西安电子科技大学教授郝跃和他带领的宽禁带半导体技术科研团队,依托宽带隙半导体技术国家重点学科实验室,开展宽禁带半导体材料与器件的应用基础研究,实验室已成为国内外宽禁带半导体材料和器件的科学研究、人才培养、学术交流、成果转化方面的重要基地,是西安电子科技大学微电子学与固体电子学国家重点学科、“211工程”重点建设学科和国家集成电路人才培养基地的重要支撑。
敏锐洞察微电子前沿
上世纪,信息科学技术蓬勃兴起,作为信息时代技术基础的集成电路——微电子技术成为大热门。彼时,在微电子领域已崭露头角的郝跃却敏锐地感觉到,传统的微电子技术研究已经遇到了问题。
以硅为半导体材料的集成电路技术基础研究成为关注的核心。一方面,随着集成电路的集成度每18个月翻一番,使半导体器件和材料基础研究高度依赖于工艺条件,高校的优势慢慢丧失;另一方面,随着相关技术产业化和行业市场的迅猛发展,集成电路技术的开发应用已迅速成为企业的天下,高校乃至研究院所都很难成为主导力量。
寻找新的方向,是学术带头人郝跃直觉到的内在要求。他把目光转向化合物半导体,并最终聚焦到国际上刚起步的宽禁带半导体材料——氮化镓、碳化硅。他看到,宽禁带半导体材料研究可以把电子学与光学紧密结合,必然具备单纯的电子学或光学不具备的优势,同时也有很高的学术和应用价值,容易形成先发优势。
2000年前后,郝跃到美国进行学术交流,他留心考察了美国相关研究的最新动态,发现他们的氮化物宽禁带半导体材料研究也还处于起步阶段。这更加坚定了他的决心。回国后,他毅然宣布,全面转向新的研究方向,宽禁带半导体材料与器件。
据实验室的青年教师马佩军回忆说,这无异于一颗重磅炸d,在学院里引起了不小的震动,很多人都无法理解。当时作为郝跃老师的博士研究生,马佩军也觉得非常突然和吃惊。宽禁带半导体是个新鲜事物,没有人能预料它的发展前景。一没有研究基础,二没有经费支持,在马佩军看来,这一新的未知领域充满风险。
尽管争议很大,但是郝跃非常坚决。没有经费筹措经费,没有条件就创造条件,举全力投入。同事和学生们都感叹,郝老师胆识过人,决策果断,他看准的事情绝不拖泥带水。
短短几年的时间就已证明,当初郝跃带领他的团队爬上的这座山头是个宝藏。氮化镓、碳化硅化合物半导体材料,也就是宽禁带半导体材料,很快被定义为“第三代”半导体电子材料,它翻开了世界微电子学科和微电子产业全新的一页。
自主搭建创新平台
刚开始关于宽禁带半导体材料氮化镓的研究,摆在郝跃面前最大的问题是没有材料生长设备。引进一套设备,当时需要700万元到800万元。然而由于没有研究基础,还不能申请国家的经费支持。
怎么办?郝跃决定不等不靠,自己搭建一套设备。他从手中的项目经费中挤出部分经费,又自己垫资,东拼西凑,终于凑到200万元,由此开始了自主研发并搭建材料研制平台的艰苦历程。
用这200万元购买零部件,团队成员自己动手设计与搭建设备。万事开头难,郝跃鼓励大家说,最痛苦的时候,也是最有希望的时候,等日子好过了,我们就要有危机感了。
2002年,在郝跃的领导和指导下,第一代MOCVD(有机化合物化学气相淀积)设备研制成功。当时毕业留校直接参与了设备研发的青年教师张进成,回忆起那段“带着学生从焊板子开始”的往事,感到更多的是成就感。这套后来被张进成笑称为“作坊”式的设备,满足了材料生长、表征、测试等最基本的研究需要,很快就生长出了具有国际先进水平的GaN(氮化镓)基外延材料。团队成功迈出了具有关键意义的第一步。
与此同时,全世界范围内,宽禁带半导体的时代很快到来了。学术界与产业界逐渐认识到,GaN电子器件是制造高功率微波毫米波器件的理想材料,在新一代无线通信、雷达与导航测控等航天、航空平台设备中,具有重大应用前景。只是GaN材料缺陷密度相对较高,这是长期制约GaN电子器件发展的瓶颈。
