东方测控

行业企业市场标准科技新品会议展会政策原创

我国半导体开拓者王守武:硅芯铸就辉煌

行业上下游中国仪表网2014年05月26日 09:25人气:5788


1979年,王守武与研究人员在超净线工作
  
  王守武,1919年出生,江苏省苏州市人,半导体器件物理学家、微电子学家,中国半导体科学技术的开拓者与奠基人之一。1980年当选中国科学院学部委员(院士)。我国第一个半导体研究室、半导体器件工厂、半导体研究所和全国半导体测试中心的创建者。我国第一台单晶炉的设计者、第一根锗单晶和第一根硅单晶拉制、第一批锗晶体管研制的组织领导者。主持研制成功我国第一台砷化镓半导体激光器;主持研制成功4千位、16千位的MOSRAM大规模集成电路。在研究与开发中国半导体材料、半导体器件及大规模集成电路方面作出了重要贡献。
  
  作为我国半导体科学技术事业的重要开拓者和奠基人之一,王守武对我国的半导体事业,特别是半导体器件物理和产品的研发和生产方面作出了重大的贡献。几十年的科研生涯中,王守武始终把国家的需要放在第一位,“国家需要什么我就做什么”。正是经过王守武这样几代科学家的努力,中国半导体科学技术走出了一条自主创新的道路。
  
  十余个寒暑中,王守武和研究人员一起克服了数不清的困难。1990年,半导体所迎来了建所30周年,人们终于在参加所庆活动的王守武脸上看到了笑容。
  
  科技世家的“笨小孩”
  

  1919年,王守武出生于苏州名门望族——东山莫釐王氏,王家也是中国近代罕见的科技世家。祖父王颂蔚是晚清著名历史学家、文学家,他崇尚实学,希望士人“学习测量、化学、光学……”曾力荐科举试卷不重程式的蔡元培为进士。祖母谢长达是著名的苏州女权运动先驱,曾组织成立放足会,宣传妇女解放、女子独立,与人筹资创办振华女校。
  
  王守武的父辈个个学有所长,几乎都是中国近代科学初期的开创性人物。伯父王季烈是清末民初物理教育家,翻译编写了多部理科教材,是用“物理”来翻译西文physics一词的最早倡导者;叔叔王季点毕业于东京工业学院应用化学科,热心于“实业救国”,曾创办火柴公司及北京玉泉酿酒公司等企业,自任董事长,参与技术指导;叔叔王季绪是我国最早的机械工程专家之一,先后执教于北京大学、北平工业学院等,曾任北洋大学工学院代理院长;王守武的姑姑们也都接受过现代教育,她们或留学日本、美国,或考入清华大学等名校就读。姑妈王季茝1918年在美国芝加哥大学获得博士学位,是第一位华人女博士。
  
  在家庭教育上,王守武受父亲王季同的影响很大。父亲王季同在机械工程和数学方面造诣很高,曾赴英国任清政府驻欧洲留学生监督署随员,到英吉利电器公司和德国西门子电机厂研究实习,是迄今所知中国学者最早在国际学术刊物上发表现代数学论文的人,曾参与中央研究院筹备工作,后任工程研究所专任研究员至退休。
  
  王守武至今还记得父亲当年曾讲述如何求圆周率π、自然对数及对数的底等问题。王季同曾经从旧货摊上买来一台旧的手摇计算机,他给孩子们演示怎样用它来进行计算,诸如怎样把自然对数的底e算出来。王家子女大都天资聪颖早慧,当王季同出智力测验题目,哥哥姐姐们常会争先回答,而王守武从小体弱多病,不爱活动,也不爱说话,那时在哥哥姐姐眼中,他是个木讷的弟弟。实际上,数学的种子已深埋在这个“笨小孩”的心中,上中学时,王守武就完成了关于圆周率π的一篇数学论文。
  
