顧永杰,高 海

（1.河南博物院，河南鄭州450002；2.山西大同大學物理與電子科學學院，山西大同037009）

我國的半導體研究起步于新中國建立以后。建國初期,由于基礎(chǔ)差、研究人員少且分散,研究方向僅僅是工業(yè)上急需的幾種半導體器件。1956年，國家制訂了《1956～1967年科學技術(shù)發(fā)展遠景規(guī)劃》(以下稱《十二年科學規(guī)劃》)。 它在“重點發(fā)展,迎頭趕上”的方針指導下,對新中國科技發(fā)展作了重要部署,并將半導體技術(shù)列為“四項緊急措施”之一。根據(jù)“四項緊急措施”的要求,相關(guān)部門通過集中全國主要的科技力量，致力于人員培養(yǎng)和科技攻關(guān),培養(yǎng)了一批半導體專業(yè)人才,取得了一些重要的科技成果,奠定了我國半導體研究快速發(fā)展的基礎(chǔ)。

1 1 9 5 6年以前的半導體研究

新中國建立以前,我國的半導體研究幾乎是空白。建國初期,由于國家對科學技術(shù)的重視以及正在迅速發(fā)展的工業(yè)上的需要,一些科研、工業(yè)、教育等部門,注意到了半導體研究的重要性,在完全沒有經(jīng)驗基礎(chǔ)的情況下,開始了半導體若干方面的研究工作,并取得了一些成果。

1)科研部門。1951年下半年,中國科學院物理研究所 (以下稱物理所)在幾個回國人員的帶領(lǐng)下,組成“半導體研究組”,開始了對半導體研究的開拓工作,當時的研究工作還僅僅局限于對硫化鉛、硫化鎘、硒整流器、氧化亞銅整流器之類半導體器件的研究。1953年上半年,物理所開始了硒整流器的試制和硅粉的提純工作。1953年10月,中國科學院在召開的各研究所所長會議上指出:物理所在以后數(shù)年內(nèi)要建立半導體研究工作的基礎(chǔ),培養(yǎng)這方面的人才,總結(jié)文獻,弄清本門科學發(fā)展的現(xiàn)狀[1]。根據(jù)會議的精神,在物理所半導體研究組內(nèi),結(jié)合氧化亞銅整流器和硫化鉛光敏電阻的試制工作,建立起了研究半導體的一些基本測量設(shè)備,并掌握了有關(guān)測量方面的一些基本知識和技術(shù)。1955年下半年,物理所開始了有關(guān)晶體管研究方面的準備工作,并設(shè)計了國內(nèi)最初的鍺區(qū)域提純和抽制單晶設(shè)備。

2)工業(yè)部門。由于生產(chǎn)和建設(shè)的迫切需要,一些工業(yè)生產(chǎn)單位主要依靠自己的探索,成功地制出了我國最初的半導體產(chǎn)品,當時做得最多的是氧化亞銅整流器。例如鐵道部鐵道研究所、國營上海燈泡廠、上海郵電部器材廠和上海的幾家公私合營電機廠都先后試制和生產(chǎn)了各種規(guī)格的氧化亞銅整流器,基本滿足了當時工業(yè)上的需要。上海郵電部器材廠還試制成功半導體熱敏電阻。同時,在一些工業(yè)部門已經(jīng)預(yù)見到發(fā)展半導體的重要性,開始著手籌建大規(guī)模生產(chǎn)半導體器件的工廠和研究試制的機構(gòu)。如1953年開始設(shè)計籌建的華北無線電器材廠中，包括了一個近代化的硒整流器工廠;當時第一機械工業(yè)部所籌建的電器科學研究院中,半導體也被列為其中一個重要部門[1]。

3)教育部門。1952年,在高等教育部的領(lǐng)導下,全國高等院校進行了全面調(diào)整。由于生產(chǎn)建設(shè)的需要,許多高等學校的物理系在考慮所應(yīng)選擇的專門化方向中,都重視了固體物理;從發(fā)展先進科學技術(shù)來考慮,一些學校也特別重視了半導體物理。自1953年開始,這些學校相繼開始準備開展有關(guān)半導體的研究工作和建立培養(yǎng)半導體物理人才的專門化。例如,在以后的兩年中,北京大學、復(fù)旦大學、廈門大學分別開始了關(guān)于硫化鉛、硫化鎘光敏電阻、硫化鋅場致發(fā)光材料的試制和理論研究工作,同時還培養(yǎng)了最早的一批半導體物理的研究生和大學畢業(yè)生[1]。

