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伴随着科技的发展,现代社会已经迈入信息化时代,信息化水平已成为衡量一个国家和地区现代化的重要标志。半导体,是信息化的基础,也是贯穿整个社会电子产品的核心要素,随着近期华为、中兴事件的爆发,社会对国内半导体产业的发展予以高度关注。
自新中国成立以来,我国半导体产业从无到有,由弱变强,其艰辛曲折的发展凝聚了无数科学家的毕生心血和无私奉献。
中国半导体科学奠基人之一,半导体器件物理学家,中科院院士王守武先生被誉为我国半导体研究的“拓荒者”,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;创建了中国科学院半导体研究所和微电子研究所;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作出了重要贡献。

王守武院士标准照
1出身名门,自小立志报效祖国
1919年3月15日,王守武出生于江苏苏州的书香世家。祖父王颂蔚是晚清历史学家、文学家,祖母王谢长达是创办振华女校的著名女权运动先驱,父亲王季同先生是最早在国际学术刊物上发表现代数学论文的中国学者,在机械工程和数学方面有很高的造诣。受父亲的影响,幼小的王守武对科学产生了极大的兴趣。
王守武的童年时期,适逢动荡年代,战火纷飞,民不聊生,给他幼小的心灵造成了很大的影响。
11岁时,他在《民智》1930年第11期上刊登了题为“我们现在和将来的责任”的短文。
“诸位朋友,你们要救中国,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。”

上世纪30年代初,王守武姐弟五人于上海(左起:王守瓈,王守融,王守武,王守元,王守觉)
1950年6月25日,新中国成立后,朝鲜战争爆发。在美国深造,已获取博士学位并留校任教的王守武积极响应“留美中国科学工作者协会”的号召,携同也在美国留学的夫人葛修怀女士,怀抱不满周岁的女儿,乘船经香港回国,并进入中国科学院应用物理研究所工作。

1950年王守武(第三排右二)与妻子葛修怀在克利夫兰总统号上归国
刚到中科院时,王守武就接到一项紧急任务:为抗美援朝前线的志愿军运输队设计一种特殊的车灯和路标,既能使司机看清道路,便于夜间行车,又不会被敌机发现。
王守武很快就设计出一种特殊的车灯和配合使用的定向反射路标,使车灯的反射光定向射入司机眼中,避免了被敌机发现的可能性,大大提高了志愿军前线运输的效率。
2从无到有,开拓半导体研究事业
20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。他敏锐地意识到半导体研究的重要性,尤其是晶体管发明带来的信息技术变化。为了推动国内导体科研工作的发展,王守武与黄昆、洪朝生等物理学家在1954年的物理学年会和全国半导体物理学讨论会上,做了半导体研究的相关介绍,引起了广泛的反响。
1956年,王守武应邀到京西宾馆参加由周恩来总理主持的“全国十二年科学技术发展远景规划”的讨论和制订工作。
当时,中央将半导体科学技术的发展列为57项重大科技项目中的四大紧急措施之一,并委托黄昆、谢希德和王守武等知名学者,在培养人才和从事开拓性研究两个方面组织开展工作。
虽然王守武以前的研究偏向固体材料的物理特性方面的内容,但他立即根据国家需要全身心投入到半导体研究中。
锗作为制作晶体管最基本的材料,在半导体研究中发挥着重要作用。王守武集中了二机部华北无线电元件研究所、南京工学院等单位的40余名科学工作者,开始主抓锗材料的研究工作。
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。在制备直径只有几十至几百微米做晶体管的小铟球时,王守武提出了科学的建议,直接促成了小铟球的成功诞生。铟是银白色并略带淡蓝色的金属,为球形状,可作低熔合金、轴承合金、半导体、电光源等的原料。
我国第一支晶体管研制成功产生了很大反响,得到了时任中国科学院院长郭沫若的称赞,这则消息也随后刊登在《人民日报》第一版。
随后,王守武再接再厉,他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,并拉制成功了我国第一根锗单晶,研制成功了我国第一批锗合金结晶体管,同时还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,让锗的生产完全满足了工业化的要求。
1958年,王守武创建了我国最早的一家生产晶体管的工厂——中国科学院109工厂,从事锗高频晶体管的批量生产。他带领全厂人员奋战在第一线,克服重重困难,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,圆满完成了该机所需的器件生产任务,为中国科学院计算技术研究所研制新型计算机创造了必要的条件。
1960年,王守武又受命筹建中国科学院半导体研究所,并担任副所长,负责全所的科研业务管理和开拓分支学科等工作。半导体研究所主要研究领域包括半导体物理、材料、器件和电子学,他也由此开始了拓宽我国半导体科研领域和分支学科的新历程。
原中国科学院*党**组书记、副院长张劲夫曾经谈到半导体所对于“两弹一星”研究工作的贡献:“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*弹氢**的研制作了贡献。”
3砥砺前行,发展半导体工业生产
1962年,美国用砷化镓半导体材料制成了第一只激光器,在世界上产生了广泛而深远的影响。王守武敏锐地抓住时机,开始组织半导体所向这一方向进行探索。1963年,他组建了半导体激光器研究室,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,并开展半导体负阻激光器以及激光应用的研究工作,为我国在这个领域的技术进步奠定了基础。
此后,为了把这些科研成果迅速推广到实际应用中去,他亲自指导并参与了激光通信机和激光测距仪的研制工作,使这些研究成果填补了国内空白,有力地支援了国防现代化和国民经济建设。
1978年10月,王守武承担了全面负责4000位MOS随机存储器这一大规模集成电路研究工作的重任。研制这种大规模集成电路,要在面积不到4×4平方毫米的单元硅片上,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,其难度在当时可想而知。
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,提出了每道工序的完好率不低于95%,关键工序不低于99%的要求。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。
1979年9月,经过王守武和研究人员的共同努力,大规模集成电路样品的成品率都提高到了20%以上,最高的达40%,是当时国内大规模集成电路研制中最高水平。

