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北京大學:中國芯片夢起之地

時間:2019/7/18 11:45:54瀏覽次數(shù):1074
 看點:中國半導體專業(yè)化始于北大,一批海歸大師匯集于此,由此孕育出北大半導體江湖。

1941年,中華大地奏響極限艱難的抗戰(zhàn)悲歌。

  頭頂狂轟濫炸,地面炮火連天,高溫火海、堤防驟潰、饑餒煎迫,幾多地區(qū)猶如人間煉獄,生離死別不過早晚之間。

  但這一切,還不足以擾動西南聯(lián)大“內(nèi)樹學術自由,外筑民主堡壘”的精神內(nèi)核。

  校舍是荒山野嶺上搭起的茅草屋,地面是泥土壓成的,宿舍的方口嵌上幾根木棍就是窗子,教室的屋頂覆蓋著白鐵皮,一到下雨天,“叮叮當當”的聲響蓋過老師授課的聲音。

▲由梁思成林徽因夫婦設計的西南聯(lián)大校舍▲由梁思成林徽因夫婦設計的西南聯(lián)大校舍

  生活更是拮據(jù)到極致,從老師到學生都一貧如洗,物理系教授吳大猷為給病妻治病,每日化裝成乞丐,到菜市場撿剩骨頭給妻子熬湯。

  這樣的背景下,吳大猷收了黃昆做研究生,黃昆剛從北大物理系畢業(yè),經(jīng)著名金屬內(nèi)耗研究大師葛庭燧的推薦,在西南聯(lián)大半工半讀。

  彼時,這個年僅22歲的年輕人,已在北大期間靠自學啃下了國內(nèi)剛起步的量子物理。而14年后,以黃昆為代表,一批從海外學成歸來的頂尖半導體人才,駐扎在北大,轉動了中國半導體事業(yè)的羅盤。

  這是一場艱難卓絕的苦旅,起步于一無所有,卷入摧毀信仰的浩劫,在漫無邊際的黑暗里,每一位先輩都猶如一縷微光,微光與微光交匯,又孕育出新的微光。當新的微光投身于中國半導體事業(yè),舉目四望,天已經(jīng)快亮了。

  談及中國半導體人才大本營,人們往往首先想到國內(nèi)清華大學、國外加州伯克利,智東西曾對清華大學的芯片人才江湖做細致的梳理。(特稿:清華芯片往事)

  而當我們追溯中國半導體事業(yè)的起源,我們發(fā)現(xiàn),北大亦在中國半導體事業(yè)的長征,尤其是半導體基礎理論的起步和發(fā)展,以及學科建設與人才輸出中,扮演著不容小覷的角色。

  “物格無止境,理運有常時。”北大物理學院中的石碑,陪伴著一代代半導體師生們走向充滿期冀的未來。

  01

  從北大到北大

  1936年,黃昆17歲,高考語文成績一塌糊涂,與清華、北洋工學院失之交臂。

  第二年,他通過保送考試,進入燕京大學物理系。15年后,他執(zhí)起教鞭,走上北大物理系的講臺,在數(shù)百位學子心中,埋下半導體物理研究的種子。

▲黃昆▲黃昆

  浸染于燕京大學求真務實的環(huán)境中,黃昆養(yǎng)成了獨立思考的習慣。本科畢業(yè)后,他來到西南聯(lián)大物理系,師從中國物理學之父吳大猷。

  在這里,他結識了楊振寧、張守廉兩位摯友,他們被稱為西南聯(lián)大“三劍客”,結成了長達半個世紀的深厚友誼。

▲美國國家檔案館圖片:位于昆明西北郊外的西南聯(lián)大校園▲美國國家檔案館圖片:位于昆明西北郊外的西南聯(lián)大校園

  “我們無休止地辯論著物理里面的種種題目。”黃昆70歲壽辰之際,楊振寧在《現(xiàn)代物理和熱情的友誼》一文中寫道。

  一天,圍繞哥本哈根學派一個重大而微妙的貢獻,“三劍客”從喝茶到晚回宿舍,甚至關燈上床后,一直爭論得停不下來。最后,三人干脆一起爬下床,點亮蠟燭,翻起海森堡的《量子理論的物理原理》,來調(diào)解他們的辯論。

  “我記得黃昆是一位公平的辯論者,他沒有坑陷他的對手的習慣。”楊振寧在回憶文章中寫道,“我還記得他有一個趨向,那就是往往把他的見解推向極端。很多年后,回想起那時的情景,我發(fā)現(xiàn)他的這種趨向在他的物理研究中似乎完全不存在。

  “人生不相見,動如參與商”。1944年,三人西南聯(lián)大研究生畢業(yè),各奔前程。但他們的友誼并沒有隨時空的隔離而流逝,只是兩人見面時有,三人相聚不多。

▲西南聯(lián)大物理系三劍客▲西南聯(lián)大物理系三劍客

  西南聯(lián)大帶給黃昆的不僅是珍貴的友誼,還有對物理學理論之精湛更新的理解,對學習現(xiàn)代物理奧秘,進入了一個新的思想境界。

  畢業(yè)之時,語文再次成為黃昆求學路上的絆腳石。留美考試因語文得了24分而落選,留英考試作文只寫了三行,結果因為考官眼界高,給大家普遍打分都低,讓黃昆撿了個漏,被“庚子賠款”留英公費生錄取。

  英國6年,成了黃昆人生的第一個學術貢獻高峰時期。

  在那里,他先后與兩位諾貝爾獎得主莫特(N.F.Mott)和波恩(M.Born)共事,期間還收獲了一位同為物理系學生的“洋夫人”里斯(A.Rhys,中文名“李愛扶”)。