通過這些工作,除了得到一些初步成果以外,研究人員還逐漸地積累起半導體方面的一些基本知識,使少數(shù)早期從事半導體研究的青年科學工作者在工作中獲得了初步的科學鍛煉,從而培養(yǎng)了半導體研究的基本隊伍。到1955年底,全國范圍內(nèi)的半導體研究整體還很薄弱,研究人員少且分散,研究工作也主要都集中在和當時工業(yè)生產(chǎn)上有迫切需要的三種半導體器件--氧化亞銅整流器、硫化鉛光敏電阻、硫化鎘光敏電阻有關(guān)的試制和理論性研究上。

2 《十二年科學規(guī)劃》的制定

1956年,為了滿足國家建設(shè)飛速發(fā)展的需要,也為了使中國的科學技術(shù)迅速趕上世界先進水平,中共中央決定編制《1956～1967年科學技術(shù)發(fā)展遠景規(guī)劃》。規(guī)劃的目標:迅速壯大我國的科學技術(shù)力量,力求某些重要的和急需的部門在十二年內(nèi)接近或趕上世界先進水平,使我國建設(shè)中許多復(fù)雜的科學和技術(shù)問題能夠逐步地依靠自己的力量加以解決,作到更好更快地進行社會主義建設(shè)。規(guī)劃的基本方針:“重點發(fā)展,迎頭趕上”,即在自力更生的前提下,要盡量采用世界先進技術(shù),瞄準當時的新興科學、新興技術(shù),先學會和應(yīng)用世界上已有的科學成果,不失時機地“迎頭趕上”,同時又要看到新中國建立不久,國力和科技實力有限的客觀實際,根據(jù)我國國民經(jīng)濟的發(fā)展要求“重點發(fā)展”,避免力量分散,拖延時日[3]。規(guī)劃的基本原則:從中國的實際出發(fā),適合中國當時的發(fā)展目標,“以任務(wù)為經(jīng),以學科為緯,以任務(wù)帶學科”。

根據(jù)上述任務(wù)和方針,《十二年科學規(guī)劃》首先確定了57項重點科學技術(shù)任務(wù)和616個中心問題,提出了各門學科的發(fā)展方向。在這個基礎(chǔ)上,又提出了需要優(yōu)先發(fā)展的12個重點:原子能和平利用;噴氣技術(shù);電子學方面的半導體、計算機、遙控技術(shù);生產(chǎn)自動化和精密機械、儀器儀表;石油等重要資源的勘探;建立我國自己的合金系統(tǒng)和新冶煉技術(shù);重要資源的綜合利用;新型動力機械和大型機械;長江、黃河的綜合開發(fā);農(nóng)業(yè)的機械化、電氣化和化學肥料;幾種主要疾病的防治;若干重要基本理論的研究[4]。

在制定《十二年科學規(guī)劃》的同時,為了給研究工作爭取時間,對一些急需的、重要的科學技術(shù)任務(wù),尤其是在中國尚處于完全空白或基礎(chǔ)非常薄弱的重要科學技術(shù)任務(wù),以及為開展科學研究所必需的基本條件,制定了1956年的四項緊急措施:發(fā)展計算技術(shù),半導體技術(shù)、無線電電子學,自動化技術(shù)和遠距離操縱技術(shù)的緊急措施[3]?！八捻椌o急措施”所采用的方案是:采取有力措施,集結(jié)力量,建立研究基地,培養(yǎng)干部,趕上國際先進水平。按照這個方案,在半導體方面采取了兩項劃時代的措施:一是在北京大學內(nèi),聯(lián)合北京大學、復(fù)旦大學、廈門大學、南京大學和東北人民大學五校師生,開辦我國第一個半導體專門化課程,為以后的半導體研究培養(yǎng)急需的科技人才;另一項是在中國科學院應(yīng)用物理所的半導體研究室里,邀集來自全國各地的與半導體有關(guān)的教授、專家和科技工作者,集中力量進行半導體研究的科技攻關(guān)。

3 五校聯(lián)合半導體專門化

北京大學物理系的黃昆教授在參與制定《十二年科學規(guī)劃》時,就和其他專家一起建議:為了適應(yīng)迅速發(fā)展的半導體科學技術(shù)事業(yè)的需要,要盡快培養(yǎng)半導體專門人才[5]?！妒昕茖W規(guī)劃》制定后,從1956年暑假起集中到北京大學物理系,創(chuàng)辦中國第一個五校聯(lián)合的半導體專門化,由黃昆教授擔任半導體教研室主任,復(fù)旦大學謝希德教授任副主任。五校聯(lián)合創(chuàng)辦半導體專業(yè),明確的目標就是要為我國當時還屬空白的半導體科技領(lǐng)域培養(yǎng)人才。

