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【芯魂】李志堅(jiān)院士:方寸鑄就“中國芯”

2018-06-12

李志堅(jiān)(1928年5月1日-2011年5月2日),,微電子學(xué)專家,中國科學(xué)院院士。出生于浙江寧波,,1947年至1951年在浙江大學(xué)物理系學(xué)習(xí),,獲學(xué)士學(xué)位,,1953年至1958年在前蘇聯(lián)列寧格勒大學(xué)物理系留學(xué),,獲副博士學(xué)位,。1958年回國任教于清華大學(xué),,為清華大學(xué)半導(dǎo)體專業(yè)的創(chuàng)立和發(fā)展傾注了畢生心血,,是我國硅基半導(dǎo)體科學(xué)研究的奠基人和開創(chuàng)者。早在1950年代未,,他就提出了以硅技術(shù)為半導(dǎo)體專業(yè)的主要研究方向,;1970年代末,他又提出以CMOS集成微電子學(xué)為主要學(xué)術(shù)方向,。這兩次學(xué)術(shù)方向的確立對(duì)我國的半導(dǎo)體事業(yè)和清華大學(xué)微電子學(xué)科的成功起步及持續(xù)發(fā)展有著極為重要的戰(zhàn)略意義,。李志堅(jiān)院士曾獲得一項(xiàng)國家發(fā)明獎(jiǎng),、兩項(xiàng)國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)和多項(xiàng)部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng),曾獲得陳嘉庚信息科學(xué)獎(jiǎng),、何梁何利科技進(jìn)步獎(jiǎng),;1979年被評(píng)為北京市勞動(dòng)模范和全國勞動(dòng)模范,1984年被評(píng)為國家級(jí)有突出貢獻(xiàn)的專家,,1991年當(dāng)選中國科學(xué)院院士,。在50余年的教學(xué)科研中,培養(yǎng)了一大批活躍在國內(nèi)外微電子學(xué)領(lǐng)域的優(yōu)秀人才,。

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圖片來源于網(wǎng)絡(luò)

 

烽火少年,,立志報(bào)國

 

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

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鎮(zhèn)海中學(xué)


根據(jù)鎮(zhèn)海中學(xué)的校記表明:1937年,,抗日戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā),,敵機(jī)轟炸鎮(zhèn)海,學(xué)校遷至西門外渡駕橋回向寺,。時(shí),,一年級(jí)為普通初中,二,、三年級(jí)為商科,,學(xué)生百余人。1939年8月,,因戰(zhàn)火威脅,,又遷校于柴橋瑞巖寺,改收普通初中新生,,計(jì)三個(gè)學(xué)期,。1940年,因當(dāng)時(shí)縣府指示,,學(xué)校遷至莊市湯家廟,。1941年4月19日,日寇入侵鎮(zhèn)??h城,。清晨,師生得訊,,倉猝星散,,學(xué)校器具典籍盡損。

 

在戰(zhàn)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(shí)常要進(jìn)行逃生準(zhǔn)備和演練,。

 

李志堅(jiān)在小學(xué)和中學(xué)時(shí),因抗日戰(zhàn)爭(zhēng)幾度隨著學(xué)校在農(nóng)村和山區(qū)輾轉(zhuǎn),。盡管當(dāng)時(shí)生活環(huán)境極為惡劣,,教學(xué)設(shè)施非常匱乏,但是大家卻不以為苦,。李志堅(jiān)原本應(yīng)無憂無慮的孩童時(shí)光卻因抗日戰(zhàn)爭(zhēng)的爆發(fā)被改寫,。

 

李志堅(jiān)目睹了日本侵略者的暴行,感受到國破山河在的苦難,。戰(zhàn)亂時(shí)代的經(jīng)歷使他樹立了堅(jiān)定不移的愛國報(bào)國思想,,也培養(yǎng)了他百折不撓的意志?!拔槐拔锤彝鼞n國”的家國情懷,,影響了他的一生。

 

本碩博緣結(jié)半導(dǎo)體    

 

抗日戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束后,,回到鎮(zhèn)海中學(xué)再度學(xué)習(xí)一年的李志堅(jiān)于1947年考取浙江大學(xué)(1897年創(chuàng)建求是書院,,1928年定名為浙江大學(xué))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(xué)家)、王淦昌(1907年5月28日-1998年12月10日,,中國科學(xué)院院士,、核物理學(xué)家、中國核科學(xué)的奠基人和開拓者之一,、“兩彈一星功勛獎(jiǎng)?wù)隆鲍@得者)等當(dāng)時(shí)中國物理學(xué)界最優(yōu)秀的教授的引領(lǐng)下,,走進(jìn)了物理學(xué)的殿堂。1951年大學(xué)畢業(yè)后被分配到同濟(jì)大學(xué)物理系任助教,。1953年接到學(xué)校通知,要他前去北京俄專學(xué)習(xí)一年后留學(xué)蘇聯(lián),。就這樣,,李志堅(jiān)踏上了去前蘇聯(lián)求學(xué)的旅程。1953年9月,,李志堅(jiān)成為列寧格勒大學(xué)物理系學(xué)生,。

