中国半导体第四话：论基础教育的重要性——名门之后王守武先生

kelly 在周三, 08/17/2016 - 16:23 提交

在我国知名的半导体专家中，王守武先生是很特别的，他不但是名门之后（他为明代宰相王鏊后裔），而且家人中成大家者特别多，比如他父亲王季同是数学家，兄弟姐妹中王守竞、王守觉、王淑贞、王明贞等皆为科技泰斗，一家出这么多名人确实罕见啊。

王守武先生1919年3月15日出生于江苏省苏州市。孩童时代常被疟疾纠缠，身体状况不好，智力曾一度受到影响。上学后，经常性的病休，持续不断的自学磨练，使得他从小就养成了寡言、内向的性格，和善于独立思考的习惯。由此看来决定一个人未来真不是先天的因素啊。

在先生4岁时，父亲赴上海与他人合股开办机械厂，家人也随之迁居。不到两年，工厂倒闭，家里分得不少机械加工工具，这却使他在家有条件学会钳工和配钥匙、修理家庭用具、绕制变压器等技艺。王守武后来之所以能在科研工作中动手能力强，均得益于那时的培养和磨练。

王守武先生的父亲是我国家著名数学家王季同，在清朝的时候曾是留学生监董，“诗书传家久”是家庭古训，专心读书、获取知识，为国家做力所能及的事是这个家族的家风。在上海工作之余，他父亲常给子女们讲些趣味数学，或出一些智力测验题让王守武和其他孩子回答。

那时，王守武曾随哥姐们听父亲讲过如何求园周率π的问题，他虽听不懂，但“π”这个无理数的特性，却一直印在他脑海中。1934年父亲退休后举家迁回苏州。王守武也随之转入省立苏州中学学习。高三时，他从反三角函数级数展开中得到了π的计算方法写成“园周率π的级数展开”一文。

王守武高中毕业前夕，未曾根治的宿疾——疟疾再次重犯，耽误了学校的年终考试和苏州全区的毕业会考。一张肄业证书难以像他哥姐们那样入清华大学、燕京大学、协和医学院等名牌学府就读，只得听从曾留学德国大哥建议进上海同济大学德文补习班。一年后才成为同济大学机电系学生。

1937年，“七七”芦沟桥事变后，日本侵略者将侵华战火烧到上海，发动了“八一三”事变，同济大学不得不离沪内迁。八年抗战的岁月，人民生活不安宁，读书也不安宁。好不容易挨到了1941年春天，王守武才在云南昆明郊外的同济大学临时校舍里毕业。

大学毕业后，王守武就近在昆明入兄长王守竞任总经理的中央机器厂当了工务员。一年后又入中国工合翻砂实验工厂任工务主任。讷于言谈的王守武自感不适合管理工作，便转到同济大学任教。1945年10月，他入美国印第安那州普度大学研究生院攻读工程力学。翌年6月荣获硕士学位。

他各门功课优异，尤以数学成绩最好，校方为鼓励王守武继续深造，资助他攻读博士学位。这时，正在兴起的量子力学引起了王守武的兴趣，便从工程力学转向对微观粒子运动规律的研究。两年后，王守武完成了题为“一种计算金属钠的结合能和压缩率的新方法”的论文，获博士学位。

下方图表是整理出王守武家族的一些信息，这个家族出了很多科学大家，先生一位表姐很出色名为何泽慧，嫁的老公更为出色，是为钱三强。

王守武的本意是获得博士学位后即回国效力。1949年的祖国，正处于黎明前的黑暗时期，王守武难以成行，经普度大学工程力学系主任斯蒂姆（STURM）的敦聘，留校执教，并与同在普度大学留学的葛修怀女士，组成了温馨的家庭，过着宁静、舒适的生活。

1950年2月著名数学家华罗庚在归国途中向中国的第三代留学生们发出了《致中国全体留美学生的公开信》，之后留学生们纷纷回国。1950年的6月25日朝鲜战争爆发。王守武借思念孤寡母亲为由，向美国当局递交了回国申请。获得批准后即毫不迟疑地偕同夫人携不满周岁的女儿启程回国。

1950年底，王守武刚到物理所，就有人交给他一项紧急任务：为在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。那个时候前线运输的车子晚上不能开灯，刺眼的灯光在晚上会成为敌军飞机的轰炸目标。要设计出一种特殊的车灯和路标，使车上的司机能看见又不致被敌机发现。

王守武马上组织科研人员依据他的设计进行加工制作。他依据光线在锥体表面定向反射的原理，使特殊设计的车灯光线在路标上的反射光，只能定向地射到司机的眼里，避免了敌机发现的可能性。设计制作完成后，在北京郊区进行了实地试验，结果非常成功地解决了问题。

1951年5月西藏和平解放后，当地政府发现藏民生活用燃料奇缺，能源不足，但是高原的阳光充足，便向中国科学院提出了“用太阳来做饭”的请求。受命主持此项设计任务的王守武，考虑到制造一个大面积的抛物形反射镜加工有困难，决定改用多个窄圆锥形反射面组成的反射系统。