郝跃带领他的团队系统研究并揭示了GaN电子材料生长中缺陷形成的物理机理,独创性地提出了脉冲式分时输运方法、三维岛状生长与二维平面生长交替的冠状生长方法,显著抑制了缺陷产生。
正是基于这种创新生长方法的固化集成,团队成功建立第一代自主国产化的MOCVD系统和低缺陷材料生长工艺,并于2005年和2007年迅速更新为第二代和第三代,解决了高性能GaN电子材料生长的国际难题,推动了GaN材料生长技术与核心设备的应用。团队自主研发的MOCVD系统及关键技术已成功产业化,应用于GaN半导体微波器件和光电器件制造企业,已累计实现产值2.1亿元。他们自主制备的高性能GaN电子材料自2003年起批量应用于国内多家研究所与大学,以及日本、新加坡等国家的一些科研机构,被国际用户评价为“特性达到了国际前沿水平”。似乎就在朝夕之间,郝跃教授与他的团队一下拿出一批有显示度的成果,震动了整个微电子领域。
成果转化彰显价值
2002年,GaN高亮度蓝光LED器件在郝跃的实验室成功问世。这种新工艺具备传统发光器件不可比拟的节能等优越性。郝跃预测到该项成果巨大的市场潜力,着力推动技术转让与成果转化。
然而事情一开始并不十分顺利,显然这件新事物的价值还不为市场所认识,没有引起足够的重视。郝跃认为,再好的成果,如果“养在深闺人未识”,没有实现其应有的价值,就不能算最后的成功。不等不靠,郝跃决定主要依靠团队自己的力量,将这项成熟的技术尽快转化。
2005年,团队以少额技术股份转让该项成果,以实验室为技术依托,成立西安中为光电科技有限公司,成功实现了蓝绿、紫外LED的产业化。
此外,他们自主建立的国产化GaN微波毫米波功率器件填补了国内空白,打破了发达国家的技术封锁与禁运,已开始试用于多项雷达和测控国家重点工程,推动了我国宽禁带半导体电子器件的跨越发展和应用。
高质量的GaN(氮化镓)和SiC(碳化硅)材料外延片批量提供企业和研究所使用;微波功率器件已经开始用于国家重点工程;GaN的LED成果已经成为陕西省半导体照明的核心技术;微纳米器件可靠性技术对推动我国高可靠集成电路发展发挥了重要作用……随着多项成果应用于国家和国防重点工程,郝跃带领团队的研究工作得到了国内外的广泛关注,科研水平和学术地位不断提升。
在解决国家重大战略需求方面,团队注意到半导体器件可靠性一直是航天、航空等系统中突出的薄弱环节。美国阿里安火箭100多次发射中有过8次失利,其中7次都是由个别器件故障导致的。随着电子系统复杂度的日益提高,器件可靠性问题越来越突出,对我国更是如此。
郝跃多年来一直关注着这个技术难题。从上世纪末开始,团队在他的领导下系统研究了多种半导体器件的退化与失效机理,提出并建立了相应的模型,系统揭示了半导体器件退化与失效的物理本质。该项成果获得了1998年的国家科技进步奖三等奖。
早在2001年,团队首次提出并建立了高可靠性的自对准槽栅半导体器件结构与制造工艺,使器件可靠性提高近2个数量级,被评价为“槽栅器件是一个很有前途的结构,可改善热载流子效应,从而提高器件可靠性”。这项成果成功用于知名集成电路制造商——中芯国际公司高可靠集成电路大生产。该项成果还获得了2008年的国家科技进步奖二等奖。
“微电子不微”,这是郝跃常挂在嘴边的一句话。微电子技术是一个国家核心竞争力的体现,是国家综合国力的标志。他说,作为科研工作者,要承担起自己的使命。
面向未来,郝跃一方面密切关注着学科前沿此起彼伏的热点,一方面反思着团队持续发展中面临的一些自身的问题:数理基础要进一步巩固和加强,创新性思维有待进一步培育,科学的精神、激情与活力需要进一步激发……他似乎总有一种时不我待的紧迫感。
西安电子科技大学南校区一片美丽的草坪上,一座巨石巍然耸立,上书“四海同芯”四个大字雄浑苍劲,似乎诉说着西电微电子人的执著与奋斗,梦想与追求。
【简介】
