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EE人群像:他研究1nm晶体薄膜,还致力于净化饮用水

时间:2018-09-14 作者:EEWeb 阅读:
是电子工程先发现我……因为我小时候触电过很多次!这都是好奇心跟兴趣倾向造成的直接结果,让我想去了解电气与电子装置怎么运作的,而且会去拆解它们并尝试装回去。在那个时候,这似乎是学习科学最快速的方式。

拥有博士学位的Patrick Kung是美国阿拉巴马大学电子与计算机工程系副教授,他乐在教书育人以及投入基础研究、工程开发项目的学术领域生涯,也积极参加专业社群拓展人脉、与同业之间相互交流...这也是一种精彩的EE人生!

你是如何开始对电子工程产生兴趣?

我比较喜欢说是电子工程先发现我…因为我小时候触电过很多次!这都是好奇心跟兴趣倾向造成的直接结果,让我想去了解电气与电子装置怎么运作的,而且会去拆解它们并尝试装回去。在那个时候,这似乎是一种最棒也最快速的学习科学方式,因为因特网还不存在。

再加上我成长的过程中(1980年代到1990年代初期)消费性电子快速蓬勃发展,包括PC、视讯游戏机、遥控器、CD (以及与之相关的雷射与数字因为技术)等等;对任何电气电子事物的浓厚兴趣,以及经历过不断摸索使得我对那类装置的操作更熟练,很自然地让我想追求电子工程领域的职业生涯,特别是能从事实验性科学研究与工程项目的学术界工作。

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美国阿拉巴马大学电子与计算机工程系副教授Patrick Kung 博士(来源:EEWeb)

让人啼笑皆非的是,我在法国接受的主流教育体系完全没有关于晶体管或是运算放大器等技术的课程,更别说是使用它们;但就紧接在我之后入学的学弟妹们,则因为国家教育课程改革而有接触那类知识的机会。但我一直在学习数学、物理学与化学等基础科学概念;最后我就读巴黎综合理工学院(Ecole Polytechnique)时,是专攻半导体材料以及固态物理学,这为我前往美国西北大学电子工程研究所进修提供了坚实的基础。

你能谈谈在阿拉巴马大学电子与计算机工程系(Electrical and Computer Engineering Department at the University of Alabama)担任教授(Associate Professor)的工作内容吗?

我的工作第一个最主要的内容,是教育与训练未来的工程师;基本上,我尝试传授大学部与研究所学生所有未来发展职业生涯必备的知识与技能(例如我以前有一个学生后来成为专利律师)。我的教学方式有讲课、如何解决问题的小组讨论,以及从横跨一个学期到需要几年的个别研究项目与工程设计项目指导;还有担任研究生的指导教授。

我会藉由让学生了解技术/概念的基础原理与限制,传授批判性思考的重要性,如此他们会知道该在何时、用什么方式来运用知识解决问题,而不是只依赖适用范围狭窄的教科书。而这不总是只有单向的,我在与学生的互动中也会学到东西;举例来说,我能因此更了解他们的思考方式,以及他们是如何着手解决问题,这让我可以调整教学方法来因应每个人的情况。

我工作内容的第二个部份,是投入对未来半导体材料、组件与系统的研发,思索如何让它们的性能变得更好,能用来解决问题与需求。例如让晶体管能更强韧以抵抗太空幅射、催生更高效率的太阳能电池,或是开发能在高温或恶劣环境运作的化学传感器;这些大多是实验性的研究,首先涉及以原始化学先质开发合成半导体材料,还有利用或开发先进的仪器,以取得对各种半导体物理特性的精确理解。

我们也会分析半导体组件如晶体管、光探测器、发光组件,藉由量测其特性取得额外的知识,以帮助工程师设计更好的组件,或是探索如何改善半导体材料的使用。当我在1993年开始进行研究时是锁定氮化镓(gallium nitride)系列半导体,而现在该种材料已经广为人知可使用于蓝光LED实现固态照明,在不久的未来也将广泛应用于电力电子组件。

虽然我一直持续研究类似的材料,但我的研究团队已经将触角伸向新兴的2D过渡金属硫化物(transition metal dichalcogenide)材料;这类材料只有几个原子的厚度,类似石墨烯(graphene),但能展现半导体特性。我率领研究生还有阿拉巴马大学的几个伙伴一起进行研究,其他合作对象还包括同校其他学院、其他大学、美国国家实验室甚至来自国际的伙伴;我们的研究成果也会透过论文或是技术研讨会上的简报等方式发表。

尽管教学与研究工作占据我大部分的时间,我也会抽空担任义工;例如我现在是IEEE阿拉巴马分会的秘书,也是阿拉巴马大学的学生会顾问。我担任学术期刊投稿论文、各种补助研究项目提案的评审,参与大学的各种委员会或是教师会,因此时常有机会指导大学在校生,还有高中生。

你能描述你的日常工作情况吗?