▲上世紀40年代,20世紀40年代,黃昆在英國利物浦大學做博士后時與同事們合影▲上世紀40年代,20世紀40年代,黃昆在英國利物浦大學做博士后時與同事們合影

  在英國的6年,黃昆完成了多項開拓性的學術貢獻:和晶格動力學奠基人波恩合著的《晶格動力學》,被奉為固體物理學的“圣經(jīng)”;提出由雜質(zhì)或缺陷引起的漫散射,被稱為“黃散射”;提出著名的“黃方程”和“聲子極化激元”概念;與妻子共同提出經(jīng)典的“黃-里斯理論”,成為固體中雜質(zhì)缺陷上的束縛電子躍遷理論的奠基石。

  與此同時,回國的愿望越來越強烈。

  黃昆1947年4月寫給楊振寧的信:

  一方面,“看國內(nèi)如今糟亂的情形,回去研究自然受影響,一介書生又顯然不足有挽于政局,吃苦不討好,似乎又何必”;

  另一方面,“我們?nèi)绻趪馔涎幽康闹辉谔颖?,就似乎有違良心。我們衷心覺得,中國有我們和沒有我們,makes a difference。

  他認為楊振寧“successfully組織一個真正獨立的物理中心在你的重要性應該比得一個Nobel Prize還高。同時在這步驟中,devotion to the cause的心也一定要駕于achieve自己地位之上。”

  1951年底,黃昆作別英國,坐船取道香港,回到北大物理系任職。

  此時,據(jù)美國貝爾實驗室造出第一塊晶體管,已過去了三年,中國百廢待興,半導體產(chǎn)業(yè)正亟待一個學術牽頭人的出現(xiàn)。

  02

  執(zhí)教北大,八大海歸拓荒人

新聞界人士曾問黃昆:沒有把研究工作長期搞下來,是不是一個很大的損失?新聞界人士曾問黃昆:沒有把研究工作長期搞下來,是不是一個很大的損失?

  黃昆并不同意這種看法:“因為回國后全力以赴搞教學工作,是客觀形勢發(fā)展的需要,是一個服從國家大局的問題。這也并非我事業(yè)上的犧牲,因為搞教學工作并沒有影響我發(fā)揮聰明才智,而是從另一方面增長了才干,實現(xiàn)了自身價值。”

  1954年,黃昆任北大物理系固體物理專門化教研室主任,在他的牽頭下,第一個半導體學科“半導體物理學”、第一個半導體專業(yè)化陸續(xù)誕生于北大。

▲五校聯(lián)合半導體專門化1957年畢業(yè)生▲五校聯(lián)合半導體專門化1957年畢業(yè)生

  從北大開始,以黃昆、王守武、湯定元、洪朝生、謝希德、高鼎三、林蘭英、黃敞為代表的海歸半導體先輩們,分別在三尺講臺和研究領域,奉獻了無窮的學術財富。

  僅是在1956-1958年期間,241名學生迎來了畢業(yè)典禮,他們走出北大校門后,成為全國首批半導體事業(yè)的骨干力量。

  其時已是世界半導體界的里程碑時期,現(xiàn)代電子工業(yè)第一個集成電路,誕生于德州儀器工程師杰克·基爾比的手里,42年后,他因為這一偉大的發(fā)明被授予諾貝爾物理學獎。

  1、黃昆

▲黃昆▲黃昆

  黃昆的學術履歷表是驚人的,30歲揚名全球物理界,32歲完成《晶格動力學》書稿,36歲當選中國科學院學部委員(后稱院士),61歲當選瑞典皇家科學院院士,66歲成為第三世界科學院首批院士中的三位中國人之一,83歲被國家授予2001年度國家最高科技獎。

  對學生們來說,記憶更為深刻的是黃昆在全國物理界有口皆碑的授課。從而立之年到年近花甲,黃昆在北大物理系的講壇耕耘了二十六個春秋,一向謙虛的他,唯獨對自己的教學有過較為滿意的評價。

  他不限于定義說明與公式推演,而是引導學生們對物理問題有深入的理解。無論是講課還是做報告,黃昆都堅守兩個原則:一,假定聽講人對所講問題一無所知,且又反應遲鈍;二,盡管講過多次,每次都須重新備課。

  中科院院士、清華大學教授朱邦芬曾與黃昆共事,在他的回憶中,黃昆精益求精到了極致。他備課備到非常仔細,包括黑板怎么寫,這個字寫在哪兒,字要多大,擦的時候,哪些要擦掉,哪些不要擦掉。朱邦芬曾經(jīng)看過他的,等于用一個紙寫成很多版本,就是黑板上第一批怎么寫,第二批哪些擦掉、哪些保留。

  盡管1955年就當選中科院學部委員,按規(guī)定可定級為“一級教授”,但黃昆主動要求定為“二級教授”,認為自己與饒毓泰、葉企孫、周培源、王竹溪等老師拿同樣的工資,于心不安。

▲黃昆在中國科學院半導體研究所給研究生講課▲黃昆在中國科學院半導體研究所給研究生講課

  時代所限,內(nèi)部政治干擾、外部技術封鎖,多重因素作用下,作為基礎科學研究的半導體物理首當其沖,黃昆傾注大量心血的教學工作被迫停止,中國與世界的半導體研究差距越來越大。

  直至1977年,改革開放總設計師親自點名60歲的黃昆,讓其擔任中國科學院半導體研究所所長。以黃昆為學術帶頭人,半導體研究所成立了半導體超晶格國家重點實驗室。

  上世紀80年代,黃昆進入學術貢獻的第二個高峰時期。退居二線的黃昆將更多精力投入科研,集中研究半導體超晶格物理問題,1983年,他與朱邦芬提出的計算超晶格光學聲子模式的模型,及類體模解析表達式,被國際上稱為“黃-朱模式”,已作為該領域必讀文獻列入許多國外專著和研究生教材。

