【回顾】 开山祖师九如颂



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送交者: 关东老农 于 March 13, 2009 10:48:26:

开山祖师九如颂

1959年周培源先生在《中国科技十年》一文中是这样描述与评点中国半导体事业的起步阶段:黄昆、谢希德主办的半导体讲习班为新中国培养了第一批科学技术人才,王守武、高鼎三等人开创了中国半导体工程。今年三月是王守武先生九十华诞,作为一个后学晚辈──尤其是承蒙祖师及授业恩师们的恩泽,使得我至今还捧着半导体饭碗──我理应献上衷心的祝颂。让我们追溯这位科学家的人生足迹,同时也缅怀中国半导体界的列位开山祖师。

我们将坐标的原点设在世界上第一只晶体管出现的日子。

1947年圣诞节前夕,美国贝尔实验室的肖克莱、巴丁和布莱顿演示了第一只点接触锗晶体管的工作性能,这只晶体管的雏形标志着现代半导体时代的起点。发明人巴丁和布莱顿于1948年6月17日提出了专利申请,并在1950年10月3日获得美国第2524035号专利,发明名称为《利用半导体材料的三极电路器件》。1949年肖克莱的结型晶体管理论日臻成熟,他提出以两个P型层中间夹一N型层作为半导体放大器的结构设想。1950年肖克莱与人合作,成功地研制出单晶锗N-P-N结构三极管。与点接触三极管相比,它具有显著的优越性,此后结型晶体管取代了点接触型晶体管,它是晶体管的真正鼻祖。晶体管的发明实为二十世纪的重大发现,因此肖克莱、巴丁和布莱顿获得了1956年度诺贝尔物理学奖。

任何一项高科技产物如果不能够产品化、规模化和市场化,那么就只能沦为装饰花瓶。晶体管技术很幸运,五十年代早期,美国军方急需用最新发明的晶体管来取代电子管,因此晶体管有了一个巨大的市场。军方对于价格并不在乎,故而当时每只晶体管的价格可以高达20美元。

1953年,德州仪器公司(TI)发明了晶体管收音机。1954年第一款晶体管收音机的售价为49.95美元,这个产品采用了4只晶体管。晶体管迅速地从军用到民用,说明其成本已经大幅度降低,这就意味着它将会拥有更大的消费市场。

1955年贝尔实验室研制出世界上第一台全晶体管计算机TRADIC,装有800只晶体管,耗散功率仅100瓦 ,占地也只有3立方英尺。

1955年肖克莱回到了家乡加州圣克拉拉,在山景城创立了肖克莱实验室。此时的肖克莱登高一呼,从者如云,他网罗了一批青年俊彦。不幸的是由于肖克莱的性格缺陷而导致众叛亲离,后来出现了著名的“八叛逆”出走事件;庆幸的是这八个年轻人成为硅谷的拓荒人,尔后成为各大公司的领军人物。

1957年“叛逆者”摩尔与诺伊斯创立了仙童半导体公司。

1958年仙童公司的诺伊斯与德州仪器公司的克尔比在间隔数月间分别发明了集成电路,开创了世界微电子学的历史。

当大洋彼岸半导体发展风起云涌的时候,新中国的科学家就投以关注的目光。1955年中国物理学会在北京举办了一个半导体报告会,主讲人是黄昆、王守武、洪朝生和汤定元先生。为了紧跟国际研究的前沿,由黄昆带头,汤定元和王守武、洪朝生等专家坚持深入研讨如何发展我国半导体事业的重要课题,并决定由黄昆、汤定元等四位专家合作,在北京大学物理系固体物理专业讲授《半导体物理学》课程。与此同时,由中国物理学会牵头,进行了三项工作:应用物理研究所召开一次全国性的半导体讨论会并出版会议文集;翻译出版苏联约飞的《近代物理学中的半导体》;举办半导体短期讲习班。科学家们的工作,成为尔后的国家规划的预先研究,为国家决策提供了坚实的基础。

