王守武：執(zhí)著創(chuàng)“芯”六十年

華良甫

熟悉我國微電子科技領(lǐng)域情況的人們可能都知道，在該領(lǐng)域有三足鼎立一說，說的是黃昆、謝希德、王守武三位在解放初期從國外歸來的博士、中科院學(xué)部委員。

黃昆、謝希德兩位分別在晶格動力學(xué)散射理論和表面態(tài)物理方面卓有創(chuàng)建，而王守武則主攻半導(dǎo)體器件物理，偏重于應(yīng)用。如今，這三位杰出科學(xué)家中均已作古。相對于黃、謝兩位，王守武的知名度稍遜些，這可能與他一直在科研和產(chǎn)業(yè)化一線從事實際工作有關(guān)。

2013年是王老推動我國首個砷化鎵激光器研制成功的第50個年頭，也是他作為首批海歸博士回國工作的第64個年頭。上世紀(jì)80年代中期，王老在上海推動集成電路產(chǎn)業(yè)化工作期間，筆者有幸參與接待，因而有機會結(jié)識這位享譽業(yè)內(nèi)的科學(xué)家。以后，我還有幾次機會見到他，最近一次是去年在美國他女兒家。當(dāng)時，他思維清晰、記憶力強、聲音宏亮，就是耳朵有些重聽。盡管已是95歲高齡，但王老一直牽掛著祖國超大規(guī)模集成電路工業(yè)生產(chǎn)情況。

出身望族的“海歸”

王守武1919年出生于蘇州的名門望族。父親王季同是留英學(xué)者，1927年隨蔡元培先生籌備中央研究院，在數(shù)學(xué)和機電方面有很深的造詣。王守武4歲隨父來上海，少年時期基本在蘇州、上海兩地生活讀書。

高中畢業(yè)前夕，因瘧疾重犯，耽誤了學(xué)校的年末考試和蘇州全區(qū)的畢業(yè)會考，只拿到肄業(yè)證書的他無法入讀清華、燕京等名校，只得聽從曾留學(xué)德國的大哥的建議，進上海同濟大學(xué)德文補習(xí)班學(xué)習(xí)。一年后，他重回蘇州中學(xué)參加會考，拿到了高中文憑，才正式成為同濟大學(xué)機電系的學(xué)生。

1941年畢業(yè)后，王守武曾到工廠短暫工作幾年，之后轉(zhuǎn)到同濟大學(xué)任教。1945年抗戰(zhàn)勝利，憧憬“科學(xué)救國”的王守武于當(dāng)年10月入美國印第安納州普渡大學(xué)研究生院攻讀工程力學(xué)，翌年6月，獲碩士學(xué)位。因各門功課成績優(yōu)異，校方資助他攻讀博士學(xué)位。此時，正在興起的量子力學(xué)引起了王守武的興趣，他便從工程力學(xué)轉(zhuǎn)向微觀粒子運動規(guī)律的研究，并于兩年后獲得博士學(xué)位后留校從教。

1949年新中國成立，特別是1950年朝鮮戰(zhàn)爭爆發(fā)后，身在美國的王守武歸國心切。他以看望年邁多病的寡母為由，抓住時機，攜同在美國留學(xué)的夫人葛修懷女士（上海籍），懷抱不滿周歲的女兒，于1950年回到祖國。由此，王守武開始了為國效力的生涯。

從零開始的突擊

1956年在周恩來總理親自領(lǐng)導(dǎo)下，我國制訂了十二年科技發(fā)展遠(yuǎn)景規(guī)劃，半導(dǎo)體技術(shù)被列為當(dāng)時四大科研重點之一。中央有關(guān)部門決定，由黃昆、謝希德和王守武等知名學(xué)者在人才培養(yǎng)和開拓性研究方面進行突擊。

王守武在美國學(xué)的主要還是偏物理本身的內(nèi)容，但他深知半導(dǎo)體工作的重要性，毅然中斷其他科研項目，全身心投入半導(dǎo)體研究，在中科院應(yīng)用物理所組建了國內(nèi)第一個半導(dǎo)體研究室，首先抓的是晶體管中最基本的材料—鍺的制取。

他一面抓鍺材料的提純，一面親自領(lǐng)導(dǎo)設(shè)計制造了我國第一臺拉制半導(dǎo)體鍺材料的單晶爐，并于1957年底拉制成功了我國第一根鍺單晶。同年11月底到次年初，王守武與同事合作，研制成功了我國第一批鍺合金結(jié)晶體管，并掌握了鍺單晶中的摻雜技術(shù)，能控制鍺單晶的導(dǎo)電類型、電阻率及少數(shù)載流子壽命等電學(xué)指標(biāo)，達到了器件生產(chǎn)的要求。

