陳星弼(1931—2019),中國(guó)科學院院士、教授、博導,1952年畢業於同濟大學電機係,畢業後在廈門大學電機係、南京工學院(現東(dōng)南大學)無線電係擔任助教(jiāo)。1956年到成都電訊工程學院(現(xiàn)電子科技大學(xué))任教。1983年任成都電訊工程學(xué)院微電(diàn)子科學與工(gōng)程係係主任、微(wēi)電子研究所所長。他是(shì)我國第(dì)一批學習及從事半導體研究的科技(jì)人員之一,電子(zǐ)工業部“半導體器件與微電子學”專業第一個博士生導師,國際著名半導體器(qì)件物理學家、微電子學家,國際(jì)半導體界著名的超(chāo)結(jié)結構(Super Junction)的發明人,也(yě)是國際上功率器件(jiàn)的(de)結終端理論的集大成者。他從(cóng)1981年(nián)起開始對功率半導體器件(jiàn)進行研究,第一個提出了各種終端技術的物理解釋及解析理論。他(tā)提出了兩類縱向(xiàng)導電的器件新耐壓結構,並作了唯一的三維電場分析結(jié)果,被國際學術界譽為(wéi)功率器件的新裏程碑。他發表200餘篇學術論文,獲得授權中美等國發明專利40餘項,其中著名的超結發明專利US5216275被國際專(zhuān)利他引超(chāo)過550次,並授權給國際主流(liú)半(bàn)導體公司。因對高壓功率MOSFET理論與(yǔ)設計的卓越貢獻,他於2015年5月獲得IEEE ISPSD(國際功率半導體器件與集成電路年會)頒發(fā)的最高榮譽“國際功率半導體先驅(qū)獎”,成為亞太地區首位獲此殊榮的科學家。2018年5月,因發明超結器件成為國內首位入選IEEE ISPSD首屆全球32位名人堂的科學家。
半導體(tǐ)功率器件,是電能/功率(lǜ)處理的核心器件,更是弱電控製與強電運行之間的溝通橋梁,在“中國製造”向“中國智造”轉型過(guò)程中,在民族電子(zǐ)信息產業發展中發揮著重要作用。陳星弼院(yuàn)士為此付(fù)出了數十年的心血與智慧,直到生命最後一刻,仍念茲(zī)在茲。
2019年12月4日,這位被稱作中國半導體功率(lǜ)器件領(lǐng)路人的科學家在成都去世,享年(nián)89歲。那條他常去實驗室的路上,鋪滿了金黃的銀杏葉,仿佛在(zài)懷念(niàn)這位中國學人輝(huī)煌的科研(yán)人生,也似乎還(hái)在(zài)傾聽他對我國功率器件取得進一步突破的夢想。
“我想陳先(xiān)生心裏(lǐ)想的(de)是,還要再活十年(nián)、二十年,還要再為國(guó)家和社(shè)會作出新的貢獻。所以陳先生是有言而未(wèi)語,自己在堅持,希望能夠對抗(kàng)病魔。”陳星弼的學生、原四川省電子廳廳長蔣(jiǎng)臣琦(qí)在看(kàn)望病中的(de)恩師時這(zhè)樣說。
美國3D公司授予陳星弼的獎牌。
是啊!陳星弼那樣熱愛生命,熱愛(ài)科學。2019年10月,他(tā)還(hái)和學院的年輕人一起秋遊都江(jiāng)堰;生病的前一天依然在實驗室裏工作;即使在病床上,他也(yě)不(bú)閑著,琢磨如何改進輸液即將(jiāng)完畢時(shí)通知護士的方式。陳星弼的兒子感慨:“真的沒有想到啊……他還有好多(duō)事情想做,好多研究可以做,有很多新的idea(想法),這是他最大的遺憾。”
可是,這位老者沒有更多的時光了。2019年11月20日,陳星弼戴著無創呼吸機(jī),在白細胞22000的情況下寫下(xià)了(le)這樣一段話:“一生輾轉千萬裏,莫問成敗(bài)重幾許,得之坦然,失之淡然。與其在別人的輝煌裏仰望,不如親手點亮自己的心燈,揚帆遠(yuǎn)航……”這是他最後的心語。
十幾(jǐ)天後,陳(chén)星(xīng)弼在他最愛的《命(mìng)運》交響曲中離開了這個世界,帶著未酬的淩雲壯(zhuàng)誌(zhì),帶(dài)著對祖國的無限(xiàn)熱愛。
陳星弼(右)和胡思福在進行光刻分析。
闖出新路
陳星弼與功率器(qì)件(jiàn)的緣分要追溯到20世(shì)紀80年代(dài)。那時,他作為“文革”後第一批出國留學人員赴美國俄亥俄大學、加州大學伯克利分校做訪問學者。
一個極具科研價(jià)值的問題吸引了陳星弼:以毫米為單位的小小芯片從晶圓片上劃分而來,製作成各種產(chǎn)品,但是每個芯片都有邊界,它對功率器件的性能(néng)影(yǐng)響如何解決呢?
