessto ordered ensembles

of identical nanostructures. Thus possible transformation impact is huge）

2号评审员：

基于这项研究的技术成果将对纳米科学产生革命性影响，并将重新塑造纳米材料产业（Technological achievements based on this research would have

transformational impact in nanoscience and would re-shape nanomaterials industry）

……从长远的眼光来看，一种将使量子点阵列的生产成为量子信息处理的新颖的技术将对社会产生巨大影响（In the long-term vision, a novel technology

would enable production of quantum dots array for quantum information processing with tremendous

impact on society）

……使纳米材料合成的突破性能力远远超出现有技术水平（enable a

breakthroughcapabilitiesin nanomaterial synthesiswell beyond current state of the art）

……这项研究有可能成为下一代量子信息、传感和生物器件的基础（This research have potential to underpin the next generation of quantum information, sensing and bio-devices.）

这将为许多关键应用打开机会之窗，包括增强的计算和通信，前所未有的传感能力和功能性生物材料。这些领域对技术和社会都有巨大的影响。（This would

open the window of opportunities fora number of key application, including

enhanced computation and communication, unprecedented sensing capabilities and functional

biomaterials. These fields hastremendous impact on technology and society.）

3号评审员：

显然是一种新颖的综合方法（it isobviously a novel integrated approach）

……该项目可以作为有序纳米结构的新型制备方法的基础（The project

can act as the foundation of a new processing approach for ordered nanostructures.）

所提出的研究具有新颖的方法论，因此可能对未来的欧洲科学和工业领导力产生相当大的影响（The proposed research has a novel methodology and therefore

it ispossible to make a considerable impact on future European scientific and industrial leadership）

4号评审员：

这种前所未有的生成阵列的方法将使未来的技术成为可能（Such

unprecedentedmethodology to generate arrays willenable future technologies）

该项目具有强的原理性特征，因为它为有序的纳米结构材料提供了一种新方法，通过这种方法将开辟制备新颖器件的能力（The proposal has strong

foundational character since it offers a novel approach towards ordered nanostructured materials,

access to which willopen up capability to fabricate novel devices）

2.2国内推广及项目申报

最新的第III型原位激光干涉光刻分子束外延系统将在之江实验室（由浙江省政府、浙江大学以及阿里巴巴三方共建）落户搭建（项目合同已签，建设经费预算约3000万），本课题组参与了相关设计与技术支持，并将与之在www.优德88.cpm及人才培养上建立长期密切的合作关系。

除此之外，本课题组正在积极联合浙江大学以及中科院半导体研究所共同申请国家重大科研仪器研制项目（国家自然科学基金委员会），希望能进一步研制升级下一代“面向纳米定位材料和器件的激光干涉分子束外延系统”！

3.www.优德88.cpm

3.1原位无损半导体光刻技术

目前最广泛被业界使用的光学光刻这一工艺，一般要经历（但不仅限于）以下几个工艺步骤：基片表面清洗、涂胶、烘胶、曝光、显影、定影、刻蚀（干法或湿法）、去胶以及再次清洗等。这一过程除了工艺流程繁杂，加工效率低下以及成本高昂外，由于非原位的加工环境（直接在大气条件下进行）以及期间会接触各类化学试剂，故不可避免存在氧化和污染，再加上刻蚀过程中引入的晶格缺陷（属损伤性破坏）。上述这些由技术原理导致的不可回避的问题使其完全无法满足那些需要在材料加工完后再在制备的微纳结构上外延生长新结构的特殊复杂应用场景。其中典型的案例就是人们希望利用图形衬底诱导生长出周期性量子点。但由于图形衬底的制备需经历上述传统的光刻过程，因此一直以来都无法生长出高质量的有序量子点，严重限制了相关前沿器件的开发。要想一次性全面解决上述问题和难点，必须从技术方案和概念上做出巨大创新！我们将尝试研究开发一种能在具有超高真空条件的分子束外延系统内直接原位实现对材料进行无损可控的光刻加工技术。

