研究教授 创新创业学院

吴向方于1982 年7 月毕业于吉林大学计算机科学系系统结构专业,1982年9月考入中科院沈阳自动化研究所人工智能与机器人专业研究生,导师蒋新松、宋国宁。

参与建设国家机器人示范工程基地和国家机器人学重点实验室,国家上世纪80 年代最早机器人实验室骨干成员之一。参加了机器人方面的国家七五攻关和八五攻关项目。参加了工业机器人通用控制器的研制,参加了焊接机器人的研制。自行设计了真空机械手及配套电控系统和软件,用于真空环境下的自动化过程。

将机器人技术、真空技术、电子技术和控制技术,多学科交叉用于微观领域,开发设计了系列化微纳技术装备,例如:分子束外延MBE、化学气相沉积CVD、物理气相沉积PVD等。操作和加工的物理尺度在纳米量级和分子量级,广泛应用于新材料、新能源、光电子、纳米技术、传感器、MEMS、微纳机器人等领域。

2017年起,在南方科技大学全职工作。主要从事微纳电子技术与系统方面的研究,重点是第三代半导体工艺技术和装备技术的研究。

个人简介

        吴向方于1982 年7 月毕业于吉林大学计算机科学系系统结构专业,1982年9月考入中科院沈阳自动化研究所人工智能与机器人专业研究生,导师蒋新松、宋国宁。

        参与建设国家机器人示范工程基地和国家机器人学重点实验室,国家上世纪80 年代最早机器人实验室骨干成员之一。参加了机器人方面的国家七五攻关和八五攻关项目。参加了工业机器人通用控制器的研制,参加了焊接机器人的研制。自行设计了真空机械手及配套电控系统和软件,用于真空环境下的自动化过程。

        将机器人技术、真空技术、电子技术和控制技术,多学科交叉用于微观领域,开发设计了系列化微纳技术装备,例如:分子束外延MBE、化学气相沉积CVD、物理气相沉积PVD等。操作和加工的物理尺度在纳米量级和分子量级,广泛应用于新材料、新能源、光电子、纳米技术、传感器、MEMS、微纳机器人等领域。

        2017年起,在南方科技大学全职工作。主要从事微纳电子技术与系统方面的研究,重点是第三代半导体工艺技术和装备技术的研究。

        1985 年~1992 年,中国科学院沈阳自动化研究所机器人中心,曾任课题组长。主要从事机器人项目的开发设计和机器人团队的组建。开发弧焊、点焊、喷漆、搬运机器人及机器人应用工程。于1986 年至1992 年,开发研制天津自行车厂的自行车架的弧焊机器人系统、开发研制北京密云机床厂的数控机床与机器人协同工作项目、金杯面包车点焊机器人系统等项目。

        1992 年~2000 年,参与创建高新技术企业——沈阳北方商用机器设备股份有限公司(上市公司),企业员工1000 多人。任高级研究员、研发部经理、厂长、总工程师、产业公司总经理。主持领导了国家95 攻关项目:实时网络收款系统及虚拟POS(V-POS)系列机具。
        2001 年5 月~2005 年8 月,沈阳工业大学教授,硕士生导师,组建 “嵌入式系统研究中心”,担任主任。同时创办工程师培养中心,培养周期(半年~一年半)。学生来源:从大三大四选学苗,毕业时具有一定的工程技术能力及设计能力。为企业培养了近300 名实用工程师人才,被企业全部抢走,工资是普通大学毕业生的2~4 倍。
        2005 年~2010 年,与中国科技大学合作培养博士研究生。

        2008~2016 年,圆芯科技有限公司/沈阳通用机器人技术公司,技术总监。
        2001~2016 年期间:多学科交叉,在微观领域开展技术研究、产品设计和工程应用

        2002 年,作为微纳设备的设计负责人,与教育部半导体发光材料与器件研究中心合作设计制造了国内第一台中试型的MOCVD 设备,用于外延生长氮化镓(GaN)和氧化锌(ZnO)光电半导体材料。目前是全国MOCVD 国际学术会议组织委员会委员。
        2005 年设计成功真空机械手,并投入使用,用于光电子微电子、新材料新能源领域。

