那仁:尖端科技领域的一朵铿锵玫瑰
近年来，新型电力电子器件在许多创新领域发挥了重要作用。比如国家提出的2020年中国新基础设施中，5G基站、UHV、城际高铁和轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心、人工智能、工业互联网的发展，都离不开新型电力电子器件技术的支撑。
虽然新型电力电子器件在新能源建设中发挥着重要作用，但美国和欧洲在国际市场竞争中仍处于领先地位。业内人士一致认为，新型电力电子器件的推出将带来电力电子技术的新革命，并将影响世界能源变革，对创建节能环保型社会具有重要作用。因此，新型电力电子器件技术的研究方向对我国乃至全球的经济社会发展和环境保护具有重要意义。浙江大学副研究员那仁正专注于基于碳化硅半导体材料的新型电力电子设备。
对于专业的选择，那仁有自己独特的眼光。2006年，她进入武汉大学电气工程学院学习电力系统及其自动化，这是当时国家电网的“铁饭碗”专业。2010，她以优异的成绩毕业，被保送到浙江大学电气学院，转到电力电子专业。
为什么要转专业？那仁说这是有原因的。
当那仁来到浙江大学时，她碰巧遇到了这位2009年从美国回到浙江大学任教的大教授。盛教授在美国新泽西州立大学获得终身教职后，放弃了国外优厚的待遇，毅然投身于国内一贫如洗的电力电子器件和功率半导体行业。作为一名长期从事硅基和碳化硅电力电子器件、封装和应用研究的科学家，盛教授深知中国与当时世界领先团队的差距，但他依然投身其中，因为他知道很多核心技术，一旦研发出来，可以迅速颠覆一个产品，甚至一个时代。
盛教授对新型电力电子器件研究现状的描述和对未来发展的畅想，激励着。当时碳化硅电力电子器件已经成为国际上的研究热点，而国内在这方面的研究刚刚起步。相信在盛教授的带领下，可以发展国内的电力电子器件和功率半导体产业。俗话说，起点低不可怕，境界低才可怕。在了解了行业重要但技术落后的背景后，毅然选择了碳化硅电力电子器件的研究方向，进入盛教授创办的浙江大学电力电子器件实验室，成为国内较早的碳化硅电力电子器件研发团队的一员。
事实也证明，那仁的选择非常具有前瞻性。在新能源发展的今天，电力电子器件技术的重要性不言而喻。就在十年前，她的选择还是很有勇气和魄力的。
到达美国后，那仁从未停止学习。她发现，当时美国很多企业都想进入电力电子器件行业，但由于技术门槛高，需要寻求高校合作，共同开发碳化硅电力电子器件产品技术。这给了那仁一个锻炼自己能力的机会。博士后期间，她领导了两个大型校企合作项目。“这些项目让我懂得了如何将实验室的科研成果应用于企业产品并实现产业化，也让我懂得了如何弥合科研与产业化之间的差距，为我回国后继续从事碳化硅电力电子器件技术的研究奠定了基础。”
从未知到成熟，那仁一直致力于碳化硅(SiC)电力电子器件的研究，包括SiC二极管和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的物理机理、结构设计、工艺技术、芯片开发、器件测试和失效分析、性能和可靠性优化等，并取得了一系列研究成果。如在器件领域国际知名期刊和会议上发表论文40篇，其中SCI论文23篇，获得美国专利3项，获得2017国际电力电子会议优秀报告奖。
一路走来，那仁一直在稳步地迈出每一步。博士期间，导师盛教授作为我国电力电子器件领域唯一的“长江学者”、国家自然科学基金杰出青年科学基金获得者，对要求严格，精心培养。因此，那仁继承了导师严谨的学术风格和清晰的逻辑思维。博士后期间，在电力电子器件的自习室里，那仁不断提高自己的技术水平，深化国际交流与合作，积累同行业的人脉。无论在国内还是国外，这些年来那仁都不知不觉地站在了学术领域的最前沿。
