INTRODUCTION
刘艳，西安电子科技大学微电子学院教授、博士生导师，入选西安电子科技大学菁英计划与华山学者。刘艳教授长期从事新型半导体功能器件方面的研究，在微纳光子器件、后摩尔微电子新器件以及光电融合和集成方面进行了大量开拓性研究。现承担国家自然科学基金重大研究计划项目和重大项目、科技部重点研发项目等多项研究项目。在IEDM、IEEE EDL、Optics Express、Laser & Photonics Reviews等微电子与光电主流会议和期刊上发表论文150多篇，申请专利40多项，做各类邀请报告10余次。
Q：刘老师您好，感谢您接受我们的访谈。请您简单介绍一下课题组的主要研究方向及进展？
我所在的微系统与芯片技术团队依托于西电杭州研究院和西电微电子学院共建，主要围绕后摩尔新型微电子器件和芯片方向开展研究。团队现有30名科研人员，在读研究生100余名。
团队科研方向包括：
高性能存储、存算器件和芯片研发；
存算一体芯片设计与混合信号处理系统设计；
面向无人值守、反无探测的智能感知芯片；
功率器件及光电器件、阵列的研发。
团队已累计在IEDM、IEEE Electron Device Letters、IEEE Transactions on Electron Devices等微电子器件旗舰期刊发表文章300余篇，授权国家发明专利超过50项。目前承担包括国家自然科学基金重大项目、重大研究计划、面上项目、科技部重点研发计划、浙江省“尖兵”“领雁”研发攻关计划在内的多个国家和省部级项目，近五年承担科研经费9000余万，与北京智芯微电子、兴华微电子、广电计量等企业建立深度合作，建立了多个联合实验室并开展多项企业横向课题研究。
Q：您（与团队）近期在Materials Futures发表的论文，研究了二元氧化物材料中可诱导的新型铁电性，可以请您分享一下这项工作的灵感来源、重点和难点，以及这项研究成果对未来材料科学研究又起到了怎样的帮助和意义？
灵感主要来源于当前铪基铁电材料和器件的瓶颈。尽管铪基铁电材料在新型晶体管技术上具有一定优势，但其在静电控制和可靠性方面仍然存在较大的挑战。这类材料在超薄厚度下容易引发电流泄漏，导致可靠性下降，使得等效氧化物层厚度（EOT）微缩困难。此外，现有的HfO2基铁电薄膜需要掺杂并采用高温工艺，难以与低温工艺节点兼容。我们希望能通过全新的方法，在非晶态的二元氧化物材料中实现铁电性，以克服这些瓶颈，为下一代铁电器件技术开辟新的路径。因此，团队将研究重心放在氧离子运动的可逆性上，旨在探索一种不依赖晶相结构的铁电机制。
Q：随着超薄二元氧化物薄膜研究的持续深入，与先进工艺节点CMOS工艺完全兼容的存储器件的相关应用产品终将走入市场。目前国内外该方向的发展、以及产业化的侧重点有哪些共同点和不同之处？
目前国际上主要是传统的DRAM厂商，美光和海力士在产业上推进超薄二元氧化物薄膜的产业应用，以作为目前其DRAM产品的补充。DRAM目前最主要的问题之一是较大的刷新功耗，铪基铁电等材料器件的引入，通过电容存储与铁电存储的混合结构形成NVDRAM可以部分解决这一问题。但由于产业惯性和工艺兼容性的限制，无法发挥超薄二元氧化物薄膜的优势，微缩化和可靠性提升都遇到了瓶颈。国内大部分公司由于体量和路径依赖，更多关注于存储电路的设计，在材料、器件和标准单元上的投入较少。我们团队主要关注于全链条的存储器开发，同时使用自有产线不受工艺条件限制，有望实现对DRAM的直接替代。
Q：您在铁电存储芯片领域深耕多年，您认为该领域的研究热点有哪些，这些热点在未来发展的道路上，又将遇到怎样的机遇与挑战？
我近年来的研究集中于铪基铁电材料与存储器件和芯片，主要集中在FeRAM和FeFET两种器件和阵列芯片上，它们各自具有独特的特性和应用前景。FeRAM，一般用于1T1C阵列，相较于DRAM,最大的优势是引入了非易失性和铁电材料自身的微缩性，铁电材料的非易失性缓解了DRAM器件对于泄露电流的严苛要求，节省了刷新操作，从而实现低静态功耗和高存储密度，适用于需要频繁刷新的场景，其主要劣势在于破坏性读取，以及铁电材料所带来的延迟和动态功耗等问题。
FeFET，一般用于1T阵列，其优势在于支持非破坏性读取，其MOSFET的三端结构具有存储和逻辑的天然融合性，使其非常适合存算一体和神经形态计算，将铪基铁电材料引入到最新的多层堆叠三维垂直NAND结构中实现大容量存储是目前产业界最新的研究热点，其优势主要在于引入的铁电材料具有微缩性和较低操作电压，有望实现超过1000层的NAND结构。目前的难题主要在于铁电材料在极限微缩条件下的性能衰退以及耐久性等难题，这也是我们课题组研究的重点。