由于原有基礎(chǔ)十分薄弱,由任何一個學校來辦這樣一個專業(yè),不論是人力還是物力都很困難,五校聯(lián)合是必要的。五校聯(lián)合半導體專門化,集中了五個學校的30多名教師和實驗技術(shù)人員,組成了較強的師資力量;并且集中了五個學校的教研設(shè)備,以保障教學的順利進行。通過教師和學生的共同努力,自1956年秋季開始,沒有經(jīng)過任何籌備階段就開設(shè)出《半導體物理》《半導體器件》《晶體管原理》《半導體材料》《固體物理》《半導體專門化實驗》等系列課程[5]。

為了培養(yǎng)出高素質(zhì)的人才,五校聯(lián)合半導體專門化在教學方面采取了一些行之有效的方法。首先,教師們通過自己的教學實踐,編制了高質(zhì)量的教材,解決了教材短缺的問題。如《固體物理》,黃昆教授通過多次為研究生、科學院研究人員和大學生講課,經(jīng)過多年的反復(fù)實踐,逐漸形成一門系統(tǒng)的固體物理課程教材;《半導體物理》,黃昆與謝希德合作主講“半導體物理”課程,在整理教材的基礎(chǔ)上,于1958年合作撰寫了一部專著《半導體物理學》,作為“半導體物理”課程的教材,這是當時國際上學術(shù)水平很高的一部著作。其次,專門化還組織著名的專家指導教學、科研,如中國科學院王守武、林蘭英、洪朝生、湯定元、成眾志等,他們多次為師生做學術(shù)報告,開闊了師生的科學視野,這些深入實際的現(xiàn)場指導，更使有關(guān)師生在如何從事工藝實踐，如何做測量實驗方面受到很大啟迪。另外,教師們除教學外,還分別在半導體物理、半導體理論、半導體器件等方面開展研究工作,并指導學生畢業(yè)論文。

1956～1958年,五校聯(lián)合半導體專門化比較系統(tǒng)地培養(yǎng)了中國第一批半導體專業(yè)的畢業(yè)生共240多名。包括:北京大學1953年入學的五年制學生,于1958年畢業(yè);北京大學1954年入學的學生,由于當時國家急需而改為四年制,也于1958年畢業(yè);其他學校的學生為四年制,分別于1957年和1958年畢業(yè),其中有少數(shù)學習優(yōu)秀的學生轉(zhuǎn)入北京大學,延長到五年畢業(yè)[5]。這些學員后來大多成為我國半導體事業(yè)的骨干力量,幾位成就卓越的還被選為中國科學院和中國工程院院士。

五校聯(lián)合專門化解散后,各?；厝ザ紕?chuàng)辦了自己的半導體專業(yè)。隨后,全國許多高校也紛紛仿效成立了半導體專門化,并結(jié)合實際建立了半導體生產(chǎn)和科學研究的基地。

4 物理所半導體研究組

1956年秋,根據(jù)《十二年科學規(guī)劃》的規(guī)定,中國科學院為配合緊急措施中提出的要求,在物理所原有半導體研究組的基礎(chǔ)上擴建成了半導體研究室,這成為我國最早的一個半導體研究機構(gòu)[6]。在研究室里,設(shè)立了半導體材料、半導體器件與光熱電3個研究組。半導體研究室成立后,明確提出主攻方向是半導體電子器件。為了能盡快取得成果,滿足生產(chǎn)的需要,中國科學院向有關(guān)高等院校和工業(yè)部門的研究單位發(fā)出邀請,請他們派有關(guān)科研人員來物理所半導體研究室共同開展半導體設(shè)備、半導體材料、半導體器件和半導體測試的科研攻關(guān),并要求這些人員在1957年底以前都集中在物理所內(nèi),進行從鍺材料的區(qū)域提純、抽制單晶,到晶體管的試制、測試等研究工作。當時來半導體研究室參加工作的科研人員,主要有南京大學、武漢大學、二機部11所(自1959年起改為四機部13所)、一機部電器科學研究院、北京工業(yè)學院等單位的同志,共計有40余人[7]。