  “他好比現(xiàn)代的鳳凰涅磐,從灰燼中飛起又成為世界領頭的固體物理學家”。

  這是國際著名固體物理學家、德國馬克斯普朗克協(xié)會固體物理研究所前所長卡多納(M.Cardona)描述黃昆的話。

▲黃昆獲1995年度陳嘉庚數(shù)理科學獎▲黃昆獲1995年度陳嘉庚數(shù)理科學獎

  從1980年代中期開始,黃昆就時常感到頭暈,后來發(fā)現(xiàn)有腦萎縮,但他的原創(chuàng)性研究一直持續(xù)到1996年。1999年,黃昆確診患帕金森癥。2005年7月6日,黃老在北京駕鶴西去,享年86歲。

  5年后,國際小行星中心發(fā)布公報,將第48636號小行星永久命名為“黃昆星”。

  2、中國半導體學科四大開拓者

  我國第一個半導體課程開設于北大,黃昆、王守武、湯定元、洪朝生四人參與授課。

  王守武是中國半導體科學技術的開拓人和奠基人之一,從中國第一臺半導體激光器的研制,到提高大規(guī)模集成電路成品率,再到完成集成電路大生產(chǎn)實驗,王守武從半導體材料、設備到生產(chǎn)都為我國半導體事業(yè)的發(fā)展做出了寶貴的貢獻。

  他先后任中科院半導體研究所業(yè)務副所長、中科院109廠廠長,1986倡議組建中科院微電子中心,王守武任微電子中心終身名譽主任,1980年當選為中科院學部委員(院士)。

▲王守武▲王守武

  洪朝生是中國低溫物理開拓者,獲清華電機工程系學士、麻省理工學院博士,先后任中科院應用物理所研究員,清華、北大、中科大教授等職務,1980年當選中科院學部委員(院士)。

  湯定元是我國紅外學科的奠基者,將半導體紅外器件成功地應用于中國探測、空間遙感等方面。他曾先后在中科院應用物理所、中科院半導體研究所、中科院上海技術物理研究所工作,并曾任中科大教授和半導體教研室主任,1991年當選為中科院學部委員(院士)。

▲湯定元▲湯定元

  黃昆和王守武都是1919年生人,湯定元和洪朝生比他們小一歲。黃昆和洪朝生是北京人,王守武和湯定元是江蘇人。

  其中,王守武出生于蘇州名門望族——東山莫釐王氏,王家是中國近代少見的科技世界,王守武的父輩幾乎都是中國近代科學初期的開創(chuàng)性人物,他與弟弟王守覺是著名的中科院兄弟院士。

  除了黃昆外,其余三位先生都是前往美國留學。

  1944年,王守武從同濟畢業(yè),考取自費留學,被麻省理工學院錄取,但因結核病錯過赴美時間。次年,他赴美國普渡大學攻讀工程力學,1946年獲碩士學位后轉向物理學,用量子力學研究材料性質(zhì),1949年2月獲得博士學位。

  1942年,湯定元從國立中央大學畢業(yè),留校任教至1948年,赴美國明尼蘇達大學物理系學習,同年轉入芝加哥大學物理系。1950年,湯定元獲得芝加哥大學物理系碩士學位。

  1940年,洪朝生從清華畢業(yè),在西南聯(lián)大電機工程系任電信課助教。5年后,他前往美國麻省理工學院攻讀博士學位,1948年畢業(yè)后,后在美國普渡大學、荷蘭萊頓大學卡末林·昂納斯實驗室工作。

  四人的交集早在海外留學期間就開始,洪朝生在1950發(fā)現(xiàn)并提出半導體雜質(zhì)能級導電理論時,固體物理領域還未受重視,他曾前往英國會見英國利物浦大學國際固體物理領軍人物莫特,也就是黃昆先生的恩師。

▲洪朝生▲洪朝生

  王守武是四人中,最早踏上中國半導體研究征程的人。

  新中國成立后,1950年秋,王守武通過印度大使館辦理難民證,乘船經(jīng)香港回國,在中科院應用物理研究所工作,以半導體為研究方向。

  一年后,湯定元、黃昆回國,又過了一年,洪朝生回國。除黃昆外,其余三人回國后均在中科院應用物理所(物理所)工作,在北大任教之于,中科院物理所的研究工作仍是他們的主心骨。

  基于共同的理想和追求,四人交往日漸密。在黃昆的帶頭下,1954年,四人對如何發(fā)展我國半導體科技工作展開專題研討,并開始合作為北大學生講授“半導體物理學”課程。

  四人在北大的合作授課,成為了各自開創(chuàng)半導體學科新篇章的起點。

  此后,黃昆創(chuàng)辦了中國第一個半導體專業(yè)化,湯定元開創(chuàng)了中國第一個窄禁帶半導體分支學科,洪朝生參與創(chuàng)辦中國科技大學低溫物理專業(yè),王守武創(chuàng)建了我國第一個半導體研究室、半導體器件工廠、半導體研究所和全國半導體測試中心。

▲1979年,王守武與研究人員在超凈線工作▲1979年,王守武與研究人員在超凈線工作

  而四人為北大學生就開設“半導體物理學”課,還只是一顆激起漣漪的一顆礫石,真正掀起巨浪的大石塊出現(xiàn)在兩年之后。

  3、北大半導體專業(yè)化起航

  1956年,我國提出“向科學進軍”,黃昆與王守武參與制定我國“十二年遠景規(guī)劃”,同任半導體科學技術發(fā)展規(guī)劃制定小組副組長,半導體技術研究被列入國家四項“緊急措施”之一。

  這一年暑假,北大、復旦、南大、廈大、東北人民大學(吉大前身)五校聯(lián)合,在北大物理系開辦了我國第一個半導體專門化,黃昆任主任,謝希德任副主任。

▲黃昆與謝希德▲黃昆與謝希德

  謝希德被稱為中國半導體之母,是我國半導體物理學科和表面物理學科的開創(chuàng)者,亦是新中國成立后第一位大學女校長。

  她1921年出生于福建泉州,1946年從廈大數(shù)理系畢業(yè),第二年赴美深造。1949年,謝希德從美國史密斯女子文理學院碩士畢業(yè),到麻省理工學院(MIT)繼續(xù)攻讀博士學位,學費全免。經(jīng)過幾多輾轉,她與丈夫于1952年回國,執(zhí)教于上海復旦大學。

