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熟悉我国微电子科技领域情况的人们可能都知道,在该领域有三足鼎立一说,说的是黄昆、谢希德、王守武三位在解放初期从国外归来的博士、中科院学部委员。
黄昆、谢希德两位分别在晶格动力学散射理论和表面态物理方面卓有创建,而王守武则主攻半导体器件物理,偏重于应用。如今,这三位杰出科学家中的前两位已经作古,唯一健在的只有王守武先生。相对于黄、谢两位,王守武的知名度稍逊些,这可能与他一直在科研和产业化一线从事实际工作有关。
今年是王老推动我国首个砷化镓激光器研制成功的第50个年头,也是他作为首批海归博士回国工作的第63个年头。上世纪80年代中期,王老在上海推动集成电路产业化工作期间,笔者有幸参与接待,因而有机会结识这位享誉业内的科学家。以后,我还有几次机会见到他,最近一次是去年在美国他女儿家。当时,他思维清晰、记忆力强、声音宏亮,就是耳朵有些重听。尽管已是94岁高龄,但王老一直牵挂着祖国超大规模集成电路工业生产情况。
从那时起,笔者就很想把自己所了解的有关王守武院士的事迹写出来,让更多人知道,在中国半导体科技和集成电路产业领域,有这样一位开拓者。
出身望族的“海归”
王守武1919年出生于苏州的名门望族。父亲王季同(1876~1948)是留英学者,1927年随蔡元培先生筹备中央研究院,在数学和机电方面有很深的造诣。王守武4岁随父来上海,少年时期基本在苏州、上海两地生活读书。
高中毕业前夕,因疟疾重犯,耽误了学校的年末考试和苏州全区的毕业会考,只拿到肄业证书的他无法入读清华、燕京等名校,只得听从曾留学德国的大哥的建议,进上海同济大学德文补习班学习。一年后,他重回苏州中学参加会考,拿到了高中文凭,才正式成为同济大学机电系的学生。
1941年毕业后,王守武曾到工厂短暂工作几年,之后转到同济大学任教。1945年抗战胜利,憧憬“科学救国”的王守武于当年10月入美国印第安纳州普渡大学研究生院攻读工程力学,翌年6月,获硕士学位。因各门功课成绩优异,校方资助他攻读博士学位。此时,正在兴起的量子力学引起王守武的兴趣,他便从工程力学转向微观粒子运动规律的研究,并于两年后获得博士学位后留校从教。
1949年新中国成立,特别是1950年朝鲜战争爆发后,身在美国的王守武归国心切。他以看望年迈多病的寡母为由,抓住时机,携同在美国留学的夫人葛修怀女士(上海籍),怀抱不满周岁的女儿,于1950年回到祖国。由此,王守武开始了为国效力的生涯。
从零开始的突击
1956年在周恩来总理亲自领导下,我国制订了十二年科技发展远景规划,半导体技术被列为当时四大科研重点之一。中央有关部门决定,由黄昆、谢希德和王守武等知名学者在人才培养和开拓性研究方面进行突击。
王守武在美国学的主要还是偏物理本身的内容,但他深知半导体工作的重要性,毅然中断其他科研项目,全身心投入半导体研究,在中科院应用物理所组建了国内第一个半导体研究室,首先抓的是晶体管中最基本的材料——锗的制取。
他一面抓锗材料的提纯,一面亲自领导设计制造了我国第一台拉制半导体锗材料的单晶炉,并于1957年底拉制成功了我国第一根锗单晶。同年11月底到次年初,王守武与同事合作,研制成功了我国第一批锗合金结晶体管,并掌握了锗单晶中的掺杂技术,能控制锗单晶的导电类型、电阻率及少数载流子寿命等电学指标,达到了器件生产的要求。
1957年,林兰英博士回国,王守武亲自去她住的宾馆,成功将她动员到半导体工作组,就任材料研究组组长,具体实施硅单晶的拉制。在王守武、林兰英和课题组的共同努力下,我国第一根硅单晶于1958年7月问世。
为了促进我国第二代(晶体管型)电子计算机的研究,在王守武等的组织领导下,1958年,我国最早的一家生产晶体管的工厂中国科学院109厂创立,从事锗高频晶体管的批量生产。在人员和设备都较欠缺的情况下,全厂人员奋战到1959年底,为研制109乙型计算机提供了12个品种、14.5万多只锗晶体管,完成了该机所需的器件生产。在我国科技发展史上,在两年内,一项产品、尤其是尖端科研领域的产品能实现从零开始、完成从研制到生产的整个过程,实属罕见。
上世纪50年代末和60年代初,受国家科委和中科院的委托,王守武开始筹建中科院半导体所。1960年9月,该所成立,王守武被任命为首任副所长,全面负责科研业务管理和分支学科开拓的筹备。以后,在检测设备、统一标准,特别在我国首个砷化镓激光器研究方面,他做了大量工作,还建立了半导体测试中心。
再次受命担重任
文革中,王守武遭受不公正待遇,备受诬蔑和诽谤,但他仍利用机会阅读文献,紧盯国际上迅猛发展的集成电路技术。
文革后期,周总理要中科院重视基础理论研究,王守武立即抓住这一时机,对耿氏器件中的雪崩驰豫振荡作了深入探讨,相关论文在1975年美国物理学会年会上宣读,受到国外同行好评。当年的《中国科学》杂志发表了这篇论文。
1978年10月,中科院主要领导请王先生出马,要他全面负责4千位MOS随机存储器的研究工作。这是一种大规模集成电路,要在不到4×4毫米见方的单元硅片上,经过40多道工序,制作出由1.1万多个晶体管、电阻、电容等元件构成的电子电路。如果单项工艺的完好率达到95%,芯片的最终工艺完好率也只有13%。要制作出样品,并有一定的成品率,谈何容易。
王守武从稳定工艺入手,跟着片子的流程,对工艺线的每道工序进行认真细致的检查,要求各工序的负责人,详尽地定出各自的操作规程。定好后就严格执行,未经工艺负责人应允,不许随意更改。
1980年,刚刚过完春节,上级要王守武去中国科学院109工厂兼任厂长职务,开展4K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生产试验。
当时,国际上微处理器迅速发展,电脑即将推向社会,进入家庭已成趋势,大规模集成电路生产及配套设备、基础材料研制工作,由此成为当务之急。1983年,年逾花甲的王守武再一次受命,出任国务院电子振兴领导小组集成电路顾问组组长、国家科委半导体专业组组长,挑起了全国大规模集成电路会战领军者的重担。
院士当厂长
回顾王守武的经历和贡献,有一个单位和职务不得不提,那就是我国第一家半导体器件厂——中科院109厂(中科院微电子所的前身)。