  王家备有各种机械加工工具和材料,孩子们在一起配钥匙、修理家庭用具、绕制变压器、连接简易电路、制作电磁铁等等。在这样的家族氛围中,王家子女后来也都大有成就。王守武的兄弟姐妹共12人,早逝5人,长成7人。除王守武和王守觉这两位中科院院士外,他们中有我国妇产科学奠基人之一、与林巧稚齐名、有“南王北林”之誉的留美医学博士王淑贞;有1928年获哥伦比亚大学哲学博士学位、中国第一位研究量子力学并卓有成就的学者王守竞;有我国著名的也是最早的女物理学家之一、清华大学第一位女教授王明贞……
  
  艰辛求学的海归“难民”
  
  王守武4岁时,王家从苏州迁往上海。王守武六年级时,在上海私立民智中小学读书。校刊《民智》报会选登优秀的学生习作短文。1930年《民智》第11期“男生专号”上刊登了王守武的短文《我们现在和将来的责任》。此时王守武年仅11岁,年纪虽尚幼小,但理想和抱负已十分明确。
  
  1935年,王守武考入同济大学预科,次年进入工学院电工机械系学习。在同济大学,王守武各门功课的学习都十分顺利,成绩优异。1937年,日本帝国主义全面发动侵华战争,战火很快烧到上海,8月,日机接连轰炸吴淞地区,同济大学的建筑均遭破坏。学校被迫从吴淞迁到上海公共租界,不久上海战事日益激烈,此后学校几度搬迁。由于故乡苏州沦陷,王守武一度与逃难中的父母失去联系。因为不知道何时才能和家里联系上,他只能把手里的钱省着用,吃饭通常是在街边人力车夫和底层老百姓吃饭的小摊上。1941年春,同济大学已第六次迁校至四川宜宾的李庄镇。在颠沛流离的迁校过程中,王守武结束了大学学习。
  
  大学毕业后,王守武开始在昆明的资源委员会中央机器厂任工务员,后与朋友创办中国工合翻砂实验厂并任工务部主任,还曾在同济大学任教。1944年,王守武考取自费留学,次年10月,赴美国普渡大学攻读工程力学。1946年获得硕士学位后,王守武转向物理学,用量子力学研究材料性质,1949年2月获得博士学位,并应普渡大学工程力学系主任之聘任土木系助教。
  
  获博士学位前,1948年5月,王守武与同窗三载的葛修怀女士结为伉俪。婚后,中国留学生便常来王家相聚,当时在普渡留学的邓稼先便是王守武家的常客之一。总部设在芝加哥的中国留美科学工作者协会在普渡设立了分会,邓稼先是普渡分会的干事之一,王守武也因此参加了留美科协的活动。
  
  新中国成立后,王守武夫妇决心回国参加建设。当时,印度驻美国外交机构受新中国政府的委托代办中美间的民间事宜。1950年,王守武一家通过印度大使馆办理了难民证,乘船经香港回国。
  
  半导体“国家队”的领头雁
  
  王守武回国前并未联系国内的工作单位,“1950年回国的时候,我没有什么打算,只是觉得国内刚解放,想为国家搞点建设,作点贡献。我原来是学工程力学的,又改学物理,我觉得回来搞建设,干什么都可以,什么都能干,所以我没有跟国家联系,直接回来了。”王守武回忆说,“当时只想为祖国作点贡献,哪里需要就到哪里去。中科院让我去,我就去了。”
  
  回国初期,王守武在中科院应用物理研究所工作,他先后完成了西藏地区生活用太阳灶设计,志愿军夜间行车防空袭车灯设计,还和同事一起安装调试了中国第一台电子显微镜,后组建了应用物理所电学组。
  
  王守武开始接触半导体是缘于一个偶然的机会。应用物理所的一个仪表坏了,给他修理,拆开后发现,里面的氧化亚铜整流器坏了。经过查阅文献,王守武搞清楚了氧化亚铜整流器的工作原理、氧化亚铜的实验室制备方法,随后他不仅修好了仪器,还开始尝试自己动手制作这种整流器。
  