▲謝希德▲謝希德

  為了配合祖國建設工作,1956年,謝希德放下出生才5個月的孩子,前往北大,與黃昆共同主持中國第一個半導體專門組工作。1958年,她與黃昆合著的中國第一本 ——《半導體物理學》出版。

當時參與半導體專業(yè)化建設的著名老師,還有來自吉大的物理系教授高鼎三。

  當時參與半導體專業(yè)化建設的著名老師,還有來自吉大的物理系教授高鼎三。

  他是我國著名的半導體物理與器件學家、微電子與光電子專家、教育家,亦是吉林大學半導體系的創(chuàng)建者。說起來,他還是黃昆在西南聯(lián)大物理系的同門師兄。

▲高鼎三▲高鼎三

  高鼎三1914年生于上海。不同于黃昆和謝希德,高鼎三因為家境貧寒,年及20歲還沒學過數(shù)英理化,受美國學成歸來的姨母鼓勵與自主,他自學半年后考入上海大同大學附中,1937年考入上海交通大學,后因上海“八一三”戰(zhàn)事爆發(fā),轉至武漢大學借讀。

  一年后,日寇進攻武漢,高鼎三干追隨周恩來先生鎮(zhèn)定撤出,倍受周先生的精神激勵,還一度投筆從戎,考入武漢的黃埔軍校14期,只是因為近視打不中靶而退學,輾轉到昆明進了西南聯(lián)大。畢業(yè)后,他考取了當屆唯一的赴美公費留美名額,下一屆這個名額被黃昆的摯友楊振寧拿到。

▲西南聯(lián)大物理系1941屆全班合影,左一為高鼎三(圖源:高氏研究會)▲西南聯(lián)大物理系1941屆全班合影,左一為高鼎三(圖源:高氏研究會)

  還有一位曾與北大半導體有過交集的女先生,林蘭英,她被譽為“太空材料之母”,是我國極富盛名的半導體材料科學家。

▲林蘭英▲林蘭英

  她1918年生在福建莆田,1936年考入福建協(xié)和大學,畢業(yè)后留校任教。1946年,她收到美國迪金森學院的錄取通知書,2年后啟程赴美留學,只用一年就拿到了數(shù)學學士學位,還獲得美國大學榮譽學會迪金森分會的金鑰匙獎章。

  1948年,固體物理學在美國興起,次年第一塊半導體鍺單晶在美國貝爾實驗室誕生。林蘭英敏銳地意識到這一領域的重要價值,來到美國賓西法尼亞大學,從事固體物理研究。她再次用一年時間,拿到固體物理學碩士學位。

  1955年,林蘭英獲得固體物理學博士學位,成為賓西法尼亞大學建校以來第一位女博士。

▲林蘭英博士畢業(yè)照▲林蘭英博士畢業(yè)照

  謝希德、高鼎三、林蘭英的回國之路都受到了美國的阻礙。

  高鼎三在美國立法禁止中國理工科留學生回國,并對表態(tài)不回中國大陸的留學生給予經(jīng)費資助時,他始終明確說要回國,因此被撤銷資助和助教資格,隨后他毅然退學,到洛杉磯國際整流器公司擔任研究員謀生。

  為了早日參加祖國建設,高鼎三與其他留學生聯(lián)名給美國總統(tǒng)寫信要求放行,同時托妻子向周總理寫信求助,終于在1955年5月初乘上“威爾遜總統(tǒng)號”輪船回到了闊別近8年的祖國。

▲1948年,高鼎三在伯克利寓所,桌上是妻子的照片(圖源:高氏研究會)▲1948年,高鼎三在伯克利寓所,桌上是妻子的照片(圖源:高氏研究會)

  林蘭英的回國之路更為艱難。她此前曾幫索文尼亞公司成功造出第一根硅單晶,這樣的寶貴人才,美國是萬萬不愿意放人的。

  林蘭英在1956年以“母親重病”為由,向印度駐美國大使館申請回國。在登船的最后時刻,聯(lián)邦調(diào)查局將她的圖書資料、隨身藥品都翻個底朝天,最終一無所獲,只扣押了一張6800美元的旅行支票,直到23年后,這張支票才由中國銀行出面索回。

  聯(lián)邦調(diào)查局沒有發(fā)現(xiàn),就在他們搜查過的藥盒里,藏著林蘭英給新中國的獻禮——500克鍺單晶和100克硅單晶。

  五校在北大聯(lián)合舉辦半導體專業(yè),林蘭英被特邀做“半導體材料”的專題報告,她的講課深入淺出,生動的內(nèi)容時隔多年仍令學子們記憶猶新。謝希德善于組織課程內(nèi)容,講課結合學生實際,由淺入深,信息量大,條理清晰,語言流暢。高鼎三十分重視實踐,堅持“理工結合、理化結合”的原則。

  在參與北大半導體專業(yè)化建設的過程中,謝希德與高鼎三都積累了許多專業(yè)教學與學科建設的經(jīng)驗。

▲謝希德▲謝希德

  謝希德于1958年返回復旦,從一名普通的物理系教師一路晉升,歷任復旦大學物理系固體物理考古室主任、上海技術物理研究所的副所長等職位。她參與編寫多部半導體講義和教材,1977年大膽提出填補中國表面物理空白、發(fā)展表面科學的建議,1978年當選中國物理學會副理事長,1980年當選為中科院數(shù)理學部委員,兩度當選主席團成員(1981年和1992年)。

  62歲那年,謝希德成為新中國第一位女大學校長,在她擔任校長的5年間,復旦的氣氛活躍和嚴謹教學一樣出名,復旦打破了綜合大學只有文理科的格局,變?yōu)橐凰鶕碛腥宋目茖W、社會科學、自然科學、技術科學和管理科學的綜合性大學。