憑借紮實功底和勤奮(fèn)學習(xí),陳星(xīng)弼提出了一(yī)個(gè)獨特的思路:應該有一個最佳的電荷分布,能在表麵以最短的距離使擊穿電壓達到盡可能高的值,即最佳表麵變摻雜。
“邂逅”功(gōng)率(lǜ)器件,擦出火花後,陳星弼並沒有順這條新路走下(xià)去。他猶豫著,要不要回到自己最喜愛的物理學研究領域?但歸國後,陳星弼強烈感受到,半導體功率器件對國(guó)家電子信息(xī)領域發展的重要,於是(shì),他(tā)放(fàng)棄原來的理(lǐ)想,全力投入這一領域的研(yán)究之中。
萬丈高樓平地起(qǐ),麵向全新領域,陳星弼開始一磚一瓦搭建基礎平台。1983年,他推動建立微電子(zǐ)研究所,帶(dài)領大家忘我地投(tóu)入科(kē)研工作。每天晚上鍾聲(shēng)敲過十二(èr)下,學校要關門了,陳星弼才肯離開實驗室,一路疾走(zǒu),回(huí)到家中繼續幹。有時工作到淩(líng)晨兩三點,有時通宵達旦,直到東方發白,才短暫休息幾個小時。
此時的陳星弼已年過五旬,卻以比年(nián)輕人更勤勉的態度(dù)、更旺盛的精力投入這一全新的事業裏。於是(shì),一條新路,在(zài)陳(chén)星弼堅實的步伐中,延伸向希望的遠方。
陳星弼的幾篇論文(wén)《P-N結有場板時表(biǎo)麵電場分布的簡單公式》《突變平麵(miàn)結(jié)表麵電場的(de)近似公式》等相繼發(fā)表,“功率半導體器件及高壓集成電(diàn)路”這(zhè)個嶄(zhǎn)新而陌生的詞組從此與他緊(jǐn)緊聯係在(zài)一起。1987年,微電子研(yán)究所(suǒ)課題達(dá)到10個,經費將近(jìn)30萬元。這在當時是一筆不小的數目。
“尤其值得高興的是,‘半導體器件與微電子學’高分通過了博士點申請。”1989年11月,時(shí)任電子(zǐ)科技大學校長的劉盛(shèng)綱院士,在一次校內會議上通報了學校(xiào)參(cān)加全國第四批學科點評審的情況。陳星弼舒心地笑了,在同事熱情的掌聲中,他激動地(dì)用力皺緊眉頭,眯起(qǐ)眼睛,不讓淚(lèi)水(shuǐ)流出。
勇攀高峰(fēng)
“集成電路為電子信(xìn)息時(shí)代奠定了基礎(chǔ),就像(xiàng)造房子(zǐ)一樣。網絡(luò)、雲等都是重要的,但基石是微電子。”陳星弼在接受記者采訪時這樣介紹自己的研究,“關於電子信息的發展,有兩個重要的問題:一個是如(rú)何發現新的發電(diàn)方法,比如太陽(yáng)能電池(chí);另一個是如何節省電能,我們所做(zuò)的工作就是節省(shěng)電能。”
陳星弼以微電子研究(jiū)所為“根(gēn)據地”,帶領(lǐng)一批優秀的科研工作者在(zài)半導體功率器件領(lǐng)域不斷奮鬥,在中國首次研製了VDMOST、IGBT、LDMOST、MCT、EST等器件,並首次提(tí)出了各種終端技術的物理解釋及解析理論。他(tā)想,人們希望功率器件耐壓很高,接通時電阻很小,但它卻有矽極限。如何實現(xiàn)突破呢?