1956年1月31日,国务院召开有中科院、国务院各有关部门、高等学校的领导人和科技人员参加的制订科学发展远景规划的动员大会。李富春在报告中阐述制订远景规划的目的、要求、原则以及规划的内容。陈毅要求在制订规划时,各部门“党委及行政负责人和科学家建立同志式的感情,找彼此间的共同语言,打破隔阂,发挥科学家的积极性”。会上宣布成立以范长江为组长的10人科学规划小组。自3月起,规划小组以中科院物理学数学化学部、生物学地学部和技术科学部为基础,集中全国600多位科学家,按照“重点发展,迎头赶上”的方针,采取“以任务为经,以学科为纬,以任务带学科”的原则,对各部门的规划进行综合。这是新中国科学技术的春天啊!众多科学家参加了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。在所确定的57项重大科技项目中,半导体科学技术的发展,被列为四大紧急措施之一。

在一切向苏联一面倒的大气候下,能够做出如此远见卓识的决策实属不易!在半导体器件与集成电路发韧之初,苏联半导体界受其权威人物约飞的控制,只相信他们自己的研究方向,热衷于做半导体热电效应和温差发电等。认为半导体器件的可靠性不如电子管,故而不重视对半导体晶体管的研究。尽管他们的电子管几乎做到极致,但数十年来苏联的微电子事业却一直处于落后状态。而中国半导体事业的开山祖师们,诸如黄昆、谢希德、王守武、汤定元、高鼎三等先生,几乎是清一色的留学欧美的“海归”。他们并没有在“学习老大哥”的浪潮中失去自己的真知灼见!说来真是一件幸事!为了落实这项紧急任务,中央有关部门决定由黄昆、谢希德和王守武等知名学者,分别在培养人才和从事开拓性研究两个方面进行突击。

在“十二年科技规划”引导下,各路英豪向半导体进军。 1956年是中国半导体事业的起始点。

1956年暑期,北京大学、复旦大学、南京大学、厦门大学和吉林大学五校联合,在北京大学开办中国第一个半导体专业,黄昆任主任、谢希德为副主任。当时采用“拔青苗”的办法,即在大学物理专业四年级选拔品学兼优的学生,这批人中有邓先灿、王阳元、许居衍、俞忠钰等人。在黄昆、谢希德领导下,先后开设了固体物理、半导体物理、半导体实验、半导体材料、晶体管电路、半导体器件等基础课程和专业课程。培养出240多名首批半导体专业的毕业生,他们成为中国国新兴半导体事业的第一批技术骨干,对建立和发展半导体科学技术与工业体系起到了重要作用。黄谢讲习班实为中国半导体事业的“黄埔军校”。黄昆与谢希德先生乃一代宗师,他们在海外留学期间就做出了傲人的成绩。记得许振嘉先生曾对我说:“黄先生若不回国,学术成就不可限量!”当年谢希德先生不听其父劝阻、毅然回国报效,致使父女关系产生严重的裂痕,真的是忠孝不能两全啊!谢毓铭教授错了吗?没有!倘若谢希德先生留在美国,会做出更大的学术成就;那么谢希德先生错了吗?没有!她做出了正确的选择!她在中国半导体界立下了一座丰碑,“赢得身前死后名”。他们牺牲了个人学术前程,为中国培养了一代代的人才。他们对国家的贡献远远比拿到一个诺贝尔奖要重要的多!

高鼎三先生于1955年回国,来到东北人民大学任物理系副主任兼半导体教研室主任。 早在50年代初期,高鼎三先生在美国国际整流器公司工作期间,就曾提出一种新的工艺方法,解决了大面积大电流整流器的制造难题。他主持研制成功的半导体大功率整流器,已用于美国火箭发动机、化工自动控制系统之中。1956年2月他去北京参加中国物理学会召开的关于半导体研究的会议。会上他满怀信心地提出:“要开展半导体的研究,赶上世界先进水平。”回校后,他带领半导体研制小组仅利用5个星期的时间就试制成锗大功率整流器。这是中国第一个用锗材料制造成的功率器件;1956年3月25日向“全国科学规划会议”报喜;尔后4月14日的《人民日报》和5月29日的《光明日报》都对此作了详细报导。1959年他主持创建了吉林大学半导体系。此后数十年教书育人搞科研。育得桃李满天下,是我们尊敬的师表。