1979年王守武先生在调试探针台
该项研究于1980年获得中国科学院科技成果奖一等奖,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。
在这之后,王守武又负责研制成功16千位N沟MOS动态随机存储器,并于次年获得了中国科学院科研成果奖一等奖。
4步履不停,关注半导体发展
多年来,他对我国半导体科学技术发展方向、政策和策略的确定提出过很多具有战略眼光的真知卓见。例如,他提出在发展我国集成电路工业上要处理好科研与生产的关系,做好中间环节,把科研成果转变为产品。1980年,王守武当选为中国科学院院士。
1987年,他提出的“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。王守武还提出,要重视科技队伍的培养,大力发展微电子所用的基础材料和专用设备两个方面的基础。他还建议用通信电路作为我国发展半导体工业的突破口,集中力量去开拓市场,从而发展我国独特的系列产品。

2011年,王守武在家中翻阅老照片
除此之外,他曾担任《硅谷》的总编和《半导体学报》的主编,担任过中国电子学会理事、常务理事,中国电子学会半导体与集成技术专业分会主任委员,并分别在清华大学、北京大学、中国科技大学、复旦大学任教,为我国的半导体和微电子领域培养了一批又一批的栋梁之才。
在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,他用正直的品德、严谨的作风以及对科研事业无比的热爱,激励着年轻人奋斗拼搏,书写着中华民族伟大复兴的华丽篇章。
文:采集工程项目办公室/中国科协创新战略研究院
参考文献:
1. 李艳平. 王守武院士:硅 芯 铸就辉煌. 中国科学报,2014.5
2. 百年记忆 王守武:不忘初“芯” 筑梦前行.中国科学家,2019.3
3. 王守武:中国半导体事业的奠基者之一.科学时报,2016.1
4. 施晓平. 亲朋好友叙王守武院士点滴.苏州日报,2016.1
5. 华良甫. 王守武:执著创“芯”六十年. 《创新时代》,2015
6. 我国半导体研究的“拓荒者”——王守武院士诞辰100周年.中科院之声,2019.3.
7. 曹小慧. 王守武院士:一生执着为创"芯".今日科苑,2016年第6期
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