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纪念中国第一只晶体管诞生50周年

2019-09-17
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来源:内容来自[ 计算机六十年 ],作者:吴锡九 邓先灿,谢谢。


那是1956年11月,在北京东皇城根中国科学院应用物理研究所小楼第二层的半导体器件实验室里,中国的第一只晶体三极管诞生了,整个实验室充满了喜悦。这一声春雷震撼了全国,震撼了全世界,由此,中国和发达国家一样,进入了半导体新纪元。

1956年,在敬爱的周恩来总理主持制定的全国“十二年科学技术远景规划”中,提出了四项“紧急措施”其中之一即在我国立即开始最先进的半导体科学技术的研究。这是一个过去在国内从未教授过的专业,也从未进行过的研究课题,没有专业人才,没有实验设备仪器,没有参考技术资料,一切都得从零开始。

北京大学接收了联合五校(北京大学、复旦大学、东北人民大学、厦门大学和南京大学)的师生,共同担当起培养半导体专业人才的任务。

中国科学院应用物理研究所的任务则是组织全国有关科研院所及大专院校的科技人员(以中科院应用物理所和二机部十三研究所为主体),集中到北京东皇城根中国科学院应用物理研究所进行半导体设备、半导体材料、半导体器件和半导体测试的科研攻关。

记得当时,半导体研究室主任是王守武,下设半导体材料和物理、半导体器件和半导体电子学三个研究大组。半导体材料和物理大组组长王守武(兼),组员:洪朝生、戴春洲(武汉大学教授)、姜文甫、周煌、许振嘉、庄蔚华、庄婉如、谢国璋等。

器件大组组长吴锡九,器件大组又分为二极管小组、晶体管小组及化学腐蚀小组。晶体管小组有:廖德荣、邓先灿、常振华、马俊如、李高积、魏淑等;二极管小组有:周帅先、吴汝霖(南京大学教授)、李卫(北京工学院讲师)、黄碧莲、蔡继铎、陈月慧等;化学腐蚀小组有:陈莹瑜、刘家树、过俊石等。电子学大组组长成众志,组员:陈兴信、谭良平、李景林、欧阳景正、陈谋礼、顾泰、陈星弼等。攻关总负责人是应用物理研究所的王守武先生和十三研究所的武尔桢先生。

王守武从半导体物理、器件理论上全面指导而且亲自参加、指导具体实验工作:如锗单晶炉及单晶研制、物理测试、器件物理分析等。

武尔桢了解各个方面科研的进展,指导和帮助解决许许多多的具体困难,他的敬业和忘我精神感动和鼓励着所有攻关人员。

邓先灿(中)和杭电微电子研究中心的专家


邓先灿回忆,吴锡九本着对新中国的一片爱国心,毅然放弃了在美国 TRANSITRON半导体公司晶体管项目经理的工作和美国优越的生活,回到祖国,决心参与完成这项最新科学成就。他从美国把晶体管设计原理、结构、工艺和在美国亲身实践的丰富经验统统都带回来了,这对中国第一只晶体管的攻关研究工作,真是及时雨。

第一次做烧结锗合金管实验的那天,令所有参与人员一生不能忘怀。廖德荣领导设备组自制的烧结炉放在实验室的中央,吴锡九亲自指导邓先灿和魏淑清具体操作,告诉我们怎样将集电极铟球、锗片、发射极铟球装入石墨模具,如何将石墨模具慢慢推入烧结炉的石英管中。烧结实验开始了,廖德荣慢慢地将氮气通入石英管,为了完全赶净石英管中的空气,确保随后通氢气不致于爆炸,氮气足足通了一个多小时。下一步要通氢气点火了,这在中国是从来没有人做过的实验,完全不知道会不会爆炸,大家都十分担心。廖德荣大声喊道:“你们大家都出去,离得远一点。”他抱着有危险只牺牲他个人的想法,将氢气瓶打开,慢慢地将氢气通入石英炉管中,再慢慢地将炉管中的氮气关掉,炉管口的酒精灯将通过炉管到达管口的氢气点燃了,火焰是那么娇艳、漂亮,啊!成功了!没有爆炸!我们就像发射成功了一枚氢弹那样高兴得不得了。