谢希德(1921年3月19日-2000年3月4日),女,福建泉州人,中国物理学家,中国科学院院士、第三世界科学院院士,丈夫为著名生物化学家曹天钦。谢希德1946年毕业于厦门大学数理学系,1951年美国麻省理工学院博士毕业,1952年10月回国到复旦大学任教,1983—1988年复旦大学校长。专长表面物理和半导体物理的理论研究,取得多项重要成果,并是这些方面科学研究的主要倡导者和组织者之一。90年代主要从事半导体表面和界面、短周期超晶格的声子谱的研究并取得重要成果。.撰有《半导体物理学》、《固体物理学》等专著4部。谢希德是1949年后中国大陆第一位大学女校长,她把握改革开放新时期的机遇,为复旦大学的发展作出了极大的贡献,和前任校长苏步青开创了复旦辉煌的“苏谢时代”。
生平经历
1921年3月19日出生于泉州市蚶江镇赤湖乡。那年她的父亲谢玉铭被母校燕京大学请回教物理课程,他一边教书,一边进修高等物理,准备出国深造。1923年,他得到洛克斐勒基金社的奖学金赴美国留学,母亲郭瑜瑾则在厦门大学念书。在谢希德4岁时不幸母亲患病去世,此时,父亲正在美国芝加哥大学攻读物理博士学位,幼小的谢希德在祖母无微不至的照料下成长。1926年谢玉铭学成回国,应聘在燕京大学物理系执教。谢希德7岁时,父亲与燕京大学数学系毕业生张舜英结婚。继母对她十分疼爱,使她的心灵得到极大抚慰。11岁时进入燕大附中,在那里认识同班念书的曹天钦。后来转到贝满女中读书,“敬业乐群”的校训给她深刻的教育。至今也常怀念当年对学生既严格要求又和蔼可亲的师长们。
1937年卢沟桥事变后,谢玉铭举家南下,应邀在湖南大学任教。谢希德相继在武汉圣希理达女中和长沙福湘女中读完高三。1938年夏天,日本侵略军的炮火日益逼近武汉、长沙,但当时仍举行高考统一招生。谢希德报考湖南大学数学系,不久长沙告急,全家搬到贵阳。谢玉铭只身回到迁往辰溪的湖南大学。好不容易转移到贵阳后,谢希德住进医院切除扁桃腺,加上又腿痛难忍,因此虽然接到录取通知,不得不申请在家休学一年。后来经医生诊断她的腿痛系股关节结核。那时没有治结核病的特效药,生了这种病与被判无期徒刑差不多。当时日本侵略军的飞机狂轰滥炸,需时常躲避空袭,不得安宁。但她是一个意志坚强的青年,在治病和休养期间,大量阅读英文小说,这对她后来的发展很有帮助。1942年夏她又考上迁至贵州省湄潭县的浙江大学物理系,但由于父亲不同意而放弃。后来全家从贵州搬到福建长汀县,父亲应聘为厦门大学数理系教授,并兼任系主任、理学院院长和教务长。在萨本栋校长和谢玉铭、傅鹰等各教授的共同努力下,厦大成为当时东南首屈一指的大学。就在这时,谢希德考入厦大数理系。她勤奋好学,训练严格,基础扎实。尤其是在父辈们的亲切熏陶下养成了优良的学风。1946年秋她大学毕业后,来到上海市沪江大学任助教。连绵不断的战火,辗转不定的生活,艰难困苦的环境,使她成为具有强烈爱国心的青年,立志继承父业,出国深造,为祖国未来奉献力量。
复旦工作
原在上海交通大学的周同庆曾请谢希德去交大任教,由于院系调整,她同周同庆一起来到复旦大学物理系。在这里,她承担了极其繁重的教学任务,从1952年到1956年,先后主讲6门基础课和专业课,且都编写了教材和讲义。她善于组织课程内容,讲课切合学生实际,由浅入深,信息量大,条理清晰,语言流畅,使学生们深得教益。现在中国许多中年科技骨干,如方守贤、丁大钊、王启明等都是她当年的门生。在她努力下,复旦大学于1955 年开设了固体物理专门化,致力于半导体物理的发展。1960~1962年间,她同方俊鑫合作,编写了《固体物理学》(上、下册)一书,由上海科学技术出版社出版,深受国内各大学师生欢迎。80 年代,这部书重新修订,谢希德增写了《非晶态物质》一章,保持原书特色,既系统讲述本学科的基础内容,又介绍各主要分支的发展概况。1988年被国家教委评为优秀教材。
