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【芯魂】李志堅院士:方寸鑄就“中國芯”

2018-06-12

李志堅(1928年5月1日-2011年5月2日),微電子學專家,中國科學院院士。出生于浙江寧波,1947年至1951年在浙江大學物理系學習,獲學士學位,1953年至1958年在前蘇聯列寧格勒大學物理系留學,獲副博士學位。1958年回國任教于清華大學,為清華大學半導體專業的創立和發展傾注了畢生心血,是我國硅基半導體科學研究的奠基人和開創者。早在1950年代未,他就提出了以硅技術為半導體專業的主要研究方向;1970年代末,他又提出以CMOS集成微電子學為主要學術方向。這兩次學術方向的確立對我國的半導體事業和清華大學微電子學科的成功起步及持續發展有著極為重要的戰略意義。李志堅院士曾獲得一項國家發明獎、兩項國家科技進步獎和多項部級科技進步獎,曾獲得陳嘉庚信息科學獎、何梁何利科技進步獎;1979年被評為北京市勞動模范和全國勞動模范,1984年被評為國家級有突出貢獻的專家,1991年當選中國科學院院士。在50余年的教學科研中,培養了一大批活躍在國內外微電子學領域的優秀人才。

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圖片來源于網絡

 

烽火少年,立志報國

 

1928年5月1日李志堅出生于浙江省鎮海縣柴橋鎮(現浙江省寧波市北侖區柴橋街道),1934年就讀于柴橋小學,1940年升入鎮海中學(建校于1911年)。

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鎮海中學


根據鎮海中學的校記表明:1937年,抗日戰爭爆發,敵機轟炸鎮海,學校遷至西門外渡駕橋回向寺。時,一年級為普通初中,二、三年級為商科,學生百余人。1939年8月,因戰火威脅,又遷校于柴橋瑞巖寺,改收普通初中新生,計三個學期。1940年,因當時縣府指示,學校遷至莊市湯家廟。1941年4月19日,日寇入侵鎮海縣城。清晨,師生得訊,倉猝星散,學校器具典籍盡損。

 

在戰火的威脅下,師生們總是要提心吊膽地提防著日軍的偷襲和轟炸,時常要進行逃生準備和演練。

 

李志堅在小學和中學時,因抗日戰爭幾度隨著學校在農村和山區輾轉。盡管當時生活環境極為惡劣,教學設施非常匱乏,但是大家卻不以為苦。李志堅原本應無憂無慮的孩童時光卻因抗日戰爭的爆發被改寫。

 

李志堅目睹了日本侵略者的暴行,感受到國破山河在的苦難。戰亂時代的經歷使他樹立了堅定不移的愛國報國思想,也培養了他百折不撓的意志。“位卑未敢忘憂國”的家國情懷,影響了他的一生。

 

本碩博緣結半導體    

 

抗日戰爭結束后,回到鎮海中學再度學習一年的李志堅于1947年考取浙江大學(1897年創建求是書院,1928年定名為浙江大學)物理系,在何增祿(1898年8月13日-1979年5月12日,1947—1952年任系主任)、束星北(1907年10月01日-1983年10月30日,1946年-1952年任教)、盧鶴紱(1914年6月7日-1997年2月13日,核物理學家)、王淦昌(1907年5月28日-1998年12月10日,中國科學院院士、核物理學家、中國核科學的奠基人和開拓者之一、“兩彈一星功勛獎章”獲得者)等當時中國物理學界最優秀的教授的引領下,走進了物理學的殿堂。1951年大學畢業后被分配到同濟大學物理系任助教。1953年接到學校通知,要他前去北京俄專學習一年后留學蘇聯。就這樣,李志堅踏上了去前蘇聯求學的旅程。1953年9月,李志堅成為列寧格勒大學物理系學生。

 

1947年美國貝爾實驗室發明了半導體點接觸式晶體管,從而開創了人類的硅文明時代。李志堅到達列寧格勒大學時,前蘇聯的半導體研究也剛剛起步,師從當時的物理學家亞歷山大·阿列克謝耶夫·列別捷夫(英文名Alexander Aleksyev Lebedev;俄文名Александр Алексиев Лебедев;1893年11月27日-1969年3月15日,1953年10月當選蘇聯科學院院士)。列別捷夫在前蘇聯國防單位工作,同時在列寧格勒大學物理系兼教研室主任,他在做半導體研究時側重紅外夜視的半導體。目前在俄羅斯科學院還有以列別捷夫命名的物理研究所。

 

留學期間,李志堅克服了語言難關,僅用半年時間就完成了導師規定的兩年學習任務(包括固體物理、量子力學等四、五門課程)。

 

李志堅在通過了相關課程的考試后,他的研究集中在紅外光電器件性能的改善和相關理論探索。得益于浙大物理系學習時練就的良好實驗技能,在實驗中自制了多項實驗工具,根據大量試驗結果,開創性地成功提出薄膜光導體的晶粒電子勢壘理論,完成關于CdS、CdSe薄膜的電子激發電導的畢業論文,以優異的成績獲得了列寧格勒大學物理—數學科學副博士學位。

 

白手起家,開創硅基半導體研究

 

1958年2月,從列寧格勒大學留學回國的李志堅來到了清華大學,參與到無線電電子學系半導體教研組的創建中。

 