  美、英、日、加、香港地區(qū)的13所大學分別授予她名譽科學博士、名譽工學博士和人文科學博士1987年6月接受美國紐約州立大學Alabany分校授予名譽博士時,《今日美國》報社記者采訪她,稱她為“中國的哈佛大學校長”。

  高鼎三返回東北人民大學后,在1959年主持建立了當時國內(nèi)唯一的半導體系,連任系主任25年。1961年,高鼎三主持編寫的《晶體管原理建議》,成為國內(nèi)這一領域的開山之作。

  “863會議”期間,在信息組專家?guī)缀跻贿叺沟膬A向只發(fā)展微電子時,高鼎三不懼孤立,極力主張光電子技術的重要性,獲得最高領導對光電子項目的重視,會后組建了中科院、清華、吉大聯(lián)合光電子國家重點實驗室。

  其光電子技術在不久后爆發(fā)的海灣戰(zhàn)爭中,發(fā)揮了重要的實戰(zhàn)價值。

▲林蘭英▲林蘭英

  林蘭英則以在中科院的研究工作為重,1957年,林蘭英從洪朝生手中接任半導體材料組負責人,1960年進入中科院半導體研究所做研究工作。在她的直接參與下,我國第一根硅單晶、第一臺開門式硅單晶爐、第一個砷化鎵單晶等半導體材料相繼問世,為我國太空半導體材料做出不可估量的貢獻。

  90年代,林蘭英積極推動北方微電子研究開發(fā)基地的建設,將清華大學微電子學研究所、北京大學微電子學研究所、中科院微電子學研究中心和半導體研究所材料部門聯(lián)合起來。年已八旬時,她仍在半導體材料領域主持各種重大的基礎研究課題。

  在她人生的最后三年,她與王陽元院士、李志堅院士和吳德馨院士等一起發(fā)起,建立了由北京大學牽頭的“973”基礎研究課題,從事亞50nm的新器件和工藝的研究,為下一代集成電路生產(chǎn)技術做準備。

  黃敞比前幾位小了將近10歲,他在1958年才從美國回國,沒能趕上五校聯(lián)合聚集北大的這一里程碑時刻。

▲黃敞(圖源:西安微電子技術研究所)▲黃敞(圖源:西安微電子技術研究所)

  在謝希德、高鼎三等先生回到原來的學校后,1959年7月,黃敞先生被分配到北京大學物理系,講授半導體器件課,并兼任中國科學院計算機技術研究所11室主任、副研究員,同時開始培養(yǎng)研究生。

  期間,黃敞先生提出了 “載流子總量分析方法”,可系統(tǒng)分析器件內(nèi)部載流子的運動規(guī)律,為晶體管模型、集成電路的研究提供了一種科學的分析方法。這一開創(chuàng)性成果對半導體器件理論和超大規(guī)模集成電路理論的發(fā)展起到了開拓性的引領作用。

  由黃敞主編的《大規(guī)模集成電路與微計算機》,系統(tǒng)闡述了關于集成電路、微計算機方面的理論研究成果,總結了多年來研制成果和經(jīng)驗,對業(yè)內(nèi)外的科技人員都具有指導意義和參考價值。

  后來黃敞在1965年被調(diào)至中科院156工程處(771所前身),開始從事航天微電子與微計算機事業(yè)。他在771所、西電大和北師大都帶過研究生,并主持研制成功了多種運載火箭專用集成電路及計算機,為中國航天事業(yè)的發(fā)展作出了重大貢獻。

  展訊通信創(chuàng)始人武平曾在一片文章中寫道,國內(nèi)獲得過國家科學技術進步一等獎,就已有相當?shù)馁Y格評上院士,黃敞不僅獲得國外多個院士頭銜,還是1979年第一位在國際頂尖專業(yè)雜志IEDM上發(fā)表論文的國內(nèi)專業(yè)人士,卻一直未被評為院士,令很多弟子感到不平。對此,黃敞則非常淡然,多次強調(diào)回國就是“為國家做事”。

  03

  繼往開來,從北大走出的新學術帶頭人

  在以上述這些先生為代表的教師們精心培養(yǎng)下,北大物理系陸續(xù)走出了一批批優(yōu)秀的半導體人才,其中一些學子繼承老師們的事業(yè),繼續(xù)為中國半導體學術研究和人才培養(yǎng)開辟天地。

  北大物理系曾有“五大金剛”——莫黨、秦國剛、甘子釗、夏建白、韓汝琦,他們都曾師從黃昆先生。

  五人在畢業(yè)后,均曾留北大物理系執(zhí)教。其中,甘子釗、夏建白、秦國剛先后當選為中科院院士;莫黨歷任中山大學物理系系主任、中山大學微電子研究所所長和廣東省物理學會理事長等職位。

▲秦國剛▲秦國剛

  秦國剛1956年畢業(yè)于北大物理系,1961年研究生畢業(yè)于該系固體物理方向,師從黃昆。

  他還記得黃昆剛推門進來時,他是有些失望的,覺得這樣一門重要的課,“怎么這么年輕的老師來教我們普通物理?”但一節(jié)課下來,他們整個年級接近100個人,幾乎都覺得黃昆講課太深入了。

  從1985年起,秦國剛任北大物理系教授,數(shù)十年來致力于半導體研究,在半導體雜質(zhì)與缺陷等領域的研究中,做出系統(tǒng)和創(chuàng)造性成果。如今,秦國剛已經(jīng)年逾古稀,但他繼承者黃昆等學術先輩的精神,依然兢兢業(yè)業(yè)地工作在科研第一線和培養(yǎng)科技人才的事業(yè)中。

