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陈朝:扎根光电沃土 铺就强国之路

发布时间: 2022-10-11

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(右一:陈朝教授)

 

出生于1943年的陈朝今年已经79岁,每当一头花白头发的他出现在厦门大学校园里时,不时总有人关切询问:“陈老师,您怎么还没退休啊?”熟悉陈朝的人则知道,这位2003年已经到了退休年龄,但又被物理科学与技术学院、能源学院先后返聘17年的老教授,其实已经于2021年初正式办理了退休手续,如今再次出现在校园,肯定是来处理“未完成的科研工作”。

1965年毕业于厦门大学物理学专业半导体物理与半导体器件物理专门化,留校从事半导体光电材料、器件和应用的教学科研工作,到2021年以近八旬的高龄退休,陈朝与半导体光电研究“打交道”近半个世纪。近半个世纪的时间里,他心无旁鹭,专注于科研工作,在硅材料和微电子器件、发光材料和半导体照明、光伏材料和太阳电池、光纤通信和光电集成电路等4大领域不断攻坚克难。 “年过古稀未伏枥,犹向光电寄深情”,就是对陈朝科研生涯最真实的写照。

回顾自己的科研岁月,陈朝提及最多的是暖白光LED相关研究——这项研究耗费了他最多的心血,研究成果则给相关产业带来了一场颠覆性变革。

21世纪初,市面上的节能环保LED灯多是“冷白光”。冷白光中蓝光成分过多,会对人类的视网膜造成一定伤害,不适合室内照明。为了破解这一世界性难题,2005年左右,陈朝开始带领团队研制暖白光LED。历经十几年的探索和改进,他们自主研发了用紫光LED激发的红蓝绿高效三基色掺杂稀土荧光粉,将其涂覆在紫光LED芯片上,可发出暖白光,其发光光谱近阳光,无蓝光泄漏,无蓝光危害,可替代白炽灯、荧光灯和节能灯,用于室内照明。若进一步提高显色指数,靠近全光谱发射,则可用于服装和展品、手术室、美术室等特殊场所的照明,应用前景广阔。

近紫外激发三基色荧光粉暖白光LED技术方案不仅彻底解决白光LED室内照明难题,而且能够极大地降低能耗,有利于节能减排的顺利推进,被认为是“白光LED产业的第二次革命”,其产业化推广无疑会产生巨大经济效益和社会效益。

暖白光LED研究的成功只是陈朝众多科研成果中的冰山一角。作为我国光纤收发器研发领域的先行者,1997年—1999年间,陈朝就开始投身计算机网络高效信号传输收发器的研制。他历时两年研制出的“10Mbps、100Mbps光纤收发器”,在协议芯片的功能开发、防止高频信号相互耦合及实现光电接口转换等方面的设计上具有创新性和先进性,性价比远高于当时国际上的同类产品;为实现高速、宽带、低成本的全光网络通信,突破“最后一公里”瓶颈,陈朝将目光转向塑料光纤通信研发,2014年他就带领课题组实现了650nm塑料光纤传送的集成收发器点对点通信。此外,陈朝不仅在国内首次研制出用于密集波分复用的石英小球卫星谐振腔光纤分插器,并且还对其工作原理和制备方法进行了有效探索,为我国微腔光纤通信事业的发展做出了贡献。

暖白光LED研究的成功只是陈朝众多科研成果中的冰山一角。作为我国光纤收发器研发领域的先行者,早在1995年他就负责了由国家科委和教育部下达的与白俄罗斯科学院电子研究所合作的“用于光纤通信的III-V族多层材料和光电器件的研制”国际合作项目,完成了在同一片InP基衬底上研制成功性能良好的PIN光电探测器和MISFET放大器,为实现III-V族材料单片光电集成(OEIC)走出了关键的一步。同时研制成功高速、低暗电流、高响应度的InGaAs/InP PIN光电探测器芯片和PIN-TIA结构光电放大器组件封装,其传输速率达655Mbps~2.5bps, 获得发明专利。本项目于2003年3月由科技部验收和福建省科技厅鉴定为总体达到国际先进水平。1997年—1999年间,陈朝就开始投身计算机网络高效信号传输收发器的研制。他历时两年研制出的“10Mbps、100Mbps光纤收发器”,在协议芯片的功能开发、防止高频信号相互耦合及实现光电接口转换等方面的设计上具有创新性和先进性,性价比远高于当时国际上的同类产品。为实现高速、宽带、低成本的全光网络通信,突破“最后一公里”瓶颈,陈朝将目光转向塑料光纤通信并继续OEIC的探索。为了实现光电集成,首先他指导博士生从速率方程出发,建立了发射器(LED和LD)和探测器(PD)的等效电路模型,将只能适用于平面结构的电学IC设计的传统软件拓展为也能用于垂直结构的光学器件设计,包含建模、仿真和优化,为OEIC的设计打下基础。然后,用此自主研发的EDA软件所设计的结构,用成熟的硅基集成电路的0.25微米BCD工艺,于2013年研制出650nm、850nm硅基单片集成的光接收器芯片和硅基/III-V基混合集成的光发射器芯片,其速率超过155Mpbs。2014年用自主研发的了650nm光电集成电路,用塑料光纤通信方法实现全光网络通信和光纤到户(FTTH),使网络通信速率大大加快,并降低了成本。此外,陈朝不仅在国内首次研制出用于密集波分复用的石英小球卫星谐振腔光纤分插器,并且还对其工作原理和制备方法进行了有效探索,为我国微腔光纤通信事业的发展做出了贡献。

 

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陈朝教授

 

多晶硅提纯一直是困扰我国光伏产业发展的难题,陈朝带领课题组迎难而上,针对性地展开相关科研攻关,于2011年研制出光电转换效率超过11%的太阳能电池,为破解困局提供了新思路;2012年底研发团队通过创新工艺技术,将多晶硅电池光电转换效率提升至超17%,光衰小于3%,并且具备低成本、低能耗、低污染的技术优势,这一成果被认为极有可能成为未来我国乃至国际太阳能级多晶硅生产的主流方法之一。

扎根半导体光电研究近半个世纪,陈朝可谓硕果累累:负责或参加国家、省市纵向科研任务14项,省内外横向产学研合作项目8项,主持的6项科技成果经专家鉴定达到国际同类研究的先进水平;主编俄文专著1本,发表学术论文400多篇;获授权发明46件、实用新型4件、软件登记5件;在光纤通信、光伏发电和半导体照明三个领域转让科研成果16项,转化率约32%,获得良好的经济效益和社会效益。潜心科研的同时,他还专注于人才培养工作,多年来培养指导博士生23人、硕士生21人、本科生20余人,源源不断为我国半导体行业输送高质量人才。

如今,已经正式退休的陈朝依旧没有闲下来,继续跟进尚未完成的科研工作外,他开始着手整理自己的论文集和科研回忆录,希望能给世界留下更多的东西。时光知味,岁月沉香,近半个世纪来矢志不渝自主创新,厚积薄发攻坚克难,从陈朝的科研人生中,我们感受到的是老一辈科研工作者对科学事业最深沉的热爱与专注,而正是这份热爱与专注,为中国铺就起迈向科技大国、科技强国的坚实道路。