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激光人物

王守武院士:我国半导体研究的“拓荒者”

rongpuiwing 来源:中国科学报、中科院之声2019-03-15 我要评论(0 )   

今天是王守武诞辰100周年纪念日,特推送此文,以纪念王院士及其卓越的贡献。王守武半导体器件物理学家、微电子学家,中科院院士

今天是王守武诞辰100周年纪念日,特推送此文,以纪念王院士及其卓越的贡献。



王守武

半导体器件物理学家、微电子学家,中科院院士

王守武他组织筹建了中国第一个半导体研究室和全国半导体测试中心,也是中国科学院半导体研究所的创建者。在研究与开拓中国半导体材料、半导体器件、光电子器件及大规模集成电路等方面做出了重要贡献,他领导研制了中国的第一台单晶炉、第一根锗单晶、第一只锗晶体管、第一只激光器,组建了第一条完全自主的中、大规模集成电路生产线。今天是王守武诞辰100周年纪念日,特撰写此文,以纪念王先生及其卓越的贡献。


1、出身书香门第的“海归”


王守武出生于书香门第之家,其父王季同先生是当时有名的电气工程师。


1944年,王守武通过了国民政府的自费留美考试,并被麻省理工学院录取,但是结核病使他错过了赴美时间,未能入学。1945年夏天,在二哥王守融的陪同下,他辗转缅甸,东渡大洋,进入普渡大学攻读工程力学,并因兴趣转到物理系攻读博士学位,专注于固体内部微观粒子运动规律的研究。


新中国成立后,他积极响应“留美中国科学工作者协会”的号召,克服美国政府和国民党特务的重重阻碍刁难,携妻儿回到祖国。


2、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。


1956年迎来了一个重要的转折点,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。”


3、建设全国半导体测试中心


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。

全国半导体测试中心


4、研制4千位的大规模集成电路


粉碎“四人帮”后,全国自然科学学科规划会议在北京召开,指示半导体工作者“一定要把大规模集成电路搞上去”。


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。


王守武先从研制难度不大的256位中规模集成电路入手,以检验工艺流程的稳定性和可靠性,随后才投片研制4千位动态随机存储器。1979年9月28日,该大规模集成电路研制成功,批量成品率达20%以上,最高的达40%。这一重要突破结束了我国不能制造大规模集成电路的历史,并获得中科院1980年科技成果一等奖。1979年底,他也因此荣获全国劳动模范;1980年,被评选为中国科学院院士。


 1979年在超净线工作


5、开展集成电路大生产试验


1980年,王守武开始兼任中国科学院109工厂厂长职务,开展4千位大规模集成电路的推广工作,从事提高成品率、降低成本的集成电路大生产试验。他在109工厂,建设了大通间、高净化级别、适合大规模集成电路生产的现代化厂房。同时组织有关人员,重新改造了通风、排气系统,完善了其他一些工艺设施,从而迅速将老厂房改造高净化标准厂房。


王守武率领科研人员对每台设备的每个部件进行检查,还研制了清洗机之类的工艺设备,使得工艺设备可靠工作。他首次选用聚丙烯做高纯水的输送管材以保障成品率;建起了用高压充气和抽高真空两种检查气体管道密封性能的方法以解决气体表头密封问题。同时,他组织设计制定了对硅片等原材料的质量检查标准和控制措施。对于工艺技术方案,他不仅引导大家大胆采用等离子化学气相淀积(CVD)这一最新工艺,还积极采用半导体研究所发明的一种成本低、光刻线边界整齐、针孔小、适合大生产的无显影光刻技术。在王守武精心操持下,109厂以一个电视机用的集成电路品种进行流片试生产,一次就取得了芯片成品率达50%以上的可喜成果,比国内其它研制单位的成品率高出三四倍。大生产试验线及成果,在1985年获得中国科学院科技进步二等奖,后被授予国家级科技进步奖。


1986年1月,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工厂,组建中科院“微电子中心”(后来更名为微电子研究所),王守武被任命为该中心的终身名誉主任。之后他再次亲自领导组织建设新的生产线,并通过验收于1990年荣获中科院科技进步二等奖。


在109工厂任职期间,王守武并未停止自己的科学研究工作。他与有关同事一起,研究了PNPN负阻激光器的性能、单腔双接触激光器的稳定性问题,以及对激光器内部光波模式和载流子分布的计算机模拟分析等,也做出了非常优秀的成果。


6、追忆王守武院士的伟大贡献


王守武是一位具有战略眼光的科学家。他渊博的学识、超人的动手能力、谦逊的性格得到了国内外广大学者的尊重。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”。


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中国科学院半导体王守武
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