目前，如下图所示：我们已通过特殊的表面催化辅助工艺在GaAs体系上成功地验证了原位无损光刻的可行性，同时还通过技术工艺优化实现了该原位光刻技术能在Z方向上以单原子层的刻蚀精度进行结构化加工。目前已申请了2项中国技术发明专利（含一项和华为联合申请的技术），PCT保护以及1项美国发明专利。

3.2激光干涉结构化外延技术

对于现有的分子束外延技术而言，其只能在生长方向上（Z方向）通过开关不同源炉前的挡板沉积不同的材料（异质外延）实现结构以及功能化设计——即只有一维自由度。显然，从目前所有基于外延的应用产出来看，虽然仅有这一维，其带来的技术产业变革和实际应用价值可以说是翻天覆地的。而我们发明的基于分子束外延系统的原位无损光刻技术，它将彻底解放生长平面内两个方向上（X Y方向）的自由度，这将带来1+2远大于3的效果。

例如，仅针对高质量周期性量子点制备应用，其就能提供两种不同的完美解决方案，以下是初步的验证结果展示。它从根本上克服了现有图形衬底技术的关键问题，从而轻松解决了该领域一直以来所面临的产业技术困境。

验证一：如下图所示，我们提出并验证了利用原位激光干涉结构化亚纳米浸润层诱导生长周期性量子点的可行性，该技术在XXXX（由于商业的NDA协议暂不能公开）上的潜在应用受到了华为战略技术研究院的关注。

验证二：如下图所示，我们又进一步尝试验证了直接利用原位激光光刻结构化衬底生长周期性量子点的可行性，该技术在新型DFB（增益反馈）激光器的潜在应用受到了苏州产业技术研究院的关注。

由此可见一斑，激光干涉结构化外延技术凭借其全新的“原位结构化+外延”的技术革新将创造和满足前所未有的应用场景！！

3.3半导体量子点激光“打印技术”

截止目前，所有主流制备周期性量子点的方案始终无一例外都在遵循“先图形化，再外延生长”的思路，包括上述我们提供的那两个方案。于是，我们在思考是否可以凭借我们的系统开创一种颠覆式的方法来实现量子点的制备。例如，是否可以利用激光原位辐照某种特殊“光敏”结构直接诱导量子点成核生长，从而实现一种类似“激光打印”的过程。通过大量的研究和不断的创新，如下图所示，我们已成功设计生长了一种“光敏”薄膜并一步到位“打印”出了量子点结构，很好地验证了半导体量子点激光“打印技术”的可行性（已申请中国/美国发明专利并提交了PCT保护）。这一新技术将半导体量子结构由传统的外延生长制备过渡到了激光原位“打印”。我们相信随着相关研究工作不断推进，必将开启一个半导体量子点结构及器件开发的全新技术时代。

3.4特殊量子结构定位生长

我们将利用原位激光干涉分子束外延系统广泛开展针对“特殊量子结构定位生长”这一探索性方向的相关前沿课题研究。比如，低（无）晶格失配体系的量子点原位构筑，外延平面式纳米线原位制备等等。

• 低（无）晶格失配体系的量子点原位构筑

由于传统外延获取量子点的方式需要凭借晶格失配引发的S-K生长模式来实现。而某些体系由于相互间的晶格失配度不够，无法触发岛状生长，故无法仿照InAs/GaAs体系直接通过简单的异质外延实现量子点结构的制备。比如，我们熟知的GaAs/AlGaAs异质结构。虽然，后期报道的液滴外延方式实现了GaAs纳米岛结构的构筑，但由于该技术本身的原理限制，无法保障制备的GaAs/AlGaAs量子点的材料质量。

• 外延平面式纳米线原位制备

当前获得半导体纳米线主要采用金属催化辅助生长方案，除了质量、尺寸大小没法做到高度可控外，这种方式制备的纳米线一般成悬立状态(垂直或斜生长)，很难进行后续的平面器件集成化开发。我们将致力于实现一种外延平面式纳米线结构的构筑，并预期它除了能严格保证对质量和大小的控制以及实现后续器件开发工艺大大简化外，还将具备以下诸多技术优势及特色：1.可通过旋转衬底快速改变纳米线的取向（晶向）以满足特殊器件的应用需求；2.可自由选择沉积不同的势垒材料来包裹纳米线以实现对电子能带结构的进一步设计；3.可实现与其他量子结构的外延式复合以获得更加复杂的耦合效应。