1956年秋,为了实现国家12年科学发展规划,北大、复旦、南京大学、厦大、吉大等5所大学的物理系的部分师生汇集于北大,共同创办半导体物理专门化。黄昆任教研组主任,谢希德任副主任。他们通力合作,撰写了一部专著《半导体物理学》,1958年由科学出版社出版。这在当时国际上是一部学术水平很高的权威性著作,为中国培养一大批半导体科技骨干人才及时作出了贡献。令人钦敬的是她为了科学事业,放下出生才5个月的小孩,交给爱人曹天钦照料,毅然去北大工作。
在科研方面,她也是白手起家,于1958年创办上海技术物理研究所,并任副所长(1958~1966)。在她精心指导和组织下,坚持应用技术和基础研究并重,为上海半导体工业发展和基础研究创建了必要的条件,培养了一支队伍。当时实验技术人员非常缺乏,为此她建立了上海技术物理中专,培养实验员,后来这批人都补齐了大学课程,成为得力的科技人才。当年提前毕业参加建所的大学生中有很有成就的沈学础。
60年代初,国际上硅平面工艺兴起,她和黄昆敏锐地看到这将促进半导体技术和物理的迅猛发展,联名建议开展固体能谱研究,并由北京大学、复旦大学、南京大学共同承担。1962年11月,她晋升为教授。在她指导下,复旦建立了顺磁共振等当时先进的实验技术。她招收研究生,开设“半导体理论”和“群论”课,编写讲义,指导研究生从事空间群矩阵元选择定则、应变条件下半导体载流子回旋共振理论、间接隧道效应理论、半导体能带计算等项科研课题。1966年夏,在北京召开的暑期物理讨论会上,她作了能带计算成果的报告,与各国学者进行交流。1986年在原有讲义基础上又进行改写,出版了专著《群论及其在物理学中的应用》,此书现已成为国内许多大学研究生的教材,使学生较容易掌握群论这样抽象的数学工具,受到师生们的好评。
突出贡献
谢希德1976年10月粉碎“四人帮”后,祖国又有了希望。1977年8月,当时分管科学教育的邓小平,在科学教育工作座谈会上指出:建国后17年,教育战线、科研战线的主导方面是红线,中国知识分子绝大多数是自觉地为社会主义服务。我们要尊重脑力劳动,尊重人才。1978年3月在全国科学大会上,邓小平强调了“科学技术是生产力”和知识分子已经是工人阶级的一部分的观点,给知识分子莫大的鼓舞。正如郭沫若所说的迎来了科学的春天。
在1977年底的全国自然科学规划会上,谢希德报告了她的科学调研,以殷实的材料说明在固体物理、材料科学和量子化学之间正在形成新的边缘科学即表面科学,其基础是表面物理,基本内容包含三个部分:一是确定表面的原子成分;二是表面原子结构和成键性质;三是表面电子态和各种特殊的物理性质。她还阐明了表面物理同高新技术和科学发展以及与国民经济之间的重要关系,提出在中国发展表面物理的倡议。这个报告得到与会科学家的赞赏。她的倡议得到国家科委和高教部的支持,返校后,她立即着手筹建以表面物理为研究重点的复旦大学现代物理研究所。在短时间内,在原有物理系和核科学系的基础上建立了8个研究室。
1978年9月,谢希德又拟订计划,组织两个系列的学术报告讨论会,一是表面物理,系统讲述表面物理的基础内容和发展前景;二是固体能带理论。她安排好报告人并开列参考文献供报告人准备之用。7个多月,她带病亲自组织报告30多次。在此基础上还举办了全国性的表面物理讨论班。
中国科学院和教育部委托复旦大学物理系和现代物理研究所举办的固体理论讨论班,1979年3月在复旦举行,由副校长兼现代物理研究所所长谢希德主持并亲自作几个学术报告,来自全国20多个省、市、自治区84所高校和科研单位的170多位代表参加了讨论班,主题是“群论”和“固体能带理论”,时间长达一个月之久,收到很好的效果。