當時,中國半導體研究也剛剛起步。1950年,政務院批準在重工業部組建電信工業局,中國電子工業開始進入發展新階段。1956年,國家制定了《一九五六年至一九六七年科學發展遠景規劃綱要》,根據國外發展電子元器件的進程,提出了中國也要研究半導體科學。,把半導體技術列為國家四大緊急措施(計算技術、半導體技術、無線電電子學、自動學和遠距離操縱技術)之一。

 

為了落實國家提出的發展半導體器件,中國科學院應用物理所首先舉辦了半導體器件短期培訓班,請回國的半導體專家黃昆、吳錫九、黃敞、林蘭英、王守武、成眾志等講授半導體理論、晶體管制造技術和半導體線路。1956年暑期,在五所大學――北京大學、復旦大學、吉林大學、廈門大學和南京大學聯合在北京大學開辦了半導體物理專業,共同培養第一批半導體人才。1957年畢業的第一批學生中有中國科學院院士王陽元、工程院院士許居衍和原電子工業部總工程師俞忠鈺。

 

為落實高教部在清華大學創辦包括半導體在內的十個新專業的方案,加上前往北京大學半導體專業學習的曹培棟、張建人、莊同曾、金保生(離開到部隊研究所)、應聯華(離開去無錫)、黃培中(離開到上海交通大學)、俞魯棣和崔君(離開到天津大學)等八員大將畢業回校,無線電電子學系半導體教研組于1957年9月正式成立。1958年2月,加入半導體教研組的李志堅主講“半導體物理”。

 

在創建過程中,人員匱乏,條件簡陋,李志堅邊授課、邊學習、邊建設、邊實驗,1959年在國內首次用四氯化硅氫還原法獲得了純度高達“九個九”的高純多晶硅,拉出了國內第一根鎢絲區熔單晶硅,研制出了PbS光敏電阻、SiC非線性電阻等,隨后在開發硅平面工藝的基礎上,研制出硅高反壓晶體管。

 

作為我國半導體學科的創立者之一,李志堅憑著自己敏銳的洞察力,提出了對半導體科學研究方向的預測。

 

1950年代未,鍺是當時生產半導體的主要材料,在此背景下,李志堅獨辟蹊徑,帶領半導體教研組選擇專攻硅基半導體,準確把握住集成電路發展的正確方向。1970年代末,他又提出以CMOS集成微電子學為主要學術方向。

 

這兩次學術方向的確立對我國的半導體事業和清華大學微電子學科的成功起步及持續發展有著極為重要的戰略意義。

 

攻艱克難,捍衛國家信息安全

 

1969年,教研組一分為二,一部分留在北京專攻MOS電路,一部分去了綿陽分校專攻雙極電路。1978年綿陽的人員全部回到北京,1980年以原半導體教研組的人馬為班底組建了清華大學微電子所,并全力投入到大規模、超大規模集成技術及器件物理的研究中。

 

微電子所成立后,由于國外對中國半導體技術和設備實行禁運和控制,李志堅帶領大家在資金短缺的情況下,自主建立了國內第一個可滿足集成電路生產要求的超凈車間和1.0-1.5微米CMOS前道工藝生產線,并研究開發了成套生產工藝(包括電路設計、工藝流水試制、測試分析),并成功購得荷蘭ASML生產的PAS2500光刻機臺(當時荷蘭沒有對中國實行禁運)。

 

1990年11月研制成功具有我國獨立自主版權,在性能指標上達到世界先進水平的1兆位(1M)漢字只讀存儲器(ROM)芯片,突破國外對先進科技的禁運,滿足國家的戰略需求。1兆位漢字只讀存儲器芯片就是用點陣技術描述一個漢字,再由兩個芯片形成一級漢字庫,這樣會加快運算速度,這個成果后來推廣到了無錫華晶。

 

在參與我國第二代身份證專用集成電路的研制和制造中,李志堅克服了重重困難,向政府建言獻策,堅持“自主版權,國內生產”的基本原則,促進了我國集成電路產業的發展,捍衛了國家的信息安全。

 

桃李天下,春暉四方

 

從1958年學成回國,在其五十多年的從教生涯中,李志堅培養了眾多優秀人才。他們中既有成績斐然的專業學者,如中國科學院微電子所的吳德馨院士、中國科學院半導體所的鄭厚植院士;也有業界精英,如展訊通信的共同創辦人并獲得國家科技進步一等獎的陳大同博士。學生中很多已經成為我國微電子學術界、教育界、產業界的骨干。

 

李志堅還是我國微電子專業最早的博士生導師。他指導的博士生鄒泉波的論文獲“首屆全國優秀博士論文”,博士生馬玉濤的論文獲2003年“全國優秀博士論文”。

 

作為清華大學微電子所的創建人,李志堅不僅對自己所培養的研究生事必躬親,而且對微電子所的教學工作也給予了細心關注,對許多年輕的教員給予有益的指點。

 

李志堅一直深受師生愛戴,因他在教學工作中突出貢獻,獲得了2003年度清華大學“教書育人獎”。

 

后記

 

在“向科學進軍”的號召下,正是在一批從海外回國的半導體學者帶領下,開始建立起中國自主的半導體產業。李志堅的一生與半導體密不可分。從1951年大學畢業后,其60年的學術生涯,是清華大學半導體學科創建和成長的縮影,是中國半導體產業從無到有艱難前行的展現。


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