  上世纪50年代初,王守武领导应用物理所电学组开展半导体研究。他们从制作研究仪器设备开始,包括动力设备、材料制作设备和分析检测仪器。他们绕制了一个烧氧化铜的电炉,设计制作了电子管温控器,对多种半导体材料和器件的一些基本性质进行了初步测量。同时王守武也在注视着国际上半导体科学的新发展。他很快意识到半导体研究的重要性,尤其晶体管发明带来的信息技术变化。电学组在1956年的工作计划中指出:“半导体放大器的进一步发展将全面地革新电子学设备的面貌,在国民经济上的意义极为重大。”
  
  1956年,在周总理主持下,我国制定《1956~1967年国家十二年科学技术发展远景规划》,王守武是远景规划中半导体科学技术发展规划制定小组副组长,组长是应用物理所所长施汝为,另一位副组长是北京大学教授黄昆。“十二年远景规划”把发展我国的半导体科学技术列为四项紧急措施之一。得益于我国物理学家对半导体科学技术的重要性的远见卓识和国家科学规划的政策保障,我国的半导体事业快速建立,与当时世界先进水平的差距不大。
  
  当时北京大学接受了联合五校(北京大学、复旦大学、东北人民大学、厦门大学和南京大学)师生,共同培养半导体专业人才的任务。中科院应用物理所电学组扩建为半导体研究室,成为我国最早的半导体研究机构。王守武任研究室主任,还兼任其半导体材料和物理大组组长。应用物理研究所的任务是组织全国有关科研院所及大专院校的科技人员(以中科院应用物理所和二机部十三研究所为主体),集中到北京东皇城根应用物理研究所,进行半导体设备、半导体材料、半导体器件和半导体测试的科研攻关。王守武和十三研究所的武尔桢是攻关总负责人,他从半导体物理、器件理论上全面指导并亲自参加、指导具体实验工作,如锗单晶炉及单晶研制、物理测试,器件物理分析等。
  
  1956年11月,中国第一支锗合金结晶体三极管在半导体研究室诞生,经过测试,它具有了完整的PN结特性以及PNP结型晶体三极管的标准放大特性。在研制过程中,王守武每天都去实验室,亲自进行实验结果分析。在制备做晶体管的小铟球(直径只有几十至几百微米)时,面对研究人员最初制出的铟“面条”,王守武给了很好的建议。几天后,小铟球成功诞生。我国第一支晶体管研制成功产生了很大反响,时任中国科学院院长郭沫若视察这一成果时,连连称赞这是了不起的成就。
  
  1956年到1960年,半导体研究室在半导体器件的研制方面取得一系列成果:研制成功我国第一根锗单晶、研制成功合金结锗晶体管和金键二极管、拉制成功掺杂的锗单晶并完成我国锗单晶的实用化、拉制成功我国第一根硅单晶并实现我国硅单晶的实用化、成功研制我国第一支锗合金扩散高频晶体管、参与研制成功我国第一台大型晶体管计算机。原中国科学院党组书记、副院长张劲夫在几十年后回忆由他负责组织的中国科学院参与“两弹一星”的工作和贡献,其中他谈到了半导体所的贡献:“从美国回来搞半导体材料的林兰英和科学家王守武、工程师王守觉两兄弟,是他们做的工作。第二代计算机,每秒数十万次,为氢弹的研制作了贡献。”
  
  1960年,中国科学院半导体研究所正式成立,王守武任业务副所长。是年,世界第一台激光器诞生,两年后,美国和前苏联相继研制成功半导体激光器。得知这一消息后,王守武看准这是一个重大的研究方向,开始组织半导体所进行探索。自1963年起,他先后领导并参与了中国第一台半导体激光器的研制、实现半导体激光器的连续激射、半导体负阻激光器以及激光应用的研究工作,为我国在这个技术领域的技术进步奠定了基础。
  