1982年,美国物理学家、1998年诺贝尔化学奖获得者,W.科恩(Kohn)来华讲学,回国后评论说:“谢希德教授作了明智的选择,在复旦大学开展表面物理研究”。多年的努力和在国家科委和国家自然科学基金会的支持下,现代物理研究所的表面物理实验室于1990年经国家计委组织专家评审,被确定为国家应用表面物理开放实验室。在谢希德指导和王迅的努力下,该实验室在化合物半导体GaAs和InP的极性表面结构和电子态,表面界面结构,Si/Ge超晶格的生长机制和红外探测器件、多孔硅发蓝色光、蓝色激光材料研制,锗量子点的生长和研究,磁性物质超晶格等方面取得出色成果。
由于她与同事们坚持不懈的努力,1985年、1987年、1990年和1997年,谢希德和张开明、叶令及蒋平等共取得4项科研成果。这就是“半导体表面电子态理论与实验之一”、“镍硅化合物和硅界面理论研究”、“金属在半导体表面吸附及金属与半导体界面电子特性研究”和“量子器件与异质结构电子性质的理论研究”,分别获得国家教委科技进步二等奖。在指导研究生方面,据不完全统计,自1978年以来,已培养了博士15名,硕士10多名。发表学术论文近百篇。她是1997年何梁何利科技进步奖的获得者之一。
80年代初,美国著名科学家,两次诺贝尔物理学奖获得者J.巴丁(Bardeen)率团访华。他回国后称赞说:“在中国科学界中,谢希德教授是属于最有影响的人士之一。”
由于谢希德的科研成就和国际学术交流方面的卓越贡献,使她得到国内外学术界的赞誉,享有崇高的声望。她被选为中国物理学会副理事长(1978~1991),中国科学院数理学部委员(院士)、两度当选中国科学院学部主席团成员(1981年和1992年)。美、英、日、加、香港地区的13所大学分别授予她名誉科学博士、名誉工学博士和人文科学博士1987年6月接受美国纽约州立大学Alabany分校授予名誉博士时,《今日美国》报社记者采访她,称她为“中国的哈佛大学校长”。1986年她被选为美国物理学会的名誉会员(Fellow)。1988年她又当选为第三世界科学院院士。1990年被选为美国文理科学院外国院士。《表面科学》等6种国际学术杂志请她担任顾问和编委。她也是国际纯粹和应用物理联合会(IUPAP)半导体委员会委员(1987~1993),先后担任国际半导体物理会议的顾问和程序委员会委员,1990年当选为在北京召开的第二十一届国际半导体物理会议主席。会议于1992年8月召开,中外专家500余人出席这届大会,报送的论文达900多篇。这是第一次在亚洲发展中国家召开的国际半导体物理会议。这次会议为中国半导体物理学界提供了一个直接接触国际科技前沿领域的良机,对中国半导体学科的发展以及青年人才的培养,起到很好的推动作用。
谢希德在与国际科技界友好往来和学术交流中,显示了特有的智慧和才干,为振兴中华、建设祖国作出了重大贡献。自1983 年起她每年都参加美国物理学会的三月会议,回来后必向物理系师生作介绍,并撰文讲述当年物理学前沿的重要发展。她多次应邀出国参加各种会议,作有关半导体物理、表面物理学术报告外,还作有关中国科学、教育、妇女、人口和环境等方面的报告,足迹遍及美、英、法、德、意、日、俄、波兰、匈牙利、希腊、泰国、委内瑞拉等国。
谢希德是中国半导体物理学和表面物理学研究的开拓者之一,成就卓著,深受学术界、教育界的尊敬。1991年3月19日欣逢她七十大寿,又值她在复旦大学执教40年。国家科委主任宋健和中国科学院院长周光召联名发来贺电。国际著名的3位诺贝尔物理学奖获得者杨振宁、李政道和A.萨拉姆(Aalam)分别发来贺电。国家教委也致电祝贺。中国物理学会理事长冯端寄来热情洋溢的贺信。国内外知名学者撰写了26篇学术论文,汇编成《表面物理学及有关课题》文集,以热烈和由衷的庆贺,由新加坡世界科学出版社出版。
人物评价
