科技改變世界。如今在這一行程中，電子與電腦工程領域的創新尤其引人註目，這些技術不僅加速推動資訊科技進步，更為解決人類面臨的各種挑戰提供了新方案。
比如，人工智慧的普及正重塑各行各業，量子計算作為下一代計算技術的核心從理論走向實踐，二維材料的興起為半導體器件的小型化和高效能帶來新機遇，奈米 CMOS 技術的發展讓芯片更加高效節能。
近日，「問芯」采訪了香港科技大學電子及電腦工程學系陳文新教授，訪談中他圍繞課題組現階段研究進展、二維電路與系統、奈米 CMOS 技術，以及人才教育培養、技術轉化等多個層面進行了分享和解讀。
圖｜香港科技大學陳文新教授（來源：受訪者）
陳文新於 1991 年獲得加州大學聖地亞哥分校電氣及電腦工程學士學位，並於 1995 年獲得加州大學柏克萊分校博士學位。現在他是香港科技大學黃少華黃宓芝工程學教授、電子與電腦工程系講座教授，同時也是香港科技大學持續進修學院主任，香港科技大學積體電路設計工程碩士計畫主任，IEEE 會士、IEEE 傑出講師等。他課題組的研究方向涵蓋二維器件與電路、奈米 CMOS 技術、人工智慧以及量子計算等多個領域。截至目前，陳文新和團隊已經發表超過 300 篇期刊論文和 500 篇會議論文。
開發第一個工業標準 MOSFET 模型
陳文新長期專註於半導體器件領域的研究，他首先向「問芯」介紹了此前所取得過的一些有代表性的研究成果和發現。
「我和團隊開發了世界上第一個工業標準 MOSFET 和 SOI MOSFET 模型，其對半導體行業帶來了變革性影響，並被很多國際領先代工廠（例如台積電、英特爾、三星等）、電路設計公司（例如高通、博通等）和 EDA 供應商（例如 Cadence、Synopsys 等）采用。」他介紹道。
圍繞這項研究成果，陳文新表示，「與深入研究詳細物理的傳統 MOSFET 建模方法不同，我們以工程為中心的模型 優先考慮靈活性和對新數據的適應力 ，從而實作積體電路設計中的快速原型設計。這種創新方法大幅加快了電路設計中的技術采用，並簡化了產品開發叠代周期。」他指出。
圖｜MOSFET 和 SOI MOSFET 模型（來源：受訪者）
除此之外，陳文新還領導並開發了可將 CMOS 擴充套件到 2nm 節點的 堆疊 CFET 技術 。「我們在 2005 年率先展示了堆疊 CFET 技術，並因此發表了大量論文並獲得技術專利。」他介紹道，「隨著 CMOS 技術規模的擴大，當前的行業路線圖從平面器件過渡到 FinFET 和奈米片晶體管。除了奈米片晶體管之外，行業的主要參與者（包括英特爾、三星、台積電和 imec）現在都采用堆疊 CFET 技術作為持續規模擴大的解決方案。」
「大約從 2018 年開始，業界對堆疊 CFET 技術的興趣開始激增，這反映了行業認識到需要超越現有技術的創新解決方案。而我們團隊早在十多年前就已展示了堆疊 CFET 技術，可見我們在推動半導體技術發展方面的遠見力。」他補充道。
圖｜堆疊 CFET 技術示意（來源：受訪者）
二維（2D）半導體，比如過渡金屬二硫屬化物（TMDC），由於其獨特性質在下一代奈米電子學中展現出巨大套用前景。「但現階段需要解決一系列關鍵技術挑戰，包括材料品質、接觸電阻、電介質整合、摻雜和能帶結構工程，以及可延伸性和 CMOS 相容性等多個方面。」陳文新指出。
比如，目前在晶圓級合成高品質、無缺陷的 2D 材料仍具有挑戰性，缺陷和晶粒邊界會顯著影響器件效能。高接觸電阻會限制電子裝置的效能，因此在 2D 材料和金屬之間實作低電阻歐姆接觸至關重要；再比如，將高品質電介質與 2D 材料整合而不降低其效能較為困難，而這對於制造可靠且高效能的晶體管至關重要。
圍繞這些挑戰，陳文新和團隊有針對性地開發出多種應對策略。「材料方面，我們正在開發合成高品質、晶圓級二維材料的方法，這些材料缺陷更少。我們不再依賴在整個晶圓上生長高品質的二維材料，而是專註於僅在需要構建晶體管的位置局部生長小規模材料。這是一種更有前景的方法，可以實作用於晶體管制造的高品質合成二維材料。」他介紹道。
「電介質整合方面，我們正在探索使用二維電介質材料（例如氮化硼）來代替傳統的非晶態電介質材料，以實作更好的相容性和結構均勻性。」他說道，「此外，在工藝整合方面，我們也正在研究與主流制造中現有的先進 CMOS 結構相容的 2D 晶體管結構，以加速其在實際套用中的潛力。目標結構是 2nm 主流 CMOS 技術節點中追求的多層奈米片結構。」
其他方面，比如創新接觸工程，他和團隊探索新的方法（例如使用半金屬接觸和二維範德華接觸）以降低接觸電阻；同時也探索新的受控摻雜技術，包括替代摻雜和表面功能化以調節二維材料的電子特性。
圖｜開發合成高品質二維材料器件的新方法（來源：受訪者）
針對奈米互補金氧半導體（CMOS）技術，陳文新表示，「尖端 CMOS 研究依賴於昂貴的裝置，並且已經處於開發階段。學術研究很難與該領域的行業資源相競爭。僅僅提高現有技術的效能，例如提高速度或降低功耗，代表的是一種前進演化而非革命性的方法，這種漸進式的進步可能與追求國際頂級研究不一致。」他指出。