  1966年“文化大革命”开始后,半导体研究所几乎所有的科研工作都停了下来。王守武离开了领导和科研岗位。1969年恢复科研工作后,王守武曾在实验室修理仪器。为了解决激光器研究室缺少分析激光特性手段的问题,王守武主动提出设计和研制激光发散角分布测试仪,获得成功。
  
  1974年7月,中国科学院颁布《关于制定我院十年规划工作的安排意见(草案)》。在这一背景下,王守武组织领导开展了畴雪崩现象研究,这一理论研究成果引起了国际学术界的关注。1974年,通过美中学术交流委员会和中国科学技术协会的协商,中美决定派固体物理学代表团进行互访。1975年3月到4月,由王守武为团长,卢嘉锡为副团长的中国固体物理考察团访问美国,考察期间,王守武在美国物理学会年会大会上报告了耿氏器件畴雪崩现象的研究成果,引起与会学者的关注。1975年9月,美国固体物理代表团回访中国,访问半导体所时,畴雪崩现象研究是他们的重点参观项目之一。
  
  猛攻集成电路成品率
  
  集成电路是一种电子器件,通常所说的“芯片”就是指集成电路,它是将一个电路所需的晶体管、二极管、电阻、电容等做在一个面积很小的半导体硅片上。1964年,半导体所研制成功中国最早的集成电路,但到上世纪70年代,我国集成电路的研制和生产与国际先进水平有了很大差距。
  
  1977年7月,邓小平邀请30位科技界代表在人民大会堂召开科教工作者座谈会,王守武发言说:“全国共有600多家半导体生产工厂,其一年生产的集成电路总量,只等于日本一家2000人的工厂月产量的十分之一。这种分散而低效率的生产方式应该尽快改变。”他建议:“一是抓住要害,解决提高大规模集成电路成品率的问题。二是集中力量,把几百家工厂的人力物力集中使用到两三家重点厂上去,使重点厂的设备条件能够赶上国际水平。”
  
  是年10月,在全国自然科学学科规划会议上,邓小平对半导体研究所的与会代表说:“你们一定要把大规模集成电路搞上去,一年行吗?”
  
  国际上的大规模集成电路在1969年开始批量生产,1977年集成度每片16千位的大规模集成电路已投入工业生产,每片64千位的超大规模集成电路已做出样品。当时我国却只有少数单位仿照国外产品做出了每片近千位的大规模集成电路样品,但成品率极低,不能投入生产。同时,国外各种不同结构的新电路不断出现,而我国独创性的新电路、新结构的研究工作尚属空白。
  
  中科院提出,要在一年内拿下每片4千位的三个大规模集成电路典型品种和独立设计的新型电路,做出样品并进入批量生产。此后,经过大约一年的研究,虽然半导体所超净线的工作人员夜以继日地奋战,但4千位大规模集成电路成品率仍然很低。
  
  1978年10月,王守武被请到中国科学院主要领导同志的办公室,要他全面负责这一任务。
  
  王守武上任后坚持“做有用的东西”,他认为搞一种新产品,只出样品、礼品、展品,没有一定的成品率,不能真正解决国家的急需,只有在国产设备的基础上提高成品率,才有推广生产的现实意义。他重新组织人员,调来了包括吴德馨在内的一批技术骨干,着手分析成品率低的原因。提高成品率,首先要提高硅材料制备工艺水平;其次,要保证生产设备质量稳定;同时还要提高基础材料和试剂的纯度指标。
  
  王守武从稳定工艺入手,将整个工艺流程分为四十多道工序,提出每道工序的完好率不低于95%,一道工序合格了,才可以进行下一道工序。他先花了几个月时间组织研究人员逐一改进、稳定设备;然后对使用的原材料和试剂进行分析提纯,以达到可使用的指标;最后,建立了一套操作规程和管理制度,并要求严格执行。
  