陳星弼研究(jiū)了很多終端技術理論,逐漸形成(chéng)了(le)表麵耐壓層結構的想法。他不分白(bái)天(tiān)黑夜,泡在實驗室裏,甚至自(zì)己出錢租設備,助(zhù)手唐茂成和葉(yè)星寧協助他到沈陽電子部47所投片(piàn)。經過多次試驗,陳星弼(bì)和他的研究(jiū)小組終於通過(guò)改變功率管的結構,實現了複(fù)合緩衝耐壓結(jié)構(現稱(chēng)為超結器件)。
超結器件導通電(diàn)阻低,易驅動,速度快,引起學術界(jiè)和企業(yè)界很大反響,被稱作“功率(lǜ)器件的新裏程碑”。
這(zhè)一發明的相關專利在全世(shì)界範圍內已被引用超過550次,所產生的經濟效益(yì)非常(cháng)明(míng)顯,英飛淩、意(yì)法半導體、仙童、東芝等公司都投入生產。根據法(fǎ)國半導體領域的一家市場調查公司的調查結果(guǒ)顯示,超結功率器件將以(yǐ)10.3%的年複合增長率迅速增長。而超結MOS器件的(de)應用也非常廣泛,包括(kuò)電腦電源、照明電源、液(yè)晶電視、光伏逆變器,以及醫療、電信、工業等多類(lèi)電源都有它的“身影”。
為此,國內外專家(jiā)對陳星弼及其發明都給予了高度評價——
美國德克薩斯大(dà)學電子工程係終身正教(jiāo)授周電說:“陳院士的發明是中國人民的智慧瑰寶,也是全世界人民(mín)的共同智慧(huì)財產。”“該專利發明標誌著半導體功率器件發展進入(rù)了一個叫作‘超級結’功率器件的新(xīn)時代。”
加拿大科學(xué)院院士、前院長、中國科(kē)學院外籍院(yuàn)士Jamal教授說:“事實上,在功率器件領域,他(陳星弼)曾通過出色的研究工作(zuò)單槍(qiāng)匹馬(mǎ)讓中國(guó)的研究進入國際學(xué)術舞台。與(yǔ)我們現在的科研(yán)條件相比,他是在資源極其有限的情況下實現這一巨(jù)大成就的。”
然而,陳星弼(bì)對超結器件仍不(bú)滿(mǎn)意(yì),耿耿(gěng)於懷的是它的缺陷。2000年後,他又發明(míng)了高K電介質耐壓結構、高速(sù)IGBT、兩種多數載(zǎi)流子導電的器件(jiàn)等,這使(shǐ)我國高壓(功率(lǜ))集成電路(lù)在一個新的、更(gèng)先進的起(qǐ)點上起飛。
科研人生
2015年,陳星(xīng)弼榮獲國際功率半導體先驅獎,他談到了自己對科研的(de)熱愛:“和我同齡的很多人都(dōu)已經過上了清閑的退休生活,但我卻很享(xiǎng)受(shòu)奮戰在第一線的狀態。我覺得吃喝玩樂才沒意思呢,在科學的路上,遇到困難、解(jiě)決(jué)困(kùn)難就是一種幸福(fú)。”
陳星弼是從20世紀50年代開(kāi)始(shǐ)走上了這條“幸福(fú)”之路的。那時,他剛從同濟大(dà)學畢業,在南京工學院電機係任助(zhù)教,又北上中(zhōng)科(kē)院進修。他被漂移晶體管吸引住了。這在當時是新興事物,正逐漸替代飽和晶體管。
陳星弼利用假期進行推導,不久,他的第一篇論文《關於半導體漂移三極管在飽和區工作時的儲存(cún)時(shí)間問題》發表於1959年的《物理學報(bào)》之上,這是國際上首次指出集電區中少數載流子存儲效應對(duì)開關性能影響的重要文章。