1957年，林蘭英博士回國，王守武親自去她住的賓館，成功將她動員到半導(dǎo)體工作組，就任材料研究組組長，具體實施硅單晶的拉制。在王守武、林蘭英和課題組的共同努力下，我國第一根硅單晶于1958年7月問世。

為了促進我國第二代（晶體管型）電子計算機的研究，在王守武等的組織領(lǐng)導(dǎo)下，1958年，我國最早的一家生產(chǎn)晶體管的工廠—中國科學(xué)院109廠創(chuàng)立，從事鍺高頻晶體管的批量生產(chǎn)。在人員和設(shè)備都較欠缺的情況下，全廠人員奮戰(zhàn)到1959年底，為研制109乙型計算機提供了12個品種、14.5萬多只鍺晶體管，完成了該機所需的器件生產(chǎn)。在我國科技發(fā)展史上，在兩年內(nèi)，一項產(chǎn)品、尤其是尖端科研領(lǐng)域的產(chǎn)品能實現(xiàn)從零開始、完成從研制到生產(chǎn)的整個過程，實屬罕見。

上世紀(jì)50年代末和60年代初，受國家科委和中科院的委托，王守武開始籌建中科院半導(dǎo)體所。1960年9月，該所成立，王守武被任命為首任副所長，全面負(fù)責(zé)科研業(yè)務(wù)管理和分支學(xué)科開拓的籌備。以后，在檢測設(shè)備、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，特別在我國首個砷化鎵激光器研究方面，他做了大量工作，還建立了半導(dǎo)體測試中心。

再次受命擔(dān)重任

文革中，王守武遭受不公正待遇，備受誣蔑和誹謗，但他仍利用機會閱讀文獻，緊盯國際上迅猛發(fā)展的集成電路技術(shù)。

文革后期，周總理要中科院重視基礎(chǔ)理論研究，王守武立即抓住這一時機，對耿氏器件中的雪崩馳豫振蕩作了深入探討，相關(guān)論文在1975年美國物理學(xué)會年會上宣讀，受到國外同行好評。當(dāng)年的《中國科學(xué)》雜志發(fā)表了這篇論文。

1978年10月，中科院主要領(lǐng)導(dǎo)請王守武出馬，要他全面負(fù)責(zé)4千位MOS隨機存儲器的研究工作。這是一種大規(guī)模集成電路，要在不到4×4毫米見方的單元硅片上，經(jīng)過40多道工序，制作出由1.1萬多個晶體管、電阻、電容等元件構(gòu)成的電子電路。如果單項工藝的完好率達到95%，芯片的最終工藝完好率也只有13%。要制作出樣品，并有一定的成品率，談何容易。

王守武從穩(wěn)定工藝入手，跟著片子的流程，對工藝線的每道工序進行認(rèn)真細(xì)致的檢查，要求各工序的負(fù)責(zé)人，詳盡地定出各自的操作規(guī)程。定好后就嚴(yán)格執(zhí)行，未經(jīng)工藝負(fù)責(zé)人應(yīng)允，不許隨意更改。

1980年，剛剛過完春節(jié)，上級要王守武去中國科學(xué)院109工廠兼任廠長職務(wù)，開展4K大規(guī)模集成電路的推廣工作，從事提高成品率、降低成本的集成電路生產(chǎn)試驗。

當(dāng)時，國際上微處理器迅速發(fā)展，電腦即將推向社會，進入家庭已成趨勢，大規(guī)模集成電路生產(chǎn)及配套設(shè)備、基礎(chǔ)材料研制工作，由此成為當(dāng)務(wù)之急。1983年，年逾花甲的王守武再一次受命，出任國務(wù)院電子振興領(lǐng)導(dǎo)小組集成電路顧問組組長、國家科委半導(dǎo)體專業(yè)組組長，挑起了全國大規(guī)模集成電路會戰(zhàn)領(lǐng)軍者的重?fù)?dān)。

院士當(dāng)廠長

回顧王守武的經(jīng)歷和貢獻，有一個單位和職務(wù)不得不提，那就是我國第一家半導(dǎo)體器件廠—中科院109廠（中科院微電子所的前身）。所有介紹王守武的文字中都會有這樣的表述：1958年，他親自創(chuàng)建中國科學(xué)院109廠，實現(xiàn)了鍺高頻晶體管的批量生產(chǎn);1980年至1986年兼任中國科學(xué)院109廠廠長。