 

1947年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了半導(dǎo)體點(diǎn)接觸式晶體管,從而開創(chuàng)了人類的硅文明時(shí)代,。李志堅(jiān)到達(dá)列寧格勒大學(xué)時(shí),,前蘇聯(lián)的半導(dǎo)體研究也剛剛起步,,師從當(dāng)時(shí)的物理學(xué)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(dāng)選蘇聯(lián)科學(xué)院院士)。列別捷夫在前蘇聯(lián)國防單位工作,,同時(shí)在列寧格勒大學(xué)物理系兼教研室主任,,他在做半導(dǎo)體研究時(shí)側(cè)重紅外夜視的半導(dǎo)體。目前在俄羅斯科學(xué)院還有以列別捷夫命名的物理研究所,。

 

留學(xué)期間,,李志堅(jiān)克服了語言難關(guān),僅用半年時(shí)間就完成了導(dǎo)師規(guī)定的兩年學(xué)習(xí)任務(wù)(包括固體物理,、量子力學(xué)等四,、五門課程)。

 

李志堅(jiān)在通過了相關(guān)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(guān)理論探索,。得益于浙大物理系學(xué)習(xí)時(shí)練就的良好實(shí)驗(yàn)技能,在實(shí)驗(yàn)中自制了多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)工具,,根據(jù)大量試驗(yàn)結(jié)果,,開創(chuàng)性地成功提出薄膜光導(dǎo)體的晶粒電子勢(shì)壘理論,完成關(guān)于CdS,、CdSe薄膜的電子激發(fā)電導(dǎo)的畢業(yè)論文,,以優(yōu)異的成績獲得了列寧格勒大學(xué)物理—數(shù)學(xué)科學(xué)副博士學(xué)位。

 

白手起家,,開創(chuàng)硅基半導(dǎo)體研究

 

1958年2月,,從列寧格勒大學(xué)留學(xué)回國的李志堅(jiān)來到了清華大學(xué),參與到無線電電子學(xué)系半導(dǎo)體教研組的創(chuàng)建中,。

 

當(dāng)時(shí),,中國半導(dǎo)體研究也剛剛起步。1950年,,政務(wù)院批準(zhǔn)在重工業(yè)部組建電信工業(yè)局,,中國電子工業(yè)開始進(jìn)入發(fā)展新階段。1956年,,國家制定了《一九五六年至一九六七年科學(xué)發(fā)展遠(yuǎn)景規(guī)劃綱要》,,根據(jù)國外發(fā)展電子元器件的進(jìn)程,提出了中國也要研究半導(dǎo)體科學(xué),。,,把半導(dǎo)體技術(shù)列為國家四大緊急措施(計(jì)算技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、無線電電子學(xué),、自動(dòng)學(xué)和遠(yuǎn)距離操縱技術(shù))之一,。

 

為了落實(shí)國家提出的發(fā)展半導(dǎo)體器件,中國科學(xué)院應(yīng)用物理所首先舉辦了半導(dǎo)體器件短期培訓(xùn)班,,請(qǐng)回國的半導(dǎo)體專家黃昆,、吳錫九、黃敞,、林蘭英,、王守武、成眾志等講授半導(dǎo)體理論,、晶體管制造技術(shù)和半導(dǎo)體線路,。1956年暑期,在五所大學(xué)――北京大學(xué),、復(fù)旦大學(xué),、吉林大學(xué)、廈門大學(xué)和南京大學(xué)聯(lián)合在北京大學(xué)開辦了半導(dǎo)體物理專業(yè),,共同培養(yǎng)第一批半導(dǎo)體人才,。1957年畢業(yè)的第一批學(xué)生中有中國科學(xué)院院士王陽元、工程院院士許居衍和原電子工業(yè)部總工程師俞忠鈺,。

 

為落實(shí)高教部在清華大學(xué)創(chuàng)辦包括半導(dǎo)體在內(nèi)的十個(gè)新專業(yè)的方案,,加上前往北京大學(xué)半導(dǎo)體專業(yè)學(xué)習(xí)的曹培棟、張建人,、莊同曾,、金保生(離開到部隊(duì)研究所)、應(yīng)聯(lián)華(離開去無錫),、黃培中(離開到上海交通大學(xué)),、俞魯棣和崔君(離開到天津大學(xué))等八員大將畢業(yè)回校,無線電電子學(xué)系半導(dǎo)體教研組于1957年9月正式成立,。1958年2月,,加入半導(dǎo)體教研組的李志堅(jiān)主講“半導(dǎo)體物理”。

 

在創(chuàng)建過程中,,人員匱乏,,條件簡陋,李志堅(jiān)邊授課,、邊學(xué)習(xí),、邊建設(shè)、邊實(shí)驗(yàn),,1959年在國內(nèi)首次用四氯化硅氫還原法獲得了純度高達(dá)“九個(gè)九”的高純多晶硅,拉出了國內(nèi)第一根鎢絲區(qū)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(fā)硅平面工藝的基礎(chǔ)上,研制出硅高反壓晶體管,。