接下来实验继续进行,我们将烧结炉慢慢升温到锗合金管的烧结温度,恒温数分钟后,再将炉温慢慢降至室温,炉管中再慢慢通入氮气,关掉氢气,取出石墨舟。这破天荒的第一次锗晶体管的烧结实验,从早八点到晚八点足足花了一整天的时间!三个月后,改进了的设备及有了经验的我们再做同样的实验,一个多小时就够了,可见第一次烧结实验是多么周密而惊险!大家都围过来观看这第一炉烧出来的晶体管怎么样。邓先灿把石墨模具盖揭开,啊!原本银亮的铟球都变成了漆黑的“乌金球”,漂浮在锗片表面,完全没有做成合金结,实验失败了!课题组紧张了许多天的人们也都累跨了,武尔桢说:“没关系,大家回去好好休息吧。”

就这样,我们晶体管组的同事们每天研究分析因,每天进行新的实验,但实验条件太差了体、水、化学药品的纯度都太差了,我们一次又次地失败。关键材料锗片、铟球……都用光了,合金管烧结实验被迫停下来,大家都心急又无奈。

怎么办?邓先灿的一个任务是要想办法把小铟球做出来。这么小的铟球(直径只有几十至几百微米),没有任何资料和设备,就凭一双空手,天知道该怎么做?邓先灿将一根玻璃管在氢氧焰火头上拉成一个微细出口的管状漏斗,管外绕上电炉丝,管内放入金属铟,加热熔化,管顶加气压。结果。第一个作品出来了,那是一根铟“面条”。……我们不断地分析、思考,不断地改进方法,又经过了好多天的各种实验和失败后,合格可用的小铟球终于成功诞生了。

接下来,就用这个“土特产”铟球,晶体管的烧结实验又可以继续进行了。邓先灿、常振华、魏淑清、继续研究锗合金结。又经过了许多次的失败—改进——实验,再失败—再改进—再实验的艰苦循环,直到1956年11月,我们研制出的锗合金结晶体三极管,经过测试组的测试,它不再是开路或通路电阻,而是具有完整的pn结特性,具有pnp结型晶体三极管的标准放大特性,中国第一只晶体管诞生了,开创了中国划时代的科技进步。中国科学院院长郭沫若视察这一成果时,连连称赞这是了不起的成就。人民日报用第一版刊登了这个消息,极大地振奋了人心,吹响了向科学进军的号角。

今天,半个世纪过去了,中国的半导体集成电路科研、生产事业飞速发展,取得了极辉煌的成就,它巳成为国民经济、国防建设和人民生活现代化的基石,被列为国家高科技的第一项,我们相信中国的半导体集成电路科研、生产事业一定会屹立于世界之林。


作者简介:昊锡九,1932年生于上海,原应用物理研究所研究员,现为美国 UC Berkeley大学华人校友国际协会主席;邓先灿生于1933年,女,半导体器件专家,湖南长沙人,教授,浙江大学博士生导师,原十三研究所总工程师,现为杭州电子科技大学教授,博士导师,国家级有突出贡献的科技专家。

(原载《微纳电子技术》2006 年第11 期,收稿日期: 2006-10-23)


吴锡九,就读于南洋模范中学,毕业后赴美学习,1953年,以总成绩第一名毕业于美国加州大学伯克利分校电子工程系,继而获得麻省理工大学硕士学位。1956年吴锡九追随钱学森回国,在中科院工作22年,是中国第一代晶体管、晶体管计算机和微型计算机的奠基人。


根据“四项紧急措施”的部署,1956 年应用物理所半导体研究室,在王守武、吴锡九等领导下,开展半导体锗的研究工作,完成锗单晶的提纯、掺杂工艺和锗晶体管研制,参与者有二机部华北无线电元件研究所、南京工学院等单位。到1958 年初,已能够控制锗单晶的导电类型、电阻率以及少数载流子寿命,达到了器件生产对材料的要求。1958年,吴锡九与其团队成功研制和孕育出我国第一个晶体管,填补了中国在该领域的空白;1959年至1960年间,吴锡九又马不停蹄地投入到109计算机研制和创办109厂工作中,最终109计算机获得成功,成为当时亚洲运算速度最快的计算机,由于该机在原子弹研发过程中被使用且做出了较大贡献,故被誉为“功勋计算机”;1965年,吴锡九又投入到中国第一台微机的研制工作,在代号为“156工程”中奋战。他同时是我国在导弹陀螺仪制造的专家。

*免责声明:本文由作者原创。文章内容系作者个人观点,半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点,不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持,如果有任何异议,欢迎联系半导体行业观察。


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