  经过王守武和研究人员的努力,到1979年9月,他们做出的三种版图的大规模集成电路样品的成品率都提高到了20%以上,达到了预定目标。该项研究为解决我国大规模集成电路管芯成品率问题提供了宝贵的经验,于1980年获得中国科学院科技成果奖一等奖。半导体所后来将这项技术成果转让到上海无线电元件五厂,用于生产。
  
  成功研制4千位大规模集成电路后,1981年王守武负责研制成功16千位N沟MOS动态随机存储器,次年获得了中国科学院科研成果奖一等奖。
  
  1980年春,王守武兼任中科院109厂厂长,开展提高成品率、降低成本的集成电路大生产试验。1986年,王守武领导109厂完成的“集成电路大生产试验”获得国家计委科技攻关成绩显著表彰,及中国科学院“六五”科技攻关重大成果奖。1986年1月,在王守武的倡议下,上级将半导体所从事大规模集成电路研究的全套人马,合并到109厂,组建了中国科学院微电子中心,王守武任微电子中心终身名誉主任。
  
  从提高大规模集成电路成品率,到完成“集成电路大生产试验”,从大规模集成电路实验室制备工艺探索,到工业生产中试线的安装、调试和生产,在这十余个寒暑中,王守武和研究人员一起克服了数不清的困难。这项历时十年的研究工作全面完成之时,1990年,半导体所迎来了建所30周年,人们终于在参加所庆活动的王守武脸上看到了笑容。
  
  王守武是一位具有战略眼光的科学家。多年来,他对我国半导体科学技术发展方向、政策和策略的确定有过很多卓见。1987年,他因“世界新技术革命和我国的对策”获国家科学技术进步奖二等奖;上世纪80年代,他阐述了发展我国集成电路工业上如何处理好科研与生产的关系,做好把科研成果转变为生产产品的中间环节;上世纪90年代,他提出,在制订我国微电子行业规划时,要狠抓微电子所用的基础材料和专用设备两个方面的基础,重视科技队伍的培养;2000年,他建议,发展半导体工业要开拓市场,可以考虑用通信电路作为我国发展半导体工业的突破口,集中力量,发展我国独特的系列产品,力争在国际上占有一席之地;2006年,王守武呼吁,科研成果转化要打破科研院所与产业部门之间的“条条块块”。
  
  我们现在和将来的责任
  

  ■王守武
  
  喂,诸位朋友,你可知道我们中国多么危险呀。正像一根没有再细的头发吊着,飘摇在那漫无边际的天空,还要被那风吹雨打。你想危险不危险呢。
  
  要使我们的中国转危为安,转弱为强,除了几个先知先觉的父老以外,便是我们学生应负责任。
  
  换一句话说,隔了几年或是十几年,我们学生便应该负这重大的责任,便应该尽这重大的责任。那么隔了几年,我们就有负担的可能吗?我们就有能力去尽责任吗?那不容说一定是不能不能……
  
  所以现今的我们,应当努力读书,切实地去求学问,去求那真实的学问,去求那高深的学问。实学得到了,才能救我们的中国,救危险的中国。
  
  诸位朋友,你们要救中国。你们要做中国的人。一定要大家尽责,大家负责。愿大家努力读书,努力前进。还愿将来努力救国,努力富国,努力强国。
  
  (此文系作者小学六年级时所作,原载《民智》,1930年第11期号)
(本文来源:中国科学报转载请注明出处
仪表网官方微信
@仪表网
已推荐
0

全年征稿 / 资讯合作

联系邮箱:ybzhan@QQ.com
  • 凡本网注明"来源:中国仪表网"的所有作品,版权均属于中国仪表网,转载请必须注明中国仪表网,http://www.ybzhan.cn/。违反者本网将追究相关法律责任。
  • 本网转载并注明自其它来源的作品,目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性,不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。其他媒体、网站或个人从本网转载时,必须保留本网注明的作品来源,并自负版权等法律责任。
  • 如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起一周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。
成丰仪表——中国第三代流量计领军品牌


返回首页