典型的一个工作天是早上8点钟开始,除了固定的讲课时间、办公时间以及委员会开会时间,其余行程其实很弹性;我会以回复隔夜的讯息(有时是来自国际的)展开一天的工作,在课堂工作──包括备课、出学生作业、打分数──之余,基本上就是投入科学研究。能弹性安排日程表很适合这类型的活动,包括跟我的学生开会以审查与分析资料、规划实验、提供指导,还有通常是与他们一起在实验室工作。

我也有机会──而且也很喜欢──自己做实验,虽然随着时间流逝,这种机会变得越来越稀罕。在离开校园回家之后我也还会继续工作;在晚上(通常也会到深夜了),我会继续进行研究工作,像是可以远程进行的资料分析、撰写要发表的论文、阅读科学期刊、写经费申请提案等等。还有我也会回复白天收到的讯息。

你的研究兴趣是?

我的研究兴趣是由对于探索、理解并改进半导体新材料、组件或系统,以解决工程问题或需要的渴望所驱动。较长期的研究焦点是2D过渡金属硫化物,这是一种厚度不超过1奈米的超薄半导体材料,拥有独特的电气与光学特性,具备在光探测与化学感测方面实现创新组件与应用的潜力;这个研究领域才刚起步,而且要制作这类材料、了解其特性甚至实际生产组件仍相当困难,但我们每一天都对这个领域的整体知识带来贡献。

较短期的研究兴趣是开发能解决更实时需求的工程系统;举例来说,我的研究项目之一是专注于开发能用以消灭水中微生物与细菌的紫外线系统,如此就能解决社会大众对于安全饮用水的越来越多需求。该研究的具体目标是打造更省电的系统。

你目前正在进行的工作是?

比较基础性的研究工作是专注在开发2D过渡金属硫化物半导体材料的一致性、可重复合成方法,以及了解其物理特性,实现利用该种材料的电气与光电组件。我们利用市面上可取得的原始化学前驱物(precursor),并进行化学气相沉积制程的优化,以制作结晶单层(crystalline monolayer),也就是厚度不到1奈米或是只有几个原子厚(因此称为2D)的晶体薄膜。

我们正在尝试制作面积尽可能更大的薄膜,如此它们才能找到实验室以外的用途,被用来制作半导体组件;这对科学研究社群来说仍是一大挑战,而如预期我们也在开发利用该超薄材料的组件制程技术。

在进行这些焦点基础研究的同时,我还有两个期望能在短期内带来影响力的不同系统工程项目;一个是前面提到的紫外线系统,我是与土木暨环境工程系(Department of Civil and Environmental Engineering)的同事还有业界伙伴一起合作,希望能消灭水中的有害病原体。这将有助于解决大众对于饮用水可能含有细菌或病毒的疑虑。

我的另一个工程项目是与大学学生一起开发能整合至立方卫星(CubeSats)的雷射通讯系统,立方卫星是由多个长宽高各约10公分、重量低于1公斤的立方体所组成,除了尺寸与重量规格,也需要符合应用于太空的其他需求。

你能谈谈参与专业社群的情况吗?

我是IEEE、国际光学工程学会(SPIE)、美国物理学会(APS)、美国真空学会(American Vacuum Society,AVS)等组织的成员,这让我能在一些会议上与专业领域中的同业们交流。在IEEE,我志愿担任阿拉巴马分会的秘书;这个角色需要准备并发送公告给阿拉巴中心区域的IEEE成员,还有维护/制作分会的活动与会议纪录。参与IEEE让我能遇见在不同工作岗位上、年龄横跨数个世代、来自全美众多电子工程师,与他们建立人脉。

你的近期生涯规划方向是?

我可能还是会继续待在学界,教书并与学生一起投入研究以解决工程问题;我预期我的研究兴趣会慢慢转向更多工程系统,在基础研究会稍微少一点点。但我从实验性研究学到的经验是,结果几乎都不会如人们所期望。

你会如何鼓励年轻人投入工程领域?

对事物的运作原理保持好奇心,对持续学习保持渴望。许多我们现在日常习惯使用且需要的东西,例如手机、计算机、因特网与电视机等等,都是工程师开发出来的产品,如果他们能做得到,你也可以。还有别害怕询问任何一位工程师他们正在做的事情以及原因,找一个好导师。

(原文发表于ASPENCORE旗下EDN姐妹社区EEWeb,参考链接:Interview with Dr. Patrick Kung;Judith Cheng编译) 

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