通過研究人員的共同努力,半導體研究組在短短幾年間就取得了巨大的成績。1956年11月,研制出的鍺合金結(jié)晶體三極管,經(jīng)過測試組的測試,它不再是開路或通路電阻,而是具有完整的PN結(jié)特性,并且具有PNP結(jié)型晶體三極管的標準放大特性,它標志著中國第一只晶體管的誕生[8]。1957年11月,利用從煙灰中收集到的半導體原材料鍺,用區(qū)域熔化法提純,在自己設(shè)計制造的單晶爐中,拉制成功了我國第一根鍺單晶。1957年底研制成功了有良好電學性能的我國第一只鍺合金晶體管,實現(xiàn)了我國自行制造晶體管的愿望[7]。之后,又用一個月的時間研制出N型和P型的鍺單晶各1 kg,提供給北京電子管廠生產(chǎn)半導體收音機所需的鍺晶體管,1958年，我國的半導體收音機研制成功。1958年秋,利用林蘭英從國外帶回的硅單晶做籽晶,拉制成功了我國第一根硅單晶[9]。這一成果的取得,為我國獨立自主地發(fā)展硅單晶材料和硅材料電子器件工業(yè)奠定了基礎(chǔ)。1958年8月,研制成功了鍺合金擴散晶體管,其截止頻率可以比合金晶體管提高一個數(shù)量級,這就為我國的電子計算機從第一代(電子管的)升級到第二代 (晶體管的)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。1958年9月，研制成功了截止頻率超過200 MHz的我國第一只鍺合金擴散高頻晶體管,它的截止頻率比當時國內(nèi)研制的鍺合金結(jié)晶體管提高了100倍以上[7]。

1958年,為了配合研制第二代計算機--109乙機的需要,研究室組建了一個附屬工廠--109廠,專門生產(chǎn)109機所需要的晶體管,它成為我國最早的一個晶體管生產(chǎn)廠[6]。至1960年秋,109工廠為中科院計算所提供了12個品種的鍺晶體管元器件14萬多只,保證了109乙機的順利研制[7]。

1960年9月6日,經(jīng)國家科委批準,在半導體研究室的基礎(chǔ)上成立了中國科學院半導體研究所,它成為我國半導體研究的重要機構(gòu)。在以后的30多年中,半導體研究所共承擔國防軍工任務(wù)60多項,有19項分別獲得國家發(fā)明獎、科技進步獎、科技成果獎,為我國雷達、軍用通信,計算機、衛(wèi)星、導彈等國防軍工任務(wù)做出了重要貢獻[7]。

5 小結(jié)

綜上所述，當年的中國科學院應(yīng)用物理所的半導體研究室,是我國半導體科學的發(fā)祥地;北京大學的物理系是培養(yǎng)我國半導體科技人才的搖籃,他們在我國半導體科學發(fā)展史上寫了輝煌的一頁。

半導體研究在《十二年科學規(guī)劃》精神指導下,所采取的這兩項緊急措施是及時的和卓有成效的。通過這兩項緊急措施,我國在西方國家的嚴密封鎖下,完全依靠自己的力量,集中人力物力,重點進行人員培養(yǎng)和科技攻關(guān),在短時間內(nèi)迅速培養(yǎng)了一支強有力的科技隊伍,并且在半導體科技的各個領(lǐng)域都取得了許多可喜的科研成果,有力地推動了我國半導體研究事業(yè)和半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

[1]中國科學院編譯出版委員會.十年來的中國科學(物理學)[M].北京:科學出版社,1959:46-47.

[2]中共中央文獻編輯委員會.周恩來選集(下卷)[M].北京:人民出版社,1984:180.

[3]《當代中國》叢書編輯部.當代中國的科學技術(shù)[M].北京:當代中國出版社,1991:91-99.

[4]聶榮臻.聶榮臻回憶錄(下冊)[M].北京:解放軍出版社,2005:774.

[5]陳辰嘉.憶創(chuàng)辦中國第一個五校聯(lián)合半導體專門化[A].夏建白,陳辰嘉,何春藩.自主創(chuàng)新之路--紀念中國半導體事業(yè)五十年[C].北京:科學出版社,2006:3-6.

[6]王守武.我國半導體科學技術(shù)發(fā)展歷史的回顧[A].夏建白,陳辰嘉,何春藩.自主創(chuàng)新之路--紀念中國半導體事業(yè)五十年[C].北京:科學出版社,2006:108-109.

[7]何春蕃.中國半導體科學技術(shù)的發(fā)展[A].夏建白,陳辰嘉,何春藩.自主創(chuàng)新之路--紀念中國半導體事業(yè)五十年[C].北京:科學出版社,2006:103-106.

[8]吳錫九,鄧先燦.紀念中國第一只晶體管誕生50周年[J].微納電子技術(shù),2006,11:503-504.

[9]林蘭英.四十年崢嶸歲月[J].物理,2003,32(12):820-822.