宏觀層面，在陳文新看來，「學術努力應 優先探索未知領域 ，為長期的技術領導地位奠定基礎，而不是僅僅專註於最佳化現有技術。」在這個背景下，他和團隊的研究工作致力於探索 CMOS 以外的技術，包括量子計算硬體和新穎的邏輯元素。「這些計畫涉及知識的積累，短期內看不到實際成果。值得註意的是，諸如人工智慧的成功之類的突破往往是 數十年知識積累的頂峰然後才能實作 。透過投資探索新前沿的前瞻性研究，我們希望能為技術的變革性進步做出貢獻，從而塑造未來的創新格局。」他說道。
共同創辦和投資 20 余家科技公司
圍繞跨界合作對於技術研究的影響，在陳文新看來，「學術界和產業界的有效合作取決於 一個能夠協調兩大領域不同優先事項的強大框架 。高校科研工作適合探索長期、未知、有遠見的研究計畫，突破知識的界限；相比之下，產業實踐則往往專註於近期的產品開發，利用成熟的技術實作更直接的套用。側重點的不同可能會導致研究的開拓性與產業的務實性在時間框架上不匹配。」他說道。
「在國內，企業普遍強調以短期產品為中心的方法，這凸顯了彌合未來創新理念與實際套用之間差距的挑戰。要使研究與產業之間的合作蓬勃發展，技術需要足夠成熟以展示清晰的商業化和產品化途徑。」他指出，「此外，國內成功公司的一個普遍趨勢是重視套用，這種對套用驅動解決方案的偏好在某些情況下可能會阻礙處於發展初期尖端技術的技術轉移過程。」
談及技術轉化，陳文新表示，目前擁有10 項中國專利和 15 項美國專利，其中有幾項專利已透過大學合作成功授權給公司。「在一系列專利技術中，只有少數 1-2 項已過渡到產業套用階段，其中許多專利提供的是實作特定結果的方法，而不是突破性的概念。」他指出。
除了技術研發，陳文新也積極參與創業活動。截至目前，他已經聯合創辦和投資了 20 余家科技公司，其中有 3 家公司已經成功上市。
「我的投資策略與研究重點有很大不同。我認為，公司成功的根本在於團隊的力量以及他們辨識和抓住現有市場機會的能力。因此，在投資公司時，尤其是用小規模投資基金進行天使輪投資時，我會優先考慮那些擁有強大團隊並準備將成熟產品推向現有市場的公司。」陳文新說道。
圖｜陳文新和團隊成員（來源：受訪者）
圍繞他長期以來所專註的研究工作，陳文新表達了自己的觀點，「研究只是培訓研究生提高其內在能力的過程，因此，衡量我研究活動成功與否的最重要指標是提高團隊中研究生的內在能力。」
在他看來，計畫成果的壽命很有限，更加持久的價值在於讓學生實作 內在能力的提升 ，這些能力將在他們整個職業生涯中為他們在各種計畫中取得成功，他們不僅會在一個計畫中取得成功，而且會在很多很多計畫中取得成功。「我作為他們導師的報酬遠遠超出了學術成功的傳統指標，例如見證一名學生創業並最終實作 IPO 的成長和成就所帶來的深切滿足感。」他說道。
在潛心學術研究的同時陳文新也投身大量教育活動中。比如，他意識到線上課程越來越受歡迎，推出了以動畫為基礎的半導體器件 MOOC 課程，目前已有超 2.5 萬名學生參與；他還發起了一系列針對中小學生的電子電路構建培訓模組和競賽，這些課程已成為 EDS 吸引年輕工程師的重要推廣計劃。
訪談接近尾聲，陳文新圍繞人才培養分享了自己的看法。「當今的教育系統基於模式辨識，讓學生辨識問題並使用已知的方法來解決它。考試系統測試學生處理他們所學的類似問題的有效性，這與我們訓練人工智慧的方式完全相同。這就是為什麽我們能如此有效地訓練人工智慧，電腦可以花更少的時間來理解模式，而且它永遠不會忘記，這比人類學習效率高得多。但是這種訓練的結果，導致所有學生都有類似的思維和知識，缺乏獨特性，變得可替代。」他指出。
因此，為了在人工智慧的競爭中生存，應該培養學生具備一系列品質。比如，需要有未來視野，有明確的方向，需要有與眾不同的發散思維，培養廣泛的興趣，並能夠管理來自不同來源的資訊，以及重視團隊合作等。
圖｜陳文新獲得香港科技大學頒發的「祁敖卓越教學服務獎章」（來源：受訪者）
在陳文新看來，一個人的行為有兩個主要驅動力：恐懼和報酬。「大多數學生被恐懼驅使，例如害怕落後和在競爭中失敗，雖然恐懼可以有效地驅使人們從事低階工作，但只有報酬才能驅使一個人發揮出遠遠超出普通人群的全部內在潛力。」他指出。
「世界上有兩種人，一種人有目標並付諸行動，另一種人幫助別人實作他人目標的人。當有研究生加入我的團隊時，我會問他們，你想研究我的研究還是你的研究？如果是我的，那你不是在找研究，你是在找工作並試圖幫我實作我的目標；如果是你的，那麽請告訴我你想做什麽，向我解釋為什麽這值得做並教會我。」陳文新說道。
參考資料：
1.https://ece.hkust.edu.hk/mchan
2.https://ace.hkust.edu.hk/zh-hans/people
3.https://np.hkust.edu.hk/sc/top_minds_details.php?id=57
4.https://scholar.google.com.hk/citations?user=O0UXYIQAAAAJ&hl=en