 

作為我國半導(dǎo)體學(xué)科的創(chuàng)立者之一,,李志堅(jiān)憑著自己敏銳的洞察力,提出了對(duì)半導(dǎo)體科學(xué)研究方向的預(yù)測(cè),。

 

1950年代未,,鍺是當(dāng)時(shí)生產(chǎn)半導(dǎo)體的主要材料,在此背景下,,李志堅(jiān)獨(dú)辟蹊徑,,帶領(lǐng)半導(dǎo)體教研組選擇專攻硅基半導(dǎo)體,準(zhǔn)確把握住集成電路發(fā)展的正確方向,。1970年代末,,他又提出以CMOS集成微電子學(xué)為主要學(xué)術(shù)方向。

 

這兩次學(xué)術(shù)方向的確立對(duì)我國的半導(dǎo)體事業(yè)和清華大學(xué)微電子學(xué)科的成功起步及持續(xù)發(fā)展有著極為重要的戰(zhàn)略意義,。

 

攻艱克難,,捍衛(wèi)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(dǎo)體教研組的人馬為班底組建了清華大學(xué)微電子所,,并全力投入到大規(guī)模、超大規(guī)模集成技術(shù)及器件物理的研究中,。

 

微電子所成立后,,由于國外對(duì)中國半導(dǎo)體技術(shù)和設(shè)備實(shí)行禁運(yùn)和控制,李志堅(jiān)帶領(lǐng)大家在資金短缺的情況下,,自主建立了國內(nèi)第一個(gè)可滿足集成電路生產(chǎn)要求的超凈車間和1.0-1.5微米CMOS前道工藝生產(chǎn)線,,并研究開發(fā)了成套生產(chǎn)工藝(包括電路設(shè)計(jì)、工藝流水試制,、測(cè)試分析),,并成功購得荷蘭ASML生產(chǎn)的PAS2500光刻機(jī)臺(tái)(當(dāng)時(shí)荷蘭沒有對(duì)中國實(shí)行禁運(yùn))。

 

1990年11月研制成功具有我國獨(dú)立自主版權(quán),,在性能指標(biāo)上達(dá)到世界先進(jìn)水平的1兆位(1M)漢字只讀存儲(chǔ)器(ROM)芯片,,突破國外對(duì)先進(jìn)科技的禁運(yùn),滿足國家的戰(zhàn)略需求,。1兆位漢字只讀存儲(chǔ)器芯片就是用點(diǎn)陣技術(shù)描述一個(gè)漢字,,再由兩個(gè)芯片形成一級(jí)漢字庫,,這樣會(huì)加快運(yùn)算速度,這個(gè)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(jiān)克服了重重困難,向政府建言獻(xiàn)策,,堅(jiān)持“自主版權(quán),,國內(nèi)生產(chǎn)”的基本原則,促進(jìn)了我國集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,,捍衛(wèi)了國家的信息安全,。

 

桃李天下,春暉四方

 

從1958年學(xué)成回國,,在其五十多年的從教生涯中,,李志堅(jiān)培養(yǎng)了眾多優(yōu)秀人才。他們中既有成績斐然的專業(yè)學(xué)者,,如中國科學(xué)院微電子所的吳德馨院士,、中國科學(xué)院半導(dǎo)體所的鄭厚植院士;也有業(yè)界精英,,如展訊通信的共同創(chuàng)辦人并獲得國家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)的陳大同博士,。學(xué)生中很多已經(jīng)成為我國微電子學(xué)術(shù)界、教育界,、產(chǎn)業(yè)界的骨干,。

 

李志堅(jiān)還是我國微電子專業(yè)最早的博士生導(dǎo)師。他指導(dǎo)的博士生鄒泉波的論文獲“首屆全國優(yōu)秀博士論文”,,博士生馬玉濤的論文獲2003年“全國優(yōu)秀博士論文”,。

 

作為清華大學(xué)微電子所的創(chuàng)建人,李志堅(jiān)不僅對(duì)自己所培養(yǎng)的研究生事必躬親,,而且對(duì)微電子所的教學(xué)工作也給予了細(xì)心關(guān)注,,對(duì)許多年輕的教員給予有益的指點(diǎn)。

 

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

 

后記

 

在“向科學(xué)進(jìn)軍”的號(hào)召下,,正是在一批從海外回國的半導(dǎo)體學(xué)者帶領(lǐng)下,,開始建立起中國自主的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。李志堅(jiān)的一生與半導(dǎo)體密不可分,。從1951年大學(xué)畢業(yè)后,,其60年的學(xué)術(shù)生涯,是清華大學(xué)半導(dǎo)體學(xué)科創(chuàng)建和成長的縮影,,是中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)從無到有艱難前行的展現(xiàn),。


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