▲莫黨▲莫黨

  中山大學教授莫黨也是北大物理系1956屆畢業(yè)生。莫黨是1952年廣東省高考狀元,畢業(yè)留校從事教研工作,于1976年調(diào)回廣州,3年后調(diào)入中山大學物理系工作。

  在他求學期間,黃昆給了他很大的啟發(fā)和影響,他是黃昆、謝希德教授所著《半導體物理學》一書的書稿整理人,他所編撰的我國第一本半導體材料教材《半導體材料》還是由黃昆先生審閱的。

  自大學畢業(yè)后,莫黨在半導體材料和半導體物理、橢偏光譜、固體光學性質(zhì)、光折變晶體等領域進行了大量深入的研究工作,曾與學生在世界上首創(chuàng)開展半導體離子諸如的橢偏光譜研究和創(chuàng)立分數(shù)微分譜方法,為發(fā)展和推廣我國橢偏術做出了重要貢獻。他還被選入美國出版的《世界名人錄》,被美國紐約科學院任命為該院成員。

▲甘子釗▲甘子釗

  甘子釗1954年從湛江考進北大物理系,第一學期被稱“怪才”,第二學期被稱“天才”,第三學期被稱“奇才”,本科畢業(yè)后被教授們爭著收為研究生,結果成了黃昆的大弟子。

  在甘子釗的記憶中,黃昆上課的時間和備課的時間是1與10之比,也就是說他要花10個小時準備講一個小時的課。

  畢業(yè)后,甘子釗留校工作,歷任北京大學副教授、教授、固體物理研究所所長、國家超導專家委員會第一首席專家等職務,于1991年當選中科院院士。

  他在60年代主要從事半導體物理的研究工作,解決了半導體鍺中隧道過程的物理機理,80年代初發(fā)展了光在半導體中相干傳播理論,并在凝聚態(tài)物理、激光物理的前沿研究工作中做出貢獻。

▲夏建白▲夏建白

  夏建白是上海人,17歲考取北大物理系,因為對黃昆的固體物理課印象最為深刻,他于1962年報考了黃昆先生的研究生,主攻固體物理學研究。

  三年學成畢業(yè)后,夏建白留校物理系任教,后因內(nèi)亂時期,他參與“三線”建設,一連15年沒能再碰半導體物理。

  “工作與所學專業(yè)分離,時間一長,心中的遺憾與日劇增。”黃昆調(diào)任中科院半導體所所長后,夏建白向?qū)燑S昆寫信表達了調(diào)動意向。在黃昆的幫助下,經(jīng)一番周折后,年近40歲的夏建白成功調(diào)入中科院。

  夏建白迫不及待地投身于半導體研究中,短短十年間,獨立研制出中國自主生產(chǎn)的分子束外延設備,造出質(zhì)量優(yōu)良的超晶格、量子阱材料,在理論研究方面也取得一系列開創(chuàng)性成果。

▲韓汝琦▲韓汝琦

  與前四位不同,在1962年北大物理系本科畢業(yè)后,沒有繼續(xù)讀研究生,而是直接留校任教。

  他曾任北大微電子研究所常務副所長、教授、博士生導師,曾撰寫出版《固體物理學》、《非晶態(tài)物理學》、《非導體物理基礎》、《晶體管原理與設計》等教材,并先后主持承擔多項國家重點科技攻關任務和國防軍工預研項目。

  遺憾的是,韓汝琦在2011年2月16日因病逝世,享年72歲。

  ▲1958年北大物理系半導體專門化第一屆五年制畢業(yè)生合影(前排左七為黃昆,第二排左七為陳辰嘉)

  陳辰嘉原先是在廈大物理系學習了三年,1956年隨著五校聯(lián)合轉至北大物理系半導體專門化報道。

  后來1961年3月,她被調(diào)到而北大物理系半導體教研室,協(xié)助黃昆做好教研室的工作,當時黃永寶是實驗室主任,韓汝琦是教學秘書,教研室最有經(jīng)驗的是黃昆、黃敞和黃永寶先生。在他們的努力下,教研室的年輕教師陸續(xù)在器件物理和材料物理研究上取得碩果,科研工作走上正確的軌道。

  除了向黃昆討論和學習外,在建設固體能譜研究室期間,陳辰嘉也曾向理論組的甘子釗、秦國剛學習。

▲許居衍▲許居衍

  許居衍也是先在廈大物理系學習了三年,1956年遷至北大物理系學習,黃昆等老師在學術上將他帶到了半導體科學的新領域。

  1957年,許居衍完成學業(yè)后,被分配到國防部第十研究院第十研究所,他成為中國第一塊硅平面單片集成電路的主要研制人,后來又于1970年參與了中國第一個集成電路專業(yè)研究所——第二十四研究所的創(chuàng)建。

  1985年,許居衍參與第二十四研究所無錫分所組建,隨后與無錫742廠共創(chuàng)的第一個微電子科研生產(chǎn)聯(lián)合企業(yè)——無錫微電子聯(lián)合公司,這家公司即是大名鼎鼎的中國華晶電子集團公司的前身。許居衍任24所及華晶電子的總工程師。

  1995年,許居衍被評為中國工程院院士。

▲俞忠鈺▲俞忠鈺

  俞忠鈺和王陽元都是1958屆的北大物理系畢業(yè)生。畢業(yè)后,俞忠鈺歷任河北半導體研究所副所長、電子工業(yè)部東光電工廠總工程師、廠長等重要職務。

  王陽元畢業(yè)后則選擇留校任教,他在學術領域主持研制成功我國第一塊1024位MOS隨機存儲器,開拓了我國硅柵N溝道MOS技術,領導建成我國第一個大型集成化ICCAD系統(tǒng),此后在微電子學新器件、工藝和結構電路研究中屢有建樹。

▲王陽元▲王陽元

  1978年,王陽元在北大建立微電子學研究室并任室主任,后任北大微電子所所長,并主持創(chuàng)建了SOI新器件研究室、我國第一個國家微米/納米加工技術重點實驗室等機構。

