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軌道交通新聞

王守武:推動我國首個砷化鎵激光器研制成功50年

星之球激光 來源:文匯報2014-08-08 我要評論(0 )   

熟悉我國微電子科技領(lǐng)域情況的人們可能都知道,在該領(lǐng)域有三足鼎立一說,說的是黃昆、謝希德、王守武三位在解放初期從國外歸來的博士、中科院學(xué)部委員。 黃昆、謝希德兩...

   熟悉我國微電子科技領(lǐng)域情況的人們可能都知道,在該領(lǐng)域有三足鼎立一說,說的是黃昆、謝希德、王守武三位在解放初期從國外歸來的博士、中科院學(xué)部委員。

  黃昆、謝希德兩位分別在晶格動力學(xué)散射理論和表面態(tài)物理方面卓有創(chuàng)建,而王守武則主攻半導(dǎo)體器件物理,偏重于應(yīng)用。如今,這三位杰出科學(xué)家中的前兩位已經(jīng)作古,唯一健在的只有王守武先生。相對于黃、謝兩位,王守武的知名度稍遜些,這可能與他一直在科研和產(chǎn)業(yè)化一線從事實際工作有關(guān)。

  今年是王老推動我國首個砷化鎵激光器研制成功的第50個年頭,也是他作為首批海歸博士回國工作的第63個年頭。上世紀80年代中期,王老在上海推動集成電路產(chǎn)業(yè)化工作期間,筆者有幸參與接待,因而有機會結(jié)識這位享譽業(yè)內(nèi)的科學(xué)家。以后,我還有幾次機會見到他,最近一次是去年在美國他女兒家。當時,他思維清晰、記憶力強、聲音宏亮,就是耳朵有些重聽。盡管已是94歲高齡,但王老一直牽掛著祖國超大規(guī)模集成電路工業(yè)生產(chǎn)情況。

  從那時起,筆者就很想把自己所了解的有關(guān)王守武院士的事跡寫出來,讓更多人知道,在中國半導(dǎo)體科技和集成電路產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域,有這樣一位開拓者。

  出身望族的“海歸”

  王守武1919年出生于蘇州的名門望族。父親王季同(1876--1948)是留英學(xué)者,1927年隨蔡元培先生籌備中央研究院,在數(shù)學(xué)和機電方面有很深的造詣。王守武4歲隨父來上海,少年時期基本在蘇州、上海兩地生活讀書。

  高中畢業(yè)前夕,因瘧疾重犯,耽誤了學(xué)校的年末考試和蘇州全區(qū)的畢業(yè)會考,只拿到肄業(yè)證書的他無法入讀清華、燕京等名校,只得聽從曾留學(xué)德國的大哥的建議,進上海同濟大學(xué)德文補習(xí)班學(xué)習(xí)。一年后,他重回蘇州中學(xué)參加會考,拿到了高中文憑,才正式成為同濟大學(xué)機電系的學(xué)生。

  1941年畢業(yè)后,王守武曾到工廠短暫工作幾年,之后轉(zhuǎn)到同濟大學(xué)任教。1945年抗戰(zhàn)勝利,憧憬“科學(xué)救國”的王守武于當年10月入美國印第安納州普渡大學(xué)研究生院攻讀工程力學(xué),翌年6月,獲碩士學(xué)位。因各門功課成績優(yōu)異,校方資助他攻讀博士學(xué)位。此時,正在興起的量子力學(xué)引起王守武的興趣,他便從工程力學(xué)轉(zhuǎn)向微觀粒子運動規(guī)律的研究,并于兩年后獲得博士學(xué)位后留校從教。

  1949年新中國成立,特別是1950年朝鮮戰(zhàn)爭爆發(fā)后,身在美國的王守武歸國心切。他以看望年邁多病的寡母為由,抓住時機,攜同在美國留學(xué)的夫人葛修懷女士(上海籍),懷抱不滿周歲的女兒,于1950年回到祖國。由此,王守武開始了為國效力的生涯。

  從零開始的突擊

  1956年在周恩來總理親自領(lǐng)導(dǎo)下,我國制訂了十二年科技發(fā)展遠景規(guī)劃,半導(dǎo)體技術(shù)被列為當時四大科研重點之一。中央有關(guān)部門決定,由黃昆、謝希德和王守武等知名學(xué)者在人才培養(yǎng)和開拓性研究方面進行突擊。

  王守武在美國學(xué)的主要還是偏物理本身的內(nèi)容,但他深知半導(dǎo)體工作的重要性,毅然中斷其他科研項目,全身心投入半導(dǎo)體研究,在中科院應(yīng)用物理所組建了國內(nèi)第一個半導(dǎo)體研究室,首先抓的是晶體管中最基本的材料——鍺的制取。