Q：材料科学与许多学科都有着密切的关联，您对光电融合和集成方面进行了大量开拓性研究，请问您对不同学科交叉与发展有怎样的理解？
我的博士专业是光电子，后来转行来到微电子领域，在两个领域都浸淫多年，并且常年担任半导体器件物理的教师，我最深刻的感受是一通百通。不管是光电子器件还是微电子器件，其深层的器件物理是相通的，都是以能带论串联起来的各个分支，其深层的器件物理是类似的，只有一些琐碎的细枝末节上的不同。以我现在从事非易失铁电存储器研究为例，将光信号感知引入其中，就能利用光信号对于半导体非平衡载流子和铁电非易失极化的协同调制，就能实现光写入电读出，并设计出具备复合信号处理能力的非易失光电电容型存储器。反之，利用铁电掺杂机制将非易失铁电存储的概念引入光调制器，并结合硅材料的等离子色散效应，就能设计出电写入光读出的非易失性低功耗电光调制器。这些基于学科交叉产生的新型光电感存算一体多功能器件都能为未来智能光电传感系统提供新的思路。
Q：您在西安电子科技大学工作八年，这段经历为您的科研工作带来了什么影响？
我16年加入西安电子科技大学微电子学院郝跃老师课题组。这八年来得到了郝老师的关怀和帮助，在这个大集体里面慢慢成长走到今天。在这八年里我最深的感悟就是从郝老师身上学习到了务实的科研态度和踏实的工作作风。我们大课题组常年承担了国家重点重大攻关项目，大家都以能啃下国家科研领域的硬骨头而自豪。在我的科研实践中，郝老师也经常引导我把科研兴趣聚焦到国家芯片领域的实际需求中来，更加务实，戒掉浮躁，目光长远不要短视，不要片面追求短平快的研究领域，踏踏实实做科研。
Q：作为导师，您指导了很多的博士生，在博士生培养中您更注重培养学生哪些能力？
写作能力
这几年我越来越深的感受就是博士生英语越来越差，写不出合格的英文文章，甚至写不出通顺的博士论文，更深层的原因是中文表达能力的欠缺。我们的教育只在小学初中高中阶段训练语文和英语的表达能力，到了大学默认大家的表达能力都过关了，只去训练理工科思维。其实部分理工科博士生的表达是不过关的，硕士博士期间又不去有意识的锻炼提高，尤其是当他们毕业当了老师，部分人仍然写不出合格的基金申请本子。我带的博士生我都会花很多时间去改他们的文章，部分博士生认真看修改稿，经年累月就能慢慢提高写作水平。
阅读能力
这也是我非常看中的能力。做科研idea从哪里来，都是从阅读文献中来。我一直对博士生强调要多读文献，每周不仅要做实验还要给我发周报，精读三五篇文献，要知道自己做的实验里面涉及到了哪些背景和动机，在自己从事课题的这一个小的领域要成为专家，对各个研究小组的进展都要非常清楚，不仅要读懂，还要思考里面的逻辑，为什么人家做了几年的方向，又转变了路径，这里面的原因是什么。读文献读到这个程度就是真正读懂了。
独立思考能力
对于优秀的博士生，我要求他们不一定要听我的，我希望他们有自己的主见，我不希望学生变成脑袋空空的声控机器人，老师说什么就做什么。我希望他们能提出自己的见解并说服我。我非常鼓励学生自己去探索新的方向，在实践中提高解决问题的能力，成为优秀的博士。
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期刊特色｜Unique Features
01
免费开放获取，2022-2024年免除作者出版费
02
快速发表，文章被接收后24h内上线
03
“未来展望”，展示该研究领域前瞻性专家观点
04
自由格式撰写，排版工作由IOPP承担
期 刊 简 介
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Materials Futures（《材料展望》， ISSN 2752-5724）创刊于2022年，由松山湖材料实验室与英国物理学会出版社（IOPP）联合出版，入选“2022年度中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊”、“2023年度广东省高起点英文新刊项目”，2023年3月成为国际出版伦理委员会 (COPE) 成员，现已被ESCI、Ei、Scopus、Inspec、DOAJ、万方等数据库收录。获得首个影响因子12.0，在全球材料综合类438本期刊中排名第41，位列Q1区。本期刊面向全球开放获取，免收作者版面费 (APC)。期刊致力于打造材料科学领域的高水平综合性期刊，为全球材料领域科学家搭建学术交流与合作平台。刊载范围聚焦结构材料、能源材料、生物材料、纳米材料、量子材料、信息材料、材料理论与计算。
自有出版平台：
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