  王陽元的成就不止在于學術界和教育界,它還為中國芯片制造業(yè)貢獻了一個關鍵的里程碑——中芯國際。

  04

  馳騁半導體產(chǎn)業(yè)的北大人

  2004年,69歲的王陽元與嚴曉浪教授、張汝京博士等一起發(fā)起,由北京大學微電子研究院等與中芯國際合作申請建立了“863”高技術課題,進行90nm-65nm大生產(chǎn)技術研究,直接瞄準當前國際最前沿的大生產(chǎn)技術。

  領銜這些課題的首席科學家和課題負責人,包括張興、黃如、康晉鋒教授等,都是王陽元的學生,他們是新成長起來的年輕的學術帶頭人。

  而在四年前,中芯國際由王陽元與張汝京聯(lián)合創(chuàng)辦。

  張汝京被譽為華人半導體界第三號人物,曾于德州儀器就職期間,在美國、日本、新加坡、意大利及中國臺灣完成了10座半導體工廠的建設與運營,隨后在臺灣創(chuàng)辦了世大,以50億美元賣給了全球晶圓廠老大臺積電。

▲張汝京▲張汝京

  中芯國際一成立,就創(chuàng)下了當時全球最快的芯片廠建廠記錄。2000年8月1日,中芯國際在上海的第一個8英寸廠打下第一根樁,到正式建成投產(chǎn),前后歷時僅13個月。

  2002年,中芯國際在北京的兩座12英寸芯片廠動工,2年后建成我國第一條大型12英寸納米級集成電路大生產(chǎn)線。中芯國際迅速躋身全球半導體代工行業(yè)前三甲。

  在他們的共同努力下,中芯國際結合中國國情發(fā)展,陸續(xù)引入上海實業(yè)、摩托羅拉、張江高科、北大青鳥、高盛、華登國際、新加坡淡馬錫控股等一批投資者,逐步發(fā)展成中國大陸晶圓代工第一大廠。

▲中微半導體尹志堯▲中微半導體尹志堯

  曾在北大求學的中國半導體產(chǎn)業(yè)代表人物還有尹志堯,他被稱為中國芯教父級人物。

  他1944年出生于北京,1962年考入科大化學物理系,1968年被分配至蘭州煉油廠,1980年獲北大化學系碩士學位,赴美國加州洛杉磯分校攻讀物理化學博士。

  他創(chuàng)辦的中微半導體,是我國極少數(shù)能與國際頂尖半導體設備公司在技術上分庭抗禮,還不斷擴大市占率的公司,據(jù)稱其自研的5nm等離子刻蝕機即將挺進臺積電5nm制程生產(chǎn)線。

  今年7月,這家公司科創(chuàng)板IPO注冊獲證監(jiān)會通過,智東西曾對此做詳細報道。(11年挑戰(zhàn)美國巨頭!這家國產(chǎn)5nm芯片刻蝕龍頭,三年扭虧將登陸科創(chuàng)板)

▲比特大陸吳忌寒▲比特大陸吳忌寒

  全球第一大虛擬貨幣礦機芯片生產(chǎn)商比特大陸的聯(lián)合創(chuàng)始人之一吳忌寒,是北大金融學專業(yè)和心理學專業(yè)2009屆的本科畢業(yè)生。

  吳忌寒主要負責區(qū)塊鏈業(yè)務,比特大陸招股書中這樣描述他:“吳忌寒先生被公認是全球加密貨幣和區(qū)塊鏈技術領域的領軍人物……吳忌寒先生憑借對區(qū)塊鏈行業(yè)的深刻理解,一直指引著我們的戰(zhàn)略發(fā)展。”

  2017年,比特大陸宣布進軍AI芯片領域,迄今已推出多款“算豐”系列AI芯片。智東西曾對比特大陸招股書做詳細解讀。(比特大陸確定香港上市!半年狂賺51億,創(chuàng)始成員最小26歲)

▲知存科技王紹迪▲知存科技王紹迪

  從事AI芯片研發(fā)的還有知存科技,其創(chuàng)始人兼CEO王紹迪畢業(yè)于北大微電子系,曾獲楊芙清王陽元院士獎學金,后在美國加州洛杉磯分校電子和計算機工程系獲得碩士和博士學位。

  針對市場上對低成本、低功耗的AI芯片的需求,王紹迪于2018年在北京創(chuàng)辦知存科技,致力于研發(fā)基于浮柵技術的數(shù)?;旌洗嫠阋惑wAI芯片,以解決AI運算中的存儲墻和算力問題。其自研的嵌入式智能語音芯片已完成流片,預計2019年年中量產(chǎn)。

  還有兩家瞄準過視覺AI芯片的創(chuàng)企,分別是眼擎科技和知存科技,他們的創(chuàng)始人都是北大畢業(yè)生。

▲眼擎科技朱繼志▲眼擎科技朱繼志

  眼擎科技創(chuàng)始人兼CEO朱繼志畢業(yè)于北大電子學系,曾任職于中興視頻通信部,后在國內(nèi)最大的芯片分銷商任副總裁。2014年,他創(chuàng)立眼擎科技,專注研發(fā)AI視覺成像引擎的原創(chuàng)高端數(shù)字芯片。(GTIC 2018 | 眼擎科技朱繼志:PK人眼的無人車之眼如何煉成)

  另一家創(chuàng)企深瞐科技是一家計算機視覺創(chuàng)企,主攻安防領域的車臉識別和視頻結構化算法。其創(chuàng)始人陳瑞軍是1987級北京大學經(jīng)管系學生,畢業(yè)后曾在大唐電信做過銷售。

  2017年,深瞐科技曾聯(lián)合硬件生產(chǎn)廠商,推出基于FPGA神經(jīng)網(wǎng)絡算法硬件加速芯片。智東西對這家創(chuàng)企也曾做過深入報道。(20年安防老兵創(chuàng)業(yè),這家CV創(chuàng)企要做最強“車臉識別”)