1956年针对半导体的发展。工业部门也在布局谋篇。 出身于西南联大的武尔祯先生奉调任十一所副所长,筹建半导体研究室。他从天津广播器材厂带来两名工程师:一位是搞设备出身的宋秉治先生,另一位就是我的恩师李中南先生。武尔祯先生接待的第一个大学毕业生是后来被称之为“中国半导体界四大女强人”之一的邓先灿先生。这个半导体研究室最后发展演变成为四机部十三所。继武尔祯先生之后邓先灿先生曾长时间担任十三所的总工程师。她曾参加了王守武先生主持的第一只三极管的研制工作,故而数十年来对王守武先生恭恭敬敬地执弟子礼。十三所是一个具有光荣历史的研究所,数十年来为中国的半导体事业做出了巨大的贡献。

作为新中国成立后第一批回国的热血青年,王守武先生进入应用物理研究所工作。是一个偶然的机会使得他对半导体产生了兴趣:“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,我们拆开了一看,里面有个叫氧化亚铜的镇流器坏了,这个东西去哪里弄啊?我们就查了一些文献,然后自己动手做。就这样对半导体产生了兴趣,之后在做12年规划的时候就选择了半导体。”“半导体的事情是在我们手里做起来的,我们回来的时候世界上的半导体业才刚刚起步。”王守武先生说:“我在美国学了一点量子力学,然后就偏重于物理了,因为是国家的需要,所以我就转过来做半导体。” 王守武先生的优势在于非但数理功底深厚,而且动手能力极强。由他主持开拓性研究工作实在是再合适不过了。

王守武先生也深知这一工作的重要性,毅然中断了其他科研项目,全身心地投入到半导体的研究工作中来,组建了中国科学院应用物理所半导体研究室。这就是中科院半导体所的前身。无论是中科院半导体所还是十三所,都乐于将建立时间定在1956年,因为这两个所都是周总理主持的“十二年科技规划”的产物。

根据当时国外文献的报道,锗是制作晶体管最现实的材料。在王守武先生和吴锡九研究员的组织领导下,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,开始了半导体锗材料的研究工作。他一方面抓锗材料的提纯,一方面亲自领导设计制造单晶炉,并于1957年底成功地拉制第一根锗单晶;同年11月底到次年初,王守武先生与同事合作,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。1958年8月,负责器件组工作的王守觉先生从苏联学习归来,引进了合金扩散工艺,加速了中国第一批锗高频合金扩散晶体管的成功研制。“打虎亲兄弟,上阵父子兵”。王氏兄弟数十年搭档搞半导体器件与集成电路,两人同时入选中科院院士。业界通常称王守武为大王先生,称王守觉为小王先生。

1957年林兰英先生回国,大王先生亲动员她来到了半导体研究室工作,任材料研究组组长,具体实施了硅单晶的拉制方案。经大王先生与林兰英先生的共同努力,使得第一根硅单晶于1958年7月问世。为了促进中国第二代(晶体管型)电子计算机的研究,在大王先生与有关同志的组织领导下,于1958年创建了中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。到1959年底,为研制109乙型计算机提供了12个品种、上万只锗晶体管,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。

“大风起兮云飞扬,安得猛士兮守四方?”中国半导体创业历程是一段可歌可泣的故事。科学家的慎思、国家的决策、科学布局与强有力的组织领导、广大科技人员与工人师傅的无私奉献,使得中国半导体事业走上一条自主创新之路。我在十三所工作的一个时期里,每年都要去殡仪馆十次八次。由于当年实验室条件恶劣,很多人身体健康受到损害,从而导致英年早逝。一段时期里,50岁成了科技人员的危险年龄。另一方面,毋需讳言,尽管中国的半导体起步很早,但最后不仅落后于日本,也落后于南韩和台湾。其经验教训是值得政府有关机构和业界方家加以分析总结的。