3.5新颖半导体光电器件研制

面向新颖半导体光电器件实际应用，我们将依托课题组在各类特殊半导体量子结构及其有序阵列制备上的领先技术优势，深入开展利用这些独一无二的量子结构阵列设计研制各类前沿光电器。例如，平面多色（宽谱）量子点/量子阱光电探测器；立体像素化量子点/量子阱/超晶格复合光电探测器以及立体浮栅式QD-FET光电探测器等等。不断挖掘实际应用价值，赋能产业前景，把技术创新转化为器件优势和产品市场。

3.6原位激光干涉分子束外延系统研发

我们将在设备硬件以及系统功能上继续不断升级、改造原位激光干涉分子束外延这一新技术。当前课题组将与本学院在激光光束质量整形以及激光干涉应用领域的专家团队——袁孝、张翔教授课题组紧密合作（他们参与了我国的“神光点火”计划）。希望在未来实现，例如（但不限于）：1.实现对远场光斑质量进行整形；2.设计实现二次（及以上）曝光套刻功能；3.整合更多波长的激光到干涉光路并能实现不同波长光路的快速切换等等。从而使我们的技术能更加符合应用需求，加快推进产业化进程。

招生信息及要求

1.每年拟招收硕士研究生1-2名，专业要求：光学、物理、材料、电子等，如报考本人研究生，请提前将个人简历发至zwshi@suda.edu.cn。

2.欢迎学有余力、踏实勤奋的本科生联系参与我们的课题研究。

人才培养合作单位

课题组与以下高校及研究所建立了密切的合作关系，可以根据实际研究需要进行交流学习及联合培养，具体包括：

中科院物理研究所、中科院半导体所、中科院苏州纳米所、清华大学、浙江大学、复旦大学、宁波大学、（英国）谢菲尔德大学，（英国）贝德福特大学，（芬兰）坦佩雷大学

工作实习合作单位

课题组还与国内多家半导体业内公司建立了良好的研究生工作实习实践平台，具体包括：

上海实路真空技术工程有限公司、新磊半导体科技（苏州）有限公司、锡凡半导体无锡有限公司、中航华东光电有限公司、迪希埃（北京）半导体技术有限公司、埃特曼半导体技术有限公司

另外，课题组还联合企业于2022年创立了www.优德88.cpm ——硕士专业学位研究生实践基地!

课题组在读研究生

博士研究生

硕士研究生

课题组毕业学生

博士研究生

张伟，2016年毕业， 中航华东光电有限公司， 主任工程师

霍大云，2017年毕业， 锡凡半导体无锡有限公司， 项目经理

硕士研究生

郭小祥，2016年毕业， 宁波银行股份有限公司苏州分行，部门经理

徐超，2017年毕业， 飞依诺科技有限公司， 算法工程师

邓长威，2018年毕业， 苏州法兰克曼医疗，图像算法工程师

陈晨，2018年毕业， 舜宇光学， 光学设计工程师

杨琳韵，2019年毕业， 中科芯集成电路有限公司，IC应用测试工程师

杨新宁，2020年毕业， 普源精电科技股份有限公司，数字芯片设计组组长

缪力力，2020年毕业， 诚瑞光学， 光学设计工程师

庄思怡，2021年毕业， 浙江华东光电仪器有限公司， 光学设计工程师

祁秋月， 2023年毕业， 新磊半导体科技(苏州)股份有限公司， 外延研发工程师

张高俊，2024年毕业， 埃特曼半导体技术有限公司， 外延研发工程师

朱泽群，2024年毕业， 苏州长光华芯光电技术股份有限公司， 外延研发工程师

韩照祥，2024年毕业， 上海求峰仪器设备有限公司， 工程师