院士為何答應(yīng)任廠長？對此，原中科院109廠黨委書記張鐘達和原109廠總工辦主任馬文杰曾這樣撰文介紹：

80年代初中期，王守武回到他20多年前創(chuàng)辦的109廠上任的直接原因，是保證科研成果順利轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)計劃，保證已獲國家批準(zhǔn)的109廠現(xiàn)代化引進線的建設(shè)更先進、更科學(xué)、更能起示范樣板的作用;而更深層次地考慮，是他對國際集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢、以及我國集成電路產(chǎn)業(yè)當(dāng)時的現(xiàn)狀進行分析后認(rèn)為，我國集成電路產(chǎn)業(yè)只有把手工作坊式的生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變成現(xiàn)代工業(yè)化的生產(chǎn)方式才有出路。要進行工業(yè)化的集成電路生產(chǎn)，生產(chǎn)線就必須是條件穩(wěn)定、設(shè)備穩(wěn)定、操作穩(wěn)定、工藝穩(wěn)定、實施科學(xué)管理的受控生產(chǎn)線。也就是說，王先生是懷著對國家集成電路事業(yè)的高度責(zé)任感來進行一項全新的探索。

張鐘達和馬文杰舉了一個例子，工業(yè)化生產(chǎn)要求高純度，必須實行管道化運輸，為保證氣體質(zhì)量，王先生要求數(shù)十米長的氣體輸送管道要能抽真空，而且真空度要保持24小時不發(fā)生變化?？晒苈飞鲜褂玫臍怏w表幾乎個個都有微漏氣，達不到這個要求。怎么辦？他就讓大家將零件一個個拆開，分析每個零件的作用，查找漏氣的原因，對癥下藥進行改造。最終，問題解決了。

執(zhí)著的“八級鉗工”

王守武知識淵博，工作嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致，什么事都要搞清所以然，認(rèn)真到幾乎執(zhí)著的程度。

對基礎(chǔ)輔助材料、超純水（純度達99.99999%以上）、MOS級化學(xué)試劑，他都一絲不茍地進行分析、測試;對設(shè)計版圖，他反復(fù)對比、修改、優(yōu)選。為提高集成電路成品率，他要求每一道工序成品率要在95%以上，關(guān)鍵工序完好率要達99%以上。

他身教重于言教，樣樣事情都是從自己做起。所用設(shè)備、儀器、儀表，一臺臺、一件件認(rèn)真檢修檢測，并加以必要改造和革新。光刻機有滲油、蒸發(fā)臺鋁的厚度和致密度性能不穩(wěn)、橢圓偏振測厚儀經(jīng)常有小毛病……都是他蹲在現(xiàn)場，甚至趴在地上查原因換配件，一一解決。

有一臺長期被棄之一旁的國產(chǎn)切片機，老線上還需要用，維修的技術(shù)人員修了好幾次就是修不好。王守武親自動手，分析機器的機械動作原理、各部分控制電路的功能作用、可能出現(xiàn)的問題等，和大家一起討論，鼓勵大家一定要把它修好。六十多歲的他，有幾次都是和大家一起，在地上一蹲就是幾個小時，終于找出了問題所在，修好了電路，重新加工更換了絲桿，使這臺老設(shè)備又重新煥發(fā)青春。

這樣的事例不勝枚舉，以至于王守武在行業(yè)內(nèi)享有“八級鉗工科學(xué)家”的雅號。

用了一年時間，他把256位MOS隨機存儲器最高批量成品率提高到了當(dāng)時國內(nèi)前所未有的水平，最高一批達40%。當(dāng)時在亞洲地區(qū)，這僅次于日本。

難忘“上海緣”

當(dāng)時，上海是全國集成電路工業(yè)的主要基地，承擔(dān)全國80%集成電路的生產(chǎn)。因為組織領(lǐng)導(dǎo)大規(guī)模集成電路研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面的工作，王守武那段時間常來上海。筆者當(dāng)時正在上海市大規(guī)模集成電路會戰(zhàn)組工作，所以接觸他機會較多，印象最深的是他日夜奮戰(zhàn)，從不計較工作時間，總是毫無保留地盡自己所知、所能幫助年輕人。哪里最困難、問題最多，哪里就有他的身影。

21世紀(jì)初，已80多歲的王老先生兩次來滬，關(guān)心了解上海超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)成品率、成本、質(zhì)量、配套能力，還深入到浦東張江“中芯國際”工廠的第一線問這問那，到“貝嶺”、“先進”、“新科”等集成電路企業(yè)了解情況。

當(dāng)年在上海和他一起參與過大規(guī)模集成電路產(chǎn)業(yè)會戰(zhàn)的科技人員，至今仍非常懷念在王先生領(lǐng)導(dǎo)下，為國家大規(guī)模集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展日夜拼搏的那段難忘歲月。

（本文轉(zhuǎn)自《文匯報》）