        2005年,完成了中国第一台完全自主设计制造的分子束外延设备MBE,其中包括:Rheed(高能电子衍射仪)、直线型电子枪、膜厚仪(可计算生长的分子层数)、射频源、离化源(如氮源、氧源等)、超高真空系统技术(2×10-8Pa)。
        2009 年,作为负责人,承担了科技部科技创新基金项目:真空机械手。
        2011 年~2016 年,中科院沈阳自动化所义乌中心,高级研究员。
目前主要从事:非标柔性智能装备技术(包括机器人技术及人工智能技术)、微纳工艺及装备技术(原子分子量级和纳米量级)、嵌入式系统技术应用。主要应用领域:智能制造与装备(包括用机器替代人工)、光电子微电子、新材料新能源、纳米技术领域等。

研究领域

微纳技术发展非常快,应用范围很广,例如:新材料、新能源、光电子、微电子、微机电系统(MEMS)、传感器、表面技术、界面技术、微纳机器人、生物工程、精准医疗、高端微纳精密制造、环保、航空航天等领域。微纳工艺和微纳装备技术,是上述诸多领域的制造技术基础,是具有一定的共性、支撑性和工具性的研究领域,它的工程实现技术和产业化,需要很深厚的多学科交叉基础和储备。

这方面,国内有许多技术瓶颈和产业痛点,亟待研究和解决。

本项目组针对这一领域的宽禁带半导体(或称第三代半导体或第四代半导体)战略方向,选题开展研究,已取得了一些积累和成果。

1、多源大尺寸分子束外延MBE

外延(Epitaxy)制备技术是获得微纳米级高质量单晶半导体材料的重要手段;

半导体外延设备是半导体薄膜工艺设备中最高端、最具技术含量的一类设备,目前国产设备大多只能满足实验室科研需求,而产业化应用需要采用进口设备,这类设备大多被美国、德国、日本等国家垄断,尖端设备对我国实行严格的封锁禁运;

基于本项目领军技术人员的二十多年的技术积累,开发多源大尺寸分子束外延MBE设备,突破国外技术垄断和封锁。

多源大尺寸分子束外延MBE设备,是半导体材料制备核心关键设备,国家重大战略急需(如第三代半导体),国外已对中国禁运。

以下是具体工作内容:

完全自主知识产权的成套设备技术,自主生产制造和安装调试。

高温样品台:基片尺寸≥4英寸,加热温度可达到1400℃。

直线型电子枪用于外延高温难溶材料,如:可外延生长碳、硅等材料。

多源技术1:将多种PVD薄膜沉积技术,设计成分子束MBE外延技术。为半导体材料外延生长(尤其是第三代宽禁带半导体材料),提供更多的制备技术和方法。

多源技术2:将固态源、液态源、气态源和离化源,同时用于半导体材料的外延生长。

原位监测技术:反射高能电子衍射仪(Rheed)的设计制造,包括涂屏的制造。

膜厚仪技术:膜厚仪的软件硬件及薄膜软件的设计,可计算外延的分子层数。

离化源技术:设计制造氮离化源和氧离化源(包括射频电源的设计制造)。

生产属性:扩大基片尺寸(≥4英寸),提高外延效率。

2、大尺寸金刚石微波等离子体MPCVD工艺技术及装备

金刚石:自然界最完美的材料,力学、热学、电学、光学、声学综合性能优异,应用广泛。

金刚石新型超宽禁带半导体材料,是大功率高温高频电子器件最为理想的材料。

现有CVD金刚石,仅为工具级,热学级和光学级,半导体电子级金刚石外延材料有待开发。

目前,微波MPCVD是获得电子级金刚石单晶外延膜的唯一技术途径。

MPCVD设备被德国与日本垄断,国产设备仅为小型科研用途。

主要技术内容:

微波功率:20kW~100KW

样品尺寸:达到8英寸

微波频率:915MHz±15MHz

波导传输驻波比: ≤1.2

微波泄漏量: ≤1mW/cm2

衬底加热温度:300~1200℃

3、液态源磁控溅射外延工艺技术及装备

用PVD技术直接制备GaN半导体薄膜以及LED与HEMT器件;

PVD工艺温度低,工艺和设备成本大幅降低;PVD工艺过程没有氢和碳杂质,制备更高纯度GaN材料,并且提高p型掺杂效率(无需退火激活);可以大面积在玻璃甚至柔性材料基片上制备GaN基半导体器件。

设计专用的液态镓源磁控溅射靶和配套的溅射电源。


教学

教学:微纳装备技术,48学时。

课号:INO5006

授课对象:研究生和大三大四学生


学术成果 查看更多

曾经申请过若干发明专利、实用新型专利、软件著作权,目前以上专利不再维护。

目前,核心技术,以专有技术形式存在。

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