▲瀚諾半導體團隊成員▲瀚諾半導體團隊成員

  通信基帶芯片方面,有一家脫胎于北大的創(chuàng)企瀚諾半導體,成立于2015年10月,其創(chuàng)始人兼CEO張誠、基帶算法及技術宣傳負責人、產(chǎn)品開發(fā)及市場推廣負責人楊春均為北大通信與信息系統(tǒng)專業(yè)博士。

  他們的先期研究工作從2005年開始,團隊成員在HINOC項目組中一起合作,合力完成多項國家重大項目。資深顧問是北大信息科學技術學院教授李紅濱,在信息通信學術界有較大影響和聲望。

  瀚諾半導體推出的HN1000系列芯片,據(jù)稱是國內(nèi)第一個且唯一的一個自主設計、自主研發(fā)的千兆同軸接入芯片,可充分激活現(xiàn)有國內(nèi)同軸電纜千億存量資源,帶來安全、可靠的千兆寬帶接入體驗。

▲芯翼信息科技肖建宏▲芯翼信息科技肖建宏

  還有一家專注于研發(fā)窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)芯片的創(chuàng)企芯翼信息科技,其創(chuàng)始人肖建宏于2001年獲北大微電子專業(yè)學士學位,后在美國Texas A&M University獲得博士學位,曾任Broadcom高級首席科學家,寬帶射頻收發(fā)機的研發(fā)帶頭人。

  肖建宏在2017年3月創(chuàng)立芯翼信息科技,從智能表計以及智慧城市的幾個細分場景切入NB-IoT芯片,在國內(nèi)外均與模塊商、方案商有戰(zhàn)略合作。

  今年6月,該公司宣布其XY1100芯片通過中國電信NB-IoT芯片入庫認證,即將完成中國移動芯片入庫和中國聯(lián)通入庫認證,軟硬件均宣告進入量產(chǎn)狀態(tài)。

  在投資領域,同樣有一批北大學子在以提供資金的形式,助力中國半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

▲盈富泰克劉廷儒▲盈富泰克劉廷儒

  比如北大計算機系85屆碩士劉廷儒,于2001年創(chuàng)辦了盈富泰克創(chuàng)投公司,至今盈富泰克管理資產(chǎn)已超過30億美元,曾投資中星微、天水華天、北京君正、兆易創(chuàng)新等國內(nèi)知名半導體企業(yè)。

▲華青資本胡文斌▲華青資本胡文斌

  還有曾進修北大金融學的胡文斌,在2016年創(chuàng)辦了私募基金管理機構華青資本,投資領域以半導體、物聯(lián)網(wǎng)、智能制造等新興產(chǎn)業(yè)為主,主要扶持中小企業(yè)的成長。目前其中在管半導體產(chǎn)業(yè)上下游企業(yè)包括達新半導體、迪威碼半導體、深圳浚漪科技等。

  05

  結語:隱秘而偉大的半導體先輩

  北大是半導體史上一個璀璨的長夜,集聚了中國第一批從海外學成歸來的頂尖半導體人才,開辟了前無古人的事業(yè)。

  愛因斯坦在悼念居里夫人時,曾經(jīng)有過這樣一段話:“第一流人物對于時代和歷史進程的意義,在其道德品質(zhì)方面,也許比單純的才智成就方面還要大。即使是后者,它們?nèi)Q于品格的程度,也遠超過通常所認為的那樣。”

  第一批扛起中國半導體建設重任的先輩們面前,是“雄關漫道真如鐵”,即便病魔纏身、政治迫害,追求理想的腳步未曾停歇,學術精神的堡壘始終屹立不倒。

  而今踩在這些巨人的肩膀上,北大學子也好,其他高校輸出的半導體人才也好,他們繼承先輩知識分子的風骨,或窮究半導體理論知識的奧秘,或背負所學,奔赴到中國半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的浪潮之中,面向的是更加開闊的未來。

  但遺憾的是,付出一生熱忱的先輩們,彪炳于歷史的記憶中,卻不可避免地被時代所遺忘。

  從2000年到2019年,謝希德、高鼎三、林蘭英、黃昆、王守武、黃敞、洪朝生、湯定元等,一位又一位中國半導體事業(yè)的開拓者相繼辭世,科學界一片震動,而許多聞訊的公眾卻感到茫然。

  再過2個月,就是黃昆先生的百年誕辰,也許朋友圈會掀起一陣追憶熱潮,愿一切歸于平靜后,半導體先輩們?nèi)烁竦膫ゴ笈c崇高,能夠在更多人的內(nèi)心深處留存。

  參考文獻:朱邦芬《黃昆——中國固體物理和半導體物理的奠基人》;楊振寧《現(xiàn)代物理和熱情的友誼》;西安微電子技術研究所《大師離去|黃敞同志一路走好》;《黃昆:學習知識不是越多越好,越深越好》;《1947年4月黃昆給楊振寧的信》《人文復旦/復旦大學校長(四)謝希德》;李來風《追憶我的導師洪朝生先生》;《光輝永駐——紀念高鼎三院士誕辰一百周年:回憶父親高鼎三》;劉思江《百歲院士湯定元與世長辭,曾為我國“兩彈一星”作出重要貢獻》;王陽元《生命不息、攀登不止——記我所認識的林蘭英院士》;中國科學報《追記林蘭英院士:那盞永恒的明燈》;中國科學報《王守武:硅芯鑄就輝煌》;中國科協(xié)《我國半導體研究的“拓荒者”——王守武院士誕辰100周年》;夏建白 陳辰嘉 何春藩《繼往開來,任重道遠——紀念中國半導體事業(yè)五十周年》;陳辰嘉《沉痛悼念我最敬愛的黃昆老師》;《二十世紀中國知名科學家學術成就概覽》物理卷;《大家》欄目。

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