当我进入半导体领域的时候,王守武先生早已经是一位德高望重的科学家了。1986年,十三所三十年所庆,大王先生莅临庆祝大会。这是我第一次见到王守武先生。在硅谷生活的那段日子里,一个偶然的机会,使得我与大王先生的夫人葛修怀教授由于种植蔬菜的缘故而成为忘年交。从而与大王先生有一些接触,从他们那里了解一些大王先生的早年生活及其家族历史。使我对这一满门俊彦的苏州望族产生了浓厚的兴趣。

大王先生的先祖王鏊曾官居明朝宰辅。其祖父王颂蔚是光绪五年进士,曾任军机处章京。王家的兴旺发达得益于“诗书传家久”的优良传统。对王家居功至伟者当属大王先生的祖母谢长达,她犹如现代的佘太君,巾帼英雄啊!她思想先进、性格刚烈、敢作敢当,王三太太在吴中很有名气。光绪二十七年(1901年),她在苏州发起成立天足会,自任总理、亲订章程、带头放足。武昌起义后,沪、苏等地组织女子北伐队,她出任苏属队长,亲率女学生百余人积极参加筹募工作。光绪三十一年(1905),谢长达与友人陈星昭、蒋振懦等人捐募千余元创办女子两等小学,以“振兴中华”为办学目的,定校名为“振华女校”。1917年,谢长达因年事已高,遂将校长一职交由刚从美国学成归来的三女王季玉担任。1934年岁末谢长达逝世,享年87岁。遵照谢长达的遗愿,丧事所收礼金,悉数充作“长达清寒奖学基金”。

振华女校很重视理科教学和英语教学,数理化都是应用国外原版教材,要求也比教会学校和公立中学要高一些。但是,她并不是把西方教育简单地搬用到中国来。谢长达讲:“我们不能让西方教育完全替代东方文明,而是应该让它成为一种有益的补充。”在振华女校课程中,中国传统文化依然占有相当重要的位置,学生们仍然要读中国儒家经典《论语》、《孟子》。从这座学校走出了何泽慧、王淑贞、杨绛等中华英才。

谢长达的9个子女也都是酷爱读书,几乎都有大学学历或海外留学经历。

大王先生的伯父王季烈为光绪三十年进士,与蔡元培同科。早年翻译传播西方现代物理学。王季烈在任张之洞幕僚时,与受聘于江南制造局的英国人傅兰雅合作翻译了美国莫耳登与哈麦的《X射线,或不可见射线的照相术及其在外科中的重要性》一书,以《通物电光》的中文译名在1898年印行。此书出版时间仅比伦琴发现X光(1895)晚4年。1908年清政府学部颁发了由王季烈主持编纂的、有中、日、英3种文字对照的《物理学语汇》,收入物理学名词近千条,这是中国第一本由政府颁发的物理学名词规范。Physics一词翻译就是他首倡沿用日文翻译“物理”取代以往的中文翻译的“格致”。科学技术名词语汇的标准化,对于中国物理学的发展有极重要的意义。王季烈晚年研究昆曲,并成为一代大家。

大王先生的父亲王季同,1895年任京师同文馆算学教习。后留学英国学习电机工程。1910年他在英国发表的关于四元函数微分法的论文被誉为“王氏代数”,据说这是中国人在西方学术刊物上发表的第一篇数学论文。1916年曾发明转动式变压器,并以英文撰写《电网路计算法》论文,在欧洲的科学杂志上发表,以此而颇负时誉。他和蔡元培先生关系密切,早年曾协助蔡元培制造炸弹、办爱国女校和《俄事警闻》。1927年曾协助蔡元培筹备中央研究院,1928年进入中央研究院工程研究所任研究员。后来他在上海创办了一家“大效铁工厂”,制造柴油发动机和发电机,绩效颇佳。但是由于管理上存有漏洞,财务人员做假帐转移资金,从而导致公司破产。有一些设备搬回了苏州老家,适逢大王先生因病辍学,这使得他有条件学会钳工和绕制变压器等技艺。后来他之所动手能力很强,均得益于那时的培养和锻练。王季同工作之余,常给子女们讲些趣味数学,或出一些智力测验题。大王先生曾听父亲讲过如何求园周率π的问题。那时他虽然听不懂,但“π”这个无理数的特性,却一直印在他的脑海之中。高中三年级时,经过对《三角》、《高等代数》的学习,启迪了他的思维。他从反三角函数的级数展开中,得到了π的计算方法,写成“园周率π的级数展开”一文,发表在苏州中学的校刊上,显露了他在数理理论方面的过人才华。王季同晚年学佛,颇有心得。