結束在中科院的進修後,陳星弼來到巴蜀大地。此時,按照周恩來總理的親自部署,交通大學(現上海交通大學(xué)、西安交通大學)、南京工學(xué)院(現東南大學(xué))、華南(nán)工學院(現華南理工大學)的電訊工程有關專業西遷成都,合並創建成都電訊工程學院(現電子科技大學,簡稱成(chéng)電)。陳星弼把對(duì)祖國的深情和對科研的(de)熱愛都融(róng)入這所新學校的建設之中,開始了自己六十餘年的成電生涯。
在陳星弼的建議和努力下,成電於20世(shì)紀70年代接到了研製矽靶攝像管的科研任務。矽靶靶麵研製小組成(chéng)立後,陳星弼做了理論論證,提出工藝和測量方(fāng)麵進行(háng)攻關的三大難題。全組人員經過四個月的艱苦奮戰,在733廠和970廠的配合下,終於研製出我(wǒ)國(guó)第一支矽靶攝像管。
即使在那(nà)樣的特殊年代,陳星弼也克服一切困難,醉心科研。在測量半導體的電阻率時,他發現了一個問題。平時,最常用的方法(fǎ)是“四探針法”,通常所用的理論計算方式必須假設均勻(yún)材料。陳星(xīng)弼卻發現實際情況和假設有差(chà)別。這一問題激發了他強烈的研究欲望。他(tā)利用業餘時間(jiān)研究電阻率(lǜ),最後利用傳統的電(diàn)荷鏡(jìng)像法,頗具匠(jiàng)心地創造了一種在一維方向(xiàng)介質是不均勻的鏡像電荷的(de)方程。
從漂移晶體管到矽靶攝像管,再到後來創造輝(huī)煌的半導體(tǐ)功率器件,陳星弼一直葆有對科研的無限熱愛和克服科學困難的(de)壯(zhuàng)誌雄心。他(tā)說:“科研之初,就像貝多芬(fēn)《命運》交響曲(qǔ)的第一樂章,我(wǒ)們掙紮、追尋、研究和爭(zhēng)辯,內心有苦也有樂。然而通(tōng)過(guò)不懈(xiè)的努力,終(zhōng)於征服了(le)種種障(zhàng)礙,並且在某(mǒu)項(xiàng)研究中(zhōng)取得了成功,這又像(xiàng)《命(mìng)運》交(jiāo)響(xiǎng)曲的第四樂章。”
立德樹人
“嚴字當頭,把學生當‘敵人’。”這是陳星(xīng)弼數十載的教學感悟。他認為,講授真學問的關(guān)鍵在“嚴”,把學生當作“敵人”,以難題驅動,進而提升他(tā)們思考解決問題的能力。
陳星弼經常舉一個例子,前中國女子曲棍(gùn)球教練金昶伯,對待自己的隊員就像“敵人”一樣,通過魔鬼訓練(liàn)讓她們磨礪進步。“嚴師出(chū)高(gāo)徒”,正是在其率領下,中(zhōng)國女子曲棍(gùn)球隊(duì)在不到3年時間裏,一躍成為一支世界(jiè)強隊。
如何做到嚴格要求呢?陳星弼的方法是自主設計難(nán)題,讓學生在攻克難題(tí)中鍛煉能力,並能不斷創新。他(tā)還通過在考試(shì)題目中設置(zhì)難題,辨識學生學習成果差異,讓分數“高斯”分布。
同時,陳(chén)星弼也非常重視(shì)“寬嚴相濟”。而他認為的(de)“寬”,則是指(zhǐ)老師(shī)要引導學生加(jiā)強基礎課和通識教育的(de)學習,打下寬厚基礎,奠定未來研究工作的基(jī)石。“現今科技日新月異,專(zhuān)業知識也會隨之更新。我們學雙(shuāng)極型晶體管時,未承想過幾年便出現MOS晶體管。當我們學習MOS晶體管時,很快又有了集成電路。那我(wǒ)們要靠什麽快速跟進學習與(yǔ)認知?靠的就(jiù)是(shì)我們(men)曾經(jīng)不惜時間和精力打下的數理基礎。”
著眼於中國高等(děng)教育發展,陳星弼常常呼籲,大學教育培養(yǎng)的不隻(zhī)是高級技師(shī),而應以輸出對科技發展有貢獻的科學家為主,因(yīn)此要站在對學生及中(zhōng)國高等教育高度負責的(de)立(lì)場,加(jiā)強基(jī)礎課的投入,提升基礎課的教學(xué)水平。“不要怕學生缺(quē)少某些知識,不(bú)要妄想知識都要從學校得來(lái),要讓學(xué)生意識到,可持續學習能力的(de)自我培養是珍貴(guì)品質。”