  他一面抓鍺材料的提純,一面親自領(lǐng)導(dǎo)設(shè)計制造了我國第一臺拉制半導(dǎo)體鍺材料的單晶爐,并于1957年底拉制成功了我國第一根鍺單晶。同年11月底到次年初,王守武與同事合作,研制成功了我國第一批鍺合金結(jié)晶體管,并掌握了鍺單晶中的摻雜技術(shù),能控制鍺單晶的導(dǎo)電類型、電阻率及少數(shù)載流子壽命等電學(xué)指標,達到了器件生產(chǎn)的要求。

  1957年,林蘭英博士回國,王守武親自去她住的賓館,成功將她動員到半導(dǎo)體工作組,就任材料研究組組長,具體實施硅單晶的拉制。在王守武、林蘭英和課題組的共同努力下,我國第一根硅單晶于1958年7月問世。

  為了促進我國第二代(晶體管型)電子計算機的研究,在王守武等的組織領(lǐng)導(dǎo)下,1958年,我國最早的一家生產(chǎn)晶體管的工廠中國科學(xué)院109廠創(chuàng)立,從事鍺高頻晶體管的批量生產(chǎn)。在人員和設(shè)備都較欠缺的情況下,全廠人員奮戰(zhàn)到1959年底,為研制109乙型計算機提供了12個品種、14.5萬多只鍺晶體管,完成了該機所需的器件生產(chǎn)。在我國科技發(fā)展史上,在兩年內(nèi),一項產(chǎn)品、尤其是尖端科研領(lǐng)域的產(chǎn)品能實現(xiàn)從零開始、完成從研制到生產(chǎn)的整個過程,實屬罕見。

  上世紀50年代末和60年代初,受國家科委和中科院的委托,王守武開始籌建中科院半導(dǎo)體所。1960年9月,該所成立,王守武被任命為首任副所長,全面負責(zé)科研業(yè)務(wù)管理和分支學(xué)科開拓的籌備。以后,在檢測設(shè)備、統(tǒng)一標準,特別在我國首個砷化鎵激光器研究方面,他做了大量工作,還建立了半導(dǎo)體測試中心。

  再次受命擔重任

  文革中,王守武遭受不公正待遇,備受誣蔑和誹謗,但他仍利用機會閱讀文獻,緊盯國際上迅猛發(fā)展的集成電路技術(shù)。

  文革后期,周總理要中科院重視基礎(chǔ)理論研究,王守武立即抓住這一時機,對耿氏器件中的雪崩馳豫振蕩作了深入探討,相關(guān)論文在1975年美國物理學(xué)會年會上宣讀,受到國外同行好評。

  1978年10月,中科院主要領(lǐng)導(dǎo)請王先生出馬,要他全面負責(zé)4千位MOS隨機存儲器的研究工作。這是一種大規(guī)模集成電路,要在不到4×4毫米見方的單元硅片上,經(jīng)過40多道工序,制作出由1.1萬多個晶體管、電阻、電容等元件構(gòu)成的電子電路。如果單項工藝的完好率達到95%,芯片的最終工藝完好率也只有13%。要制作出樣品,并有一定的成品率,談何容易。

  王守武從穩(wěn)定工藝入手,跟著片子的流程,對工藝線的每道工序進行認真細致的檢查,要求各工序的負責(zé)人,詳盡地定出各自的操作規(guī)程。定好后就嚴格執(zhí)行,未經(jīng)工藝負責(zé)人應(yīng)允,不許隨意更改。

  1980年,剛剛過完春節(jié),上級要王守武去中國科學(xué)院109工廠兼任廠長職務(wù),開展4K大規(guī)模集成電路的推廣工作,從事提高成品率、降低成本的集成電路生產(chǎn)試驗。

  當時,國際上微處理器迅速發(fā)展,電腦即將推向社會,進入家庭已成趨勢,大規(guī)模集成電路生產(chǎn)及配套設(shè)備、基礎(chǔ)材料研制工作,由此成為當務(wù)之急。1983年,年逾花甲的王守武再一次受命,出任國務(wù)院電子振興領(lǐng)導(dǎo)小組集成電路顧問組組長、國家科委半導(dǎo)體專業(yè)組組長,挑起了全國大規(guī)模集成電路會戰(zhàn)領(lǐng)軍者的重擔。

  院士當廠長

  回顧王守武的經(jīng)歷和貢獻,有一個單位和職務(wù)不得不提,那就是我國第一家半導(dǎo)體器件廠——中科院109廠(中科院微電子所的前身)。

  所有介紹王守武的文字中都會有這樣的表述:1958年,他親自創(chuàng)建中國科學(xué)院109廠,實現(xiàn)了鍺高頻晶體管的批量生產(chǎn)。1980年至1986年兼任中國科學(xué)院109廠廠長。