他的三叔王季点是京师大学堂的教授,四叔王季绪是北京大学教授、北洋工业院院长。他的五个姑母有几位具有留学经历。不过只有他四姑母与五姑母结婚成家,四姑母王季山有两个女儿有很高的成就: 长女何怡贞是中科院固体物理研究所研究员,其夫君为凝聚态物理学家葛庭燧院士;次女何泽慧与钱三强则是夫妻档院士、是中国大名鼎鼎的科学家。
到了大王先生这一代,其兄弟姐妹个个学有所成,简直是灿若明星。 
 
大哥王守竞1924年留学美国,获康奈尔大学物理学硕士、哈佛大学欧洲文学硕士、哥伦比亚大学理论物理学博士。1927年王守竞第一次把量子力学应用于分子运动的研究,得出的结果被称为“王氏公式”。1931年任北京大学物理系主任、中国物理学会副会长。“九一八”事变后,他决心暂停“教育救国”的实践,走上“教授办厂”之路。抗战中任国民政府资源委员会下属中央机器厂厂长,成为中国机器制造工业的奠基人之一。说起来“大王先生”这顶桂冠应该归王守竞所有才是。

大姐王淑贞考取清华庚子赔款奖学金赴美留学,先后就读于巴尔的摩高等女子大学、芝加哥大学、霍普金斯大学医学院,获医学博士学位。1926年回国后,长期在上海从医执教。她是我国妇产科学奠基人之一,与林巧稚齐名,有“南王北林”之誉。

王明贞1938年赴密西根大学攻读理论物理。对统计物理学,尤其是对玻耳兹曼方程和布朗运动有深入系统的研究。1944年王明贞与乌伦贝克教授合作写了一篇关于布朗运动理论的文章,一直被认为是了解和研究布朗运动的最主要的参考文献之一。她于1955年6月回国,执教于清华大学物理系。2006年11月大王先生夫妇特地飞回北京为姐姐王明贞庆祝百岁华诞。

王守融16岁以优异成绩考入清华大学机械工程系。1937年毕业后留校任教。1940年在昆明中央机器厂任七分厂厂长。1945年后在加拿大麦哲尔大学、帝国机器厂分别担任研究工作及工程师。1952年任天津大学机械工程系副主任,并负责创建了中国第一个精密机械仪器专业和后来的精密仪器工程系,是中国精密机械与仪表仪器学科开拓者之一。“文革”初不堪屈辱,夫妇携手触电自尽。

王守黎毕业于清华大学,后赴英国留学。其夫君为“中国X射线晶体学四大元老”之一的陆学善院士。50年代初,她与陆学善合译了《物理实验室应用技术》一书。

王守觉毕业于同济大学电机系。大王先生与小王先生系一母所生,年龄相差六岁。但二人性格截然相反:大王先生沉静寡言;小王先生活泼健谈。据葛先生讲大王先生性格随其母,而小王先生性格随其父。有两则轶事很能反映小王先生的个性特质:其一,我的朋友炳辉是小王先生的座下弟子,炳辉结婚时请小王先生当证婚人。那一天炳辉还是以往装束,显得不修边幅。而小王先生亮相婚礼现场时是西装革履,头发都梳理得一丝不苟。当时有年轻人开玩笑说,若是生人到此,保不准会认错了新郎!其二,90年代初小王先生为半导体所研究生作励志报告,讲到抗战期间流离颠沛、国恨家仇,不禁声泪俱下;讲到新中国太平盛世,情绪高昂,即席赋诗一首。令众多学子大为感动,很多人说从未听到过如此精彩的报告。他在70多岁时开始搞人工仿声智能神经网络计算机,即将计算机从现在的逻辑思维模式转为形象思维模式。如今80多岁时还工作在第一线,搞原创性工作。