雖已過去(qù)數十年,原成都電訊(xùn)工程學院三係係(xì)主任謝(xiè)孟賢回(huí)憶(yì)陳星弼上課的情景,仍曆(lì)曆在目:“陳老師自己在上(shàng)講台(tái)前總是將教案熟悉到極致,所有理論(lùn)體係、知識案例都在他的腦海裏形成一個嚴密的體係。走上講台,不用背,不用記,要講的內容像(xiàng)水流(liú)一樣(yàng)涓涓不息地(dì)淌出來。從1959年開始上課,他就(jiù)不帶講(jiǎng)稿,隻有一張香煙盒大小的紙片寫好備忘摘錄。他的課有趣生動,難點重點突出,分析(xī)透徹。”
不管工作多麽繁忙,陳星(xīng)弼都把教學工作放在非(fēi)常重要的位置。他曾(céng)主動請纓,接手“人人討厭上”的量子力學,還為研究生開設了《半導體器件物理》《半導體器件的數值(zhí)計算方法》《功率MOS》等新課。
課程很難,陳星弼卻很興奮。他(tā)一向認為,“越偉大越深奧的東西我越喜歡攻克”。陳星弼的課保持著(zhe)一貫(guàn)風(fēng)格:突出物理概念,啟(qǐ)發式教育。他將豐富的科(kē)研體(tǐ)驗融匯在課(kè)堂內容中,學(xué)生感覺實用性更強。
為了鍛煉學生的英語能力(lì),陳星(xīng)弼在研究生課堂上采用全英文教學。他崇尚自由包容的課堂氛圍,允許學生隨意提(tí)問。討論時,沒有權威,沒有師生關係,隻有平等交流。同學們踴躍發言,甚(shèn)至為某一個問題爭得(dé)麵紅耳赤。
陳星弼還經常(cháng)給學生們開人文講(jiǎng)座,建議他們讀世界名著、聽古典音樂,鍛煉他們的語言表達能力。他認為(wéi),通識教育雖不能讓人才速成,但從長遠計,接受通識(shí)教育的學生的創新性和(hé)貢獻更為突出。
即使已入耄耋之(zhī)年,身患各種疾病,陳星弼還是親(qīn)自帶碩士生、博士生,關(guān)心每一位學生的成長和發展。
陳星弼是嚴師,更是慈父。他掏(tāo)錢請學生看電影、吃飯,在甲型流感暴發期間自(zì)費購買中(zhōng)藥熬給同學們喝。
更(gèng)有意思的是,“讓我付錢我(wǒ)才去”成為(wéi)陳星弼(bì)和畢業學(xué)生聚會的“標準”。學生們都記得,有一次聚會(huì)大家偷偷付了錢,陳先生很不開心,批評“說(shuō)話不算數”。下次再約時,陳星(xīng)弼說“除非我把上次聚會時的錢出了,否(fǒu)則我不去。”“在他心裏,我們就是他的孩子啊。”
2018年教師節(jiē)前夕,陳(chén)星弼與劉(liú)盛綱、李樂民三位院士共同獲得“成電立德樹人(rén)成就(jiù)獎”,這是屬於電子科技大學教師的最高(gāo)榮(róng)譽。
家(jiā)國情懷(huái)
“隻有科(kē)學和教育發展了,國家才能振興(xìng)。沒有(yǒu)科學教育,國家就會落後,落後就要挨打。”在紀念二戰勝利70周年時,陳星弼(bì)曾談到科教興國的意義,“科學技術是第一生產力,科學技術無形中推動生產力的發展(zhǎn),任何人不能阻止曆史的車輪。”
這樣的感(gǎn)悟與陳星弼刻骨銘心的(de)少年經曆密切相關。國破山河在,城春草木深。1937年,戰爭陰雲密布,不到7歲的陳星弼(bì)跟隨父母離(lí)開上海,在連天的炮火中,踏上向西的逃難之路。