2019年9月，那仁回国任教于浙江大学电气工程学院，2020年3月受聘于浙江大学杭州国际科技中心先进半导体研究院。她的研究工作主要包括SiC二极管和MOSFET器件的可靠性研究和器件优化设计、新型沟槽SiC MOSFET器件技术、超高压SiC栅极可关断晶闸管器件技术。
在最近入选的浙江大学科技创新中心青年人才卓越计划中，那仁计划挑战两大难点:一是突破现有器件性能的碳化硅沟槽栅MOSFET技术，二是超高压碳化硅栅可关断晶闸管器件的研制。
在SiC电力电子器件行业中，MOSFET器件是中低压应用领域最有前途的一类开关管，但现有的平面栅MOSFET技术路线面临着比导通电阻大、单位面积导通电流能力有限的问题。如何突破这一性能极限，进一步大幅提升功率器件的性能，是碳化硅MOSFET器件领域面临的巨大挑战。
在该项目中，那仁将探索沟槽栅结构和先进的沟槽栅氧化技术对沟道迁移率的影响机理，研究芯片内部电场分布的调控机理和方法，开发碳化硅沟槽刻蚀、栅氧化层生长、沟槽填充和注入等关键工艺，形成电场屏蔽结构，实现高性能、高可靠性的碳化硅沟槽MOSFET器件，大幅提高碳化硅芯片的导通电流密度，突破现有器件的性能水平。
虽然挑战非常艰难，但多年的行业渗透和知识积累让那仁充满斗志。她说:“经过多年的科学研究，我们经常会遇到模拟不收敛、工艺技术开发失败、器件性能失效等困难。但是，遇到问题是解决问题的起点。遇到问题并不可怕。可怕的是我们没有坚持用正确的方法去不断努力克服它。我相信，每一次努力都是离成功更近一步。”
除了突破现有器件技术，那仁还将挑战超高压碳化硅栅极可关断晶闸管的开发。她解释说，时至今日，电力电子器件已经发展到第三代，即以新型宽禁带半导体材料SiC、GaN为代表的器件技术，但目前电力系统等高压大功率应用仍然使用传统的硅基大功率器件或模块，这限制了系统效率的提高和小型化、轻量化目标的实现。碳化硅门极可关断晶闸管在高压大功率系统中的应用，可以减少器件数量，降低功率损耗，提高系统效率，减少冷却设备，减小系统体积。因此，发展超高压碳化硅门极可关断晶闸管器件对国家在能源领域的发展具有重要意义。
然而，超高压碳化硅门极可关断晶闸管的发展也面临着诸多技术挑战:碳化硅材料缺陷对器件中载流子寿命的影响机理和遏制技术尚未得到验证，碳化硅材料缺陷会导致双极器件性能退化并影响器件的可靠性，碳化硅门极可关断晶闸管的物理理论和器件模型尚不成熟，碳化硅器件的制造工艺非常复杂，与传统硅器件有很大差异。需要自主研发相关工艺技术和平台。碳化硅门极可以关断晶闸管器件和系统应用的结合，需要设计特殊的门极驱动和电路拓扑。
但是，那仁心里清楚，未来电力电子器件的发展，一定会朝着更小、更轻、更快、更高效、更可靠的方向发展。因此，她将全力以赴，在碳化硅电力电子器件领域取得突破性的研究成果。
除了青年英才计划，在不久的将来，那仁的国家自然科学基金青年基金和台达电力电子科教发展基金项目也将同步开展。虽然生意很忙，但她说，“人不自求多福，什么都做不了。”
未来，那仁希望自己能够发展出世界级的碳化硅电力电子器件技术，以自己的力量为国家在能源领域的重大战略发展做出应有的贡献。“我希望在未来，人类社会能够更多地受益于今天大量的科研成果，这也是我们科研活动的最终目的。”对于科学研究的前进方向，那仁说: