在科技全球化竞争日益激烈的当下，半导体产业被誉为现代工业的“粮食”，其核心材料与器件的自主研发能力，直接关系到国家科技安全、信息主权与产业结构转型。特别是在国际技术封锁愈演愈烈的背景下，掌握关键核心技术、解决技术问题、实现自主创新已成为科技强国的核心目标。厦门大学电子科学与技术学院程其进副教授，扎根半导体材料和器件研究近二十年，从基础科学问题出发，围绕材料制备、器件结构、性能优化、应用示范等环节逐步攻坚克难，走出了一条从原始创新到技术突破、再到成果转化工程实际应用的自主创新之路，诠释了一名科研工作者的科技初心与担当。

突破自我 从实验室攻坚到技术突破

随着《中国制造2025》战略的实施，我国明确将以氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）等为代表的第三代半导体材料列为重点发展对象。这类材料以其宽禁带特性、高击穿电场和优异的热稳定性著称，被视为实现高效能、低损耗器件的核心技术基础。与此同时，氧化镓(Ga2O3)作为一种新兴的超宽禁带半导体材料，带隙高达4.8～5.3 eV，展现出超越第三代半导体的某些极限性能，因此其在日盲紫外探测、高压大功率器件等前沿领域的应用前景被广泛看好。

长期以来，Ga2O3的高质量材料制备与高性能器件集成技术主要掌握在少数发达国家手中，国内起步较晚，缺乏成体系的技术积累。程其进察觉到这一领域不仅存在巨大的学术价值，更关系国家核心产业自主可控能力的构建，将研究重心从二维材料转向氧化镓系统，致力于从底层材料原理出发，解决“卡脖子”技术问题。

历经十余年的潜心钻研与不懈攻关，程其进团队在Ga2O3材料与器件领域迎来了关键性突破，逐步打通了从基础材料制备到核心器件设计、最终走向应用场景落地的创新链条。面对氧化镓高质量制备与高性能器件集成的难题，团队从底层原理出发，在材料生长、器件物理和工艺集成三大核心环节取得了一系列具有自主知识产权的原创成果，这些突破为解决国家在宽禁带半导体领域的“卡脖子”问题提供了坚实的理论与技术支撑。

技术突破 从材料研发到应用场景落地

高质量Ga2O3薄膜是实现高性能器件的基础。为突破高质量Ga2O3薄膜制备的瓶颈，他们另辟蹊径，创新性地提出并研发了“等离子体增强热氧化技术”，该技术可以将生长在氧化铝衬底上的氮化镓薄膜转化为氧化镓薄膜。相比于传统的热氧化法制备Ga2O3薄膜，该技术具有生长速度快、减少氮化镓晶粒残留、提高结晶度等优势，为高性能器件奠定了基础。这项拥有自主知识产权的技术成功获得国家专利授权，并发表在国际知名期刊Applied Surface Science (Appl. Surf. Sci. 2023, 624, 157162)上。

材料性能的提升为器件性能突破奠定了基础。基于自主制备的Ga2O3薄膜，程其进团队围绕日盲紫外光电探测应用开展系统研究。他们突破性地设计出“全耗尽有源区”的异质结结构，通过能带调控优化光生载流子的产生、分离与传输路径，使器件在无外加偏压的情况下即可实现稳定运行。这一设计大幅提升了器件的响应速度和信噪比，实现了毫秒级的响应时间和出色的光电性能。该类器件不仅具备低功耗、自供电、抗强光干扰等优点，且结构简单、易于集成，为紫外成像、空间探测等对响应速度和灵敏度要求极高的应用提供了新方案。

该研究成果发表在Advanced Optical Materials (Adv. Opt. Mater. 2023, 11, 2202847)上并被Wiley AdvancedScienceNews微信公众号以及第三代半导体产业公众号报道。

基于自主制备的Ga2O3薄膜，团队将退火与氧等离子体处理相结合，开发出一种新型薄膜处理工艺。该方法通过有效改善薄膜表面状态和晶体结构质量，显著提升了材料性能。基于该工艺成功研制出高性能日盲紫外光电探测器，在保持极低噪声水平的同时展现出优异的光电转换能力。进一步地实现了探测器阵列的规模化制备，并成功演示了紫外成像功能，为日盲紫外探测技术的实用化发展提供了重要参考。该研究成果发表在Journal of Mateials Chemistry C(J. Mater. Chem. C 2024, 12, 14876)上，并被英国皇家协会材料期刊公众号(RSC Materials Science)报道并入选为热点论文，成为该领域的重要技术参考之一。

科研的终极价值在于服务社会。基于前期在材料与器件领域的技术积累，团队成功研制出基于Ga2O3的高均匀性探测器阵列，并实现了清晰的紫外成像演示，展现了 “材料-器件-系统” 的完整研发能力。该探测器阵列具有高灵敏度、快速响应等特点，在导弹预警、电网安全监测、环境监测等领域展现出巨大的应用潜力。

跨界探索 光电器件表界面调控的多元成果

团队在二维材料、硅基异质结器件等前沿领域亦积极拓展。其聚焦光电器件中界面物理问题，围绕界面态密度调控、能带对齐优化、电荷输运机制等核心科学问题展开研究，形成了具有自身特色的“表界面调控”研究体系。在二维材料二硫化钼光电探测器中，提出缺陷引入与表面钝化协同策略，有效提升了器件稳定性与重复性(J. Mater. Chem. A 2024, 12, 18487)，该研究成果于2025年初被国际著名科技机构“工程进展”(Advances in Engineering)遴选为关键科学文章，并进行了重点报道；在石墨烯/硅异质结太阳能电池中，通过界面功能层优化能带结构，实现了开路电压和填充因子的同步提升，为构建高效、低成本光伏系统提供了新思路。其研究影响力促使他受邀担任国际期刊Nanomaterials特刊客座编辑，推动中国科研成果走向世界。

依托团队在硅基金属-氧化物-半导体场效应晶体管器件制备方面积累的微纳工艺与结构设计经验，覆盖氧化、掺杂、刻蚀、光刻、栅介质沉积与器件集成等关键环节。这一成熟的工艺体系为氧化镓等新型宽禁带半导体材料的器件开发提供了重要参考与转化平台，显著提升了团队在宽禁带功率器件、光电探测器等高端器件研发中的系统集成能力。

程其进副教授团队

团队将继续聚焦关键技术环节，继续挑战氧化镓外延薄膜的生长及掺杂调控等上游核心关键技术，力争从源头上实现自主可控。积极探索人工智能等新技术在半导体材料设计、器件优化中的应用，提升研发效率和精度。除了推动高性能氧化镓基日盲紫外探测器在导弹预警、电网安全监测、环境监测等方面应用之外，还将推动氧化镓材料在高压大功率器件等领域的应用。（供稿人：白涓）