他們逃到了餘(yú)姚、浦江,又輾轉至蕭山、金華、南昌、長沙、九江……曆經艱險到達重慶,一家人才稍作安頓。陳星弼轉學四(sì)次後結束了小學生活。
陳星弼的少年時代(dài)拮據(jù)清貧,中學每月隻發給他們二(èr)鬥三升米,大(dà)部分都是黴爛的紅米。而每(měi)次回家,他都要為船費發愁。
1943年,陳星弼轉學到江津縣國立九中,“十萬青年(nián)十萬軍”的大規模征兵運(yùn)動正(zhèng)在全國開(kāi)展。他(tā)唱著《棠棣之花(huā)》送別(bié)披上戎裝的同學,隻恨自己年齡小(xiǎo)不能(néng)參軍,要麽真想爬上卡(kǎ)車,到印度(dù),到緬(miǎn)甸,到抗日前線(xiàn)。
年(nián)少的陳星弼在緊張的課餘認真軍訓(xùn),操(cāo)練,打(dǎ)靶,一(yī)絲不苟。語文老師教大家毛澤東的詞《沁園春·雪》,他非常喜愛。陳星弼和同學還排演曹禺、田漢、夏衍、郭沫若的愛國話劇。
年歲(suì)漸(jiàn)增,陳星弼對祖國的愛(ài)更深,為祖國奉獻一生的意願更加強烈。大二時,陳星弼放棄了獎學金。他想,國家還有許多急需用錢(qián)的地方,“我也要為祖國盡微薄之力。”畢業分配填寫誌願表時,他鄭重地在每一個誌願欄裏都填上“服從組織分配”,並真誠地表示要(yào)“到東北去、到西北去、到最艱苦的地方去”,建功立業。
五十歲時,陳星弼走出國門,以真才實學贏得了國(guó)際友人的尊重。他主動上交外匯,卻把收據滿不在(zài)乎地丟棄。為了給工業發展作出(chū)切切實實的(de)貢獻,他痛苦地放棄了關於理論物理的夢想(xiǎng)。在功率器件領域艱苦工作,常常(cháng)通宵達旦。
陳(chén)星弼視名利如浮雲,他衣(yī)著樸素,家裏甚至還用著20多(duō)年前的暖(nuǎn)水瓶。不了解的人很(hěn)難想象,這位看似(sì)普通的老人,專利成果帶來的(de)經濟效益約(yuē)20億美元。“如(rú)果隻是(shì)為了(le)名利,我不可能在科研上耗(hào)費一輩子的精力。”陳星弼說。
從大(dà)學時代開始,陳星弼就(jiù)閱讀(dú)馬(mǎ)克思曆史唯物主義著作,而且順著哲學學術河流上(shàng)溯,閱讀了德國古典哲學著作。“我是經過了艱苦的閱讀、認真的思索,才開始接受馬克思主義。”
終其一生,馬克思主義給予陳星弼源(yuán)源不斷的精神力量。他引用馬克思(sī)的名言——“科學絕不是(shì)一(yī)種(zhǒng)自私自利的享樂。有幸能夠致力(lì)於科學的人,首(shǒu)先應該(gāi)拿自己的學識為人類服務”,認為“能夠在短促(cù)的人生中,以科學服務(wù)人類,這就是我追求的價值”。他也希望有更多的青年獻身科研,成為科研發展的脊梁。
“長(zhǎng)壽,是讓(ràng)我有充足的時間為祖國做更多的事情。”陳星弼並不在乎生命長短與否(fǒu),但(dàn)耄耋之年仍緊張工作在科研戰線最前沿,他深感幸運。經曆過山河破(pò)碎,對(duì)國弱民賤(jiàn)、生靈塗炭的(de)印象錐心刺(cì)骨,陳星弼始終葆有這樣的“初心”:要把自身的前途命運(yùn)同國家和民族的前途(tú)命運緊緊聯係在一起(qǐ),在祖國需要(yào)的科研戰線上建(jiàn)功立(lì)業。他“心有大我、至誠報國”,也激勵著廣(guǎng)大科研工(gōng)作者開拓創新,解決關鍵技術“卡(kǎ)脖子”問題,將科研人生融入實(shí)現中華民族偉大複興(xìng)中國夢的曆史洪流中。
(本版圖片均為資料圖片)
《光明日報》( 2020年(nián)03月02日 11版)