谢希德谢希德不但是一位国内外知名的物理学家,也是一位杰出的教育家和社会活动家。在高教事业方面,谢希德的贡献是突出的。她先后担任复旦大学副校长(1978~1983)和校长(1983~1988)长达10年之久,建树累累。她率先在国内打破综合大学只有文科、理科的前苏联模式,根据复旦大学的条件增设了技术科学、生命科学、管理科学等5个学院。她大力提倡师生的创造性和科研工作,加强国内外的学术交流。教学质量和科研水平与日俱增,复旦的声誉在增长。她深知抓好教师队伍建设的重大意义,采用破格提升的方法,鼓励学科带头人脱颖而出。她注意发挥教师在教书育人中的指导作用,1956年秋在复旦推行导师制。导师们深入学生中间,指导学生学习,针对各种问题晓之以理、动之以情,效果很好。设立“校长信箱”、“校长论坛”、“新闻发布会”沟通校内各方面情况,使存在的问题得以及时解决,师生和职工们感到比较满意。她在师生中大力提倡好的学风,严谨治学,严格要求。
谢希德也是一位出色的社会活动家。1982年9月当选为中国共产党第十二届中央委员会委员,1987年10月当选为中国共产党第十三届中央委员会委员,1988年5月当选为中国人民政治协商会议上海市第七届委员会主席。在中共十三大开会期间,谢希德与浙大校长路甬祥、厦大副校长王路林一同出席中外记者会,她老练地回答了记者们的各种提问。作为上海市政协主席,她的视野宽阔,极为关注浦东新区的开发,对浦东的高等教育提出新的见识,后来又担任了校址设在浦东的杉达大学的校长。她不仅关注全市的教育、科技方面的工作,也关注文化、社会风气、农业等等。人们可以从电视新闻中看到她带领政协委员下工厂、农村了解情况和慰问的动人场面。她关心科普教育,主编一本《阿爸教科学》的新书,给青少年增添了许多新知识。
在复旦校园里,她曾接待过来访的法国总统德斯坦,美国总统里根以及国务卿舒尔茨等外国领导人。她代表复旦授予一批世界上著名的学者、教授为复旦大学名誉教授、顾问教授的称号。1998 年美国总统克林顿和夫人来华访问时,谢希德作为知名人士参加了克林顿总统在上海的座谈会。
1998年11月4日美国半导体产业协会(Semicondueter Indartry associaleer)出资在复旦大学美国研究中心设立谢希德奖金以鼓励有关领域的科学研究。谢希德在团结各界人士、特别是教育界和科技界、国际友人、海外学子和侨胞中,为振兴中华、建设祖国做出了重大贡献。
【大事年表】
1921年3月19日 生于福建省泉州市。
1942~1946年 在厦门大学数理系学习,获理学士学位。
1946~1947年 任上海沪江大学数理系助教。
1947~1949年 美国史密斯学院物理系研究生兼助教,1949年获理学硕士学位。
1949~1952年 在麻省理工学院物理系攻读博士学位,1951年获哲学博士学位。毕业后留校研究一年。
1952~ 在复旦大学先后任物理讲师(1952~1956)、副教授(1956~1962)、教授(1962~)。固体物理教研室主任(1954~1961)。
1956~1958年 在北京任北大、复旦、南大、吉大、厦大五校联合半导体物理教研室副主任。
1958~1966年 筹建上海技术物理所,任副所长。
1978年~ 任复旦大学现代物理研究所所长。
1978~1988年 任复旦大学副校长(1978~1983)、校长(1983~1988)、复旦大学美国研究中心主任(1985~)。
1978~1991年 任中国物理学会副理事长。
1980年 当选为中国科学院数理学部委员(院士)。
1989年 当选为第三世界科学院院士。
1990年 当选为美国文理科学院外国院士。
1997年 任上海浦东杉达大学校长。
2000年3月4日 逝世于上海
2012年有的考区的高考实用类文本阅读就是——《谢希德的诚与真》,您可以自行查阅一下这篇文章
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