  院士為何答應(yīng)任廠長?對此,原中科院109廠黨委書記張鐘達和原109廠總工辦主任馬文杰曾撰文介紹:

  1980年代初中期,王守武回到他20多年前創(chuàng)辦的109廠上任的直接原因,是保證科研成果順利轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)計劃,保證已獲國家批準的109廠現(xiàn)代化引進線的建設(shè)更先進、更科學(xué)、更能起示范樣板的作用;而更深層次的考慮,是他對國際集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢、以及我國集成電路產(chǎn)業(yè)當時的現(xiàn)狀進行分析后認為,我國集成電路產(chǎn)業(yè)只有把手工作坊式的生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變成現(xiàn)代工業(yè)化的生產(chǎn)方式才有出路。要進行工業(yè)化的集成電路生產(chǎn),生產(chǎn)線就必須是條件穩(wěn)定、設(shè)備穩(wěn)定、操作穩(wěn)定、工藝穩(wěn)定、實施科學(xué)管理的受控生產(chǎn)線。也就是說,王先生是懷著對國家集成電路事業(yè)的高度責(zé)任感來進行一項全新的探索。#p#分頁標題#e#

  張鐘達和馬文杰舉了一個例子,工業(yè)化生產(chǎn)要求高純度,必須實行管道化運輸,為保證氣體質(zhì)量,王先生要求數(shù)十米長的氣體輸送管道要能抽真空,而且真空度要保持24小時不發(fā)生變化。可管路上使用的氣體表幾乎個個都有微漏氣,達不到這個要求。怎么辦?他就讓大家將零件一個個拆開,分析每個零件的作用,查找漏氣的原因,對癥下藥進行改造。最終,問題解決了。

  執(zhí)著的“八級鉗工”

  王守武知識淵博,工作嚴謹細致,什么事都要搞清所以然,認真到幾乎執(zhí)著的程度。

  對基礎(chǔ)輔助材料、超純水(純度達99.99999%以上)、MOS級化學(xué)試劑,他都一絲不茍地進行分析、測試;對設(shè)計版圖,他反復(fù)對比、修改、優(yōu)選。為提高集成電路成品率,他要求每一道工序成品率要在95%以上,關(guān)鍵工序完好率要達99%以上。

  他身教重于言教,樣樣事情都是從自己做起。所用設(shè)備、儀器、儀表,一臺臺、一件件認真檢修檢測,并加以必要改造和革新。光刻機有滲油、蒸發(fā)臺鋁的厚度和致密度性能不穩(wěn)、橢圓偏振測厚儀經(jīng)常有小毛病……都是他蹲在現(xiàn)場,甚至趴在地上查原因,換配件,一一解決。

  有一臺長期被棄之一旁的國產(chǎn)切片機,老線上還需要用,維修的技術(shù)人員修了好幾次就是修不好。王守武親自動手,分析機器的機械動作原理、各部分控制電路的功能作用、可能出現(xiàn)的問題等,和大家一起討論,鼓勵大家一定要把它修好。六十多歲的他,有幾次都是和大家一起,在地上一蹲就是幾個小時,終于找出了問題所在,修好了電路,重新加工更換了絲桿,使這臺老設(shè)備重又煥發(fā)青春。

  這樣的事例不勝枚舉。以至于王守武在行業(yè)內(nèi)享有“八級鉗工科學(xué)家”的雅號。

  用了一年時間,他把256位MOS隨機存儲器最高批量成品率提高到了當時國內(nèi)前所未有的水平,最高一批達40%。當時在亞洲地區(qū),這僅次于日本。

  難忘“上海緣”

  當時,上海是全國集成電路工業(yè)的主要基地,承擔全國80%集成電路的生產(chǎn)。因為組織領(lǐng)導(dǎo)大規(guī)模集成電路研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面的工作,王守武那段時間常來上海。筆者當時正在上海市大規(guī)模集成電路會戰(zhàn)組工作,所以接觸他機會較多,印象最深的是他日夜奮戰(zhàn),從不計較工作時間,總是毫無保留地盡自己所知、所能幫助年輕人。哪里最困難,問題最多,哪里就有他的身影。

  21世紀初,已80多歲的王老先生兩次來滬,關(guān)心了解上海超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)成品率、成本、質(zhì)量、配套能力,還深入到浦東張江“中芯國際”工廠的第一線問這問那,到“貝嶺”、“先進”、“新科”等集成電路企業(yè)了解情況。

  當年在上海和他一起參與過大規(guī)模集成電路產(chǎn)業(yè)會戰(zhàn)的科技人員,至今仍非常懷念在王先生領(lǐng)導(dǎo)下,為國家大規(guī)模集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展日夜拼搏的那段難忘歲月。

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