中国人常说“富不过三代”,君不见有些暴发户在自己的生平中就败家了。而吴中王家代代兴盛,人才辈出,应该是值得研究的文化现象。窃以为,其一得益于江浙文化的深厚积淀,王家有崇尚文化、崇尚教育、崇尚科学的优良传统;其二,第一个孩子的教育很重要,榜样的力量是无穷的,领头羊会对弟弟妹妹产生深刻的影响;第三,遗传基因也应该起作用,聪明也会遗传。

葛先生就曾多次夸奖大王先生聪明。他们都是普渡大学的留学生。葛先生就读电机系,大王先生开始在机械系学习。当时普渡大学有二十几名中国留学生,这里面有“两弹元勋”邓稼先。开始葛先生并没有注意到大王先生,后来听同学讲还有一位中国人,不过他上课时老坐在角落里,平时不吭声,学业却甚好。大王先生用一年的时间拿到工程力学硕士学位。他各门功课优异,尤其以数学成绩为最好,深得导师赞赏。校方鼓励他继续深造,资助他攻读博士学位。这时量子力学课程引起了他的兴趣,但是由于前序课程空挡,物理系不允许他选课。于是他就旁听,几堂课下来,他都能听得懂,结业参加考试,成绩优异。他便从工程力学转向对微观粒子运动规律的研究。两年后,他完成了题为“一种计算金属钠的结合能和压缩率的新方法”的论文,获得了博士学位。那时候大王先生常常去找葛先生,这让葛先生很烦。她说:“你倒是轻松!我的学业负担很重,你不要老来打扰我!”当葛先生讲这段历史时,我打趣道:“他追您,您就该罚他帮您写作业!”真不知道沉默寡言的大王先生年轻时是如何去追女孩子的?估计是采用了软磨硬泡的战术。不过功夫不负有有心人,1948年他们组成了温馨的家庭,1949年女儿出生。那时候邓稼先周末常到他们家去逗女儿玩。大王先生的本意是获得博士学位后即回国效力。不过那时候国内烽火连天,一时难以成行。他的导师对他很器重,多方争取令他留校执教。有一次导师给系系主任打电话,被大王先生不经意听到。他说:“这么优秀的人才,这么便宜的劳动力,你有什么理由不留呢?”这件事给大王先生很强的刺激,以至于五六十年后,他还曾对我说起此事。

大王先生少年体弱多病,中学时由于疟疾复发而不得不辍学一段时间。而今得享九秩高龄,这本身就是一件奇迹。这里面一个重要原因是他性格平静,人同菊淡,遇事不怒,从不计较个人得失。“养怡之福,可得永年”。另一方面,他们夫妇助人为乐、热衷于社会公益事业,修下了福报与功德。他们曾长期承担5名贫困学生从小学到高中的费用。为了帮助贫困学子能够继续完成学业,2006年他们又捐款4万元,在湖北省鄂州市泽林高中设立了“英才奖学金”,分3年发放给家境贫困、成绩优异、 并且思想品德好的学生。从谢长达的“长达清寒奖学基金”到王守武葛修怀的“英才奖学金”,祖孙三代一脉相传,都重视教育、慷慨解囊捐助教育,实为人间佳话!

有道德的人,令人尊敬;有学问的人,令人景仰;长寿的人,令人羡慕。大王先生夫妇三者兼而有之!他们六十多年来伉俪偕行、风雨同舟。即使在文革逆境中,亦不卑不亢、不离不弃,一路走将过来,令人击节赞叹!无论是做学问还是做人,他们都是吾辈之楷模。在王守武院士葛修怀先生九十华诞并六十一年钻石婚庆之际,祝二老抖擞精神,向茶寿进军!谨献上两副贺寿对联:
昨日蟾宫折桂,明朝南山采茶。

  天保九如,修神州工程,情系毫厘芯片。 人同菊淡, 彻悟一花蕴含一世界;
  华封三祝,怀赤子丹心,感应参天椿萱。 情若梅馨,相守十年绽放百龄星。

2009年3月于哥伦比亚河畔




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