用调整每个圆锥面斜度的方法，使平行于主轴方向的光线都反射到太阳灶的中心。设计制作成功后，用它可以在15分钟内把一壶水烧开。这种太阳灶，至今还在青藏高原发挥它的作用。

让他对半导体产生兴趣是一个很偶然的机会。“在物理所的时候有人说有个仪表坏了他们不会修，送给我们，拆开后里面有个叫氧化亚铜的镇流器坏了，这个东西去啊里弄啊，我们就查了一些文献后自己做，就这样对半导体产生了兴趣。”查文献，自己做，这是经常能从王守武嘴里听到的话。

1956年，是王守武科学研究工作中的一个转折点，人生之旅中的关键年代。王守武应邀参加由党中央和国务院领导同志主持的“全国十二年科学技术发展远景规划”的讨论和制订工作。在所确定的57项重大科技项目中，半导体科学技术的发展，被列为五大紧急措施之一，是抓紧实施的重点。

黄昆、谢希德和王守武等组成了中国科学院应用物理所中中国第一个半导体研究室。包括二机部华北无线电元件研究所、南京工学院等单位在内的40余名科学工作者开始了锗材料的研究。王守武设计制造了我国第一台拉制半导体锗材料的单晶炉，于1957年底拉制成功了我国第一根锗单晶。

1957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。这与全球第一晶体管相比，也就晚了十年左右时间。

1958年8月，王守武的弟弟王守觉从苏联学习归来，引来了合金扩散工艺，加速了我国第一批锗高频合金扩散晶体管的成功研制。王守武在参与研制锗高频合金扩散管的同时，还参与了拉制硅单晶的组织工作，并解决了在拉制硅单晶过程中因坩埚底部温度过高而引起的跳硅难题。

1957年林兰英回国，王守武动员她来半导体工作组工作，任材料研究组组长，具体实施了硅单晶的拉制方案。经王守武与林兰英的共同努力，使得我国第一根硅单晶于1958年7月问世。在王守武与有关同志的组织领导下，于1958年创建了我国最早生产晶体管的工厂——中国科学院109工厂。这个109厂就是中国科学院微电子研究所的前身，1986年，109厂与中国科学院半导体研究所、计算技术研究所有关研制大规模集成电路部分合并为中国科学院微电子中心。2003年9月，正式更名为中国科学院微电子研究所。在五十多年的发展历程中，中国科学院微电子研究所硕果累累。

中科院微电子研究所的成果包括为我国第一台锗晶体管计算机研究生产了半导体晶体管；为我国第一台硅晶体管计算机——“109丙机”研究生产了硅平面晶体管；为我国“东方红一号”提供了半导体晶体管；为我国首台1000万次/秒的晶体管计算机“757机”承担了全部集成电路研制任务。

20世纪50年代末，半导体材料与器件工业在全国如雨后春笋般地发展起来，但材料与器件质量的检测手段还远不能适应客观需要，当时不同单位对同一参数的测试结果差别很大，难以据此来判断各单位成果水平。1962年，王守武依据国家科委的决定，在半导体所筹建全国半导体测试中心。

1964年元旦前夕王守武等研制成功了我国第一只半导体激光器。此后王守武除了继续从事研制新品种激光器外，还亲自指导并参与了激光通信机和激光测距仪的研制工作。此后不久，我国第一台激光通信机就诞生了，它可以在无连线的情况下，保密通话达3公里以上，强啊。

1978年10月，王守武被邀请请负责4000位的MOS随机存储器研究工作。这时王守武那种“做有用的东西”的思想又冒了出来，他认为搞一种新产品，只出样品、礼品、展品，没有一定的成品率，不能真正解决国家的急需；只有在国产设备的基础上提高成品率，才有推广生产的现实意义。但是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，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。他认为要想工艺质量稳定，首先必须净化系统和使工艺设备性能稳定。非常正确啊。

光刻机漏油、蒸发器性能不稳、椭圆测厚仪常出毛病，王守武常常亲自进行检修，他对所用超纯水、试剂、超纯气体、光刻胶、超微粒干版、版基玻璃等基础材料，都一一进行认真测试，使之达到所需的质量标准。王守武要求一般工艺完好率达95%以上、关键工艺完好率达99%以上。

王守武先从研制难度不大的256bit中规模集成电路入手，以验证工艺流程的稳定性和可靠性。当其成品率达47%以上时，王守武才让投片研制4000bit动态随机存储器。1979年9月28日，其中一种版图的批量成品率达20%以上，最高的达40%，为当时国内集成电路研制中的最高水平。
1980年，王守武兼任中国科学院109工厂兼，开展这4000位大规模集成电路的推广工作，在确定工艺技术方案时，他不仅引导大家大胆采用等离子化学汽相淀积(CVD)这一最新工艺，还积极采用半导体研究所发明的一种成本低、光刻线边界整齐、针孔少、适合大生产的无显影光刻技术。