我的半导体情结

　　杨雄风

　　杨雄风，1937年10月生，江西宜春人，研究员。1962年毕业于清华大学无线电系半导体与固体电子学专业，随即到中国科学院半导体研究所工作，直至退休。曾任所长学术助理、研究生部常务副主任。从事过高纯硅单晶的无坩埚区熔提纯等多项研究工作，参与完成的“高纯硅单晶制备”课题曾获得1964年国家科委二等奖。曾发表“区域熔化点掺杂的数学分析”等多篇论文。

　　以26公里的时速进京求学

　　我的老家江西宜春，于西汉高祖6年（公元前201年）设县，历经县、郡、州、府等2000多年的历史变迁，民国期间已成为江西省袁州专员公署的驻地，号称赣西重镇。

　　1956年春，我就读于江西省宜春中学高中三年级，是为当年的应届高中毕业生，暑期将要参加高考。报纸上公布了1956年全国高等学校的招生名额，总数为17万5千5百名。宜春虽然是一个地级行政单位驻地，但当时有关高校招生的信息远不如现今这样丰富、详实、及时，也不如当时北京、上海这样的大城市能够提供更多的咨询。记得当年能够获得的招生信息仅仅是一本“全国高等学校招生指南”，上面有各高校的招生专业及其招生人数。

　　高考报名截止日期将临。就在这样信息不多的情况下，我看到报纸上登载的由苏联援助建设的长春第一汽车制造厂即将投产解放牌载重汽车的消息，觉得汽车是一个大有发展前途的方向。于是就在高考报名表的第一志愿栏内填写了“清华大学机械系汽车与拖拉机制造专业”。

　　全国统一高考的日子转眼就到了。按当时的规定，江西全省的考生，每年都要集中到省会南昌去参加统考。于是，7月中旬的一天中午，全校报名参加高考的大约150名考生，就在三位老师的带领下，在宜春火车站乘坐从长沙到南昌的慢车出发。短短220公里的路程，竟用了7个多小时，直至傍晚才到达南昌。紧张的高考经历了二天半，自我感觉极好。但在回到家乡宜春等待高校录取通知书的将近一个月的时间里，心里还是免不了有一种莫名的不安和焦躁。

　　8月12日下午，终于收到了清华大学的录取通知书，如愿被录取到机械系汽车与拖拉机制造专业。根据录取通知书的要求，立即开始办理户口粮油等关系转移，县政府对录取到外省市的学生非常关怀，为每个学生发放了火车票款（记得当时从宜春到北京的火车硬座慢车票价是每张22.03元）。

　　8月21日中午，在宜春火车站乘坐从南昌到长沙的慢车，告别了家乡。一路上经过长沙换车、武昌轮渡过长江后换车，直至8月24日上午9点多钟，火车才终于到达了终点北京前门火车站（当时北京还没有建设新火车站）。出到前门火车站的广场上，我看着街道上摩肩接踵的来往行人和叮当作响的有轨电车，别有一番新鲜，觉得真正是到了一个全新的环境中了。

　　清华迎新站的同学，带领我们乘上迎接新生的大轿子车来到了清华园。工作人员很快就为我们办理好了入学手续，把我引领到了临时宿舍平斋203号，这时还不到12点钟。抓紧时间赶忙到盥洗室，彻底洗去旅途上留下的风尘。这次进京求学全程1786公里，费时69小时，平均时速仅为26公里。当年的火车是由烧煤的蒸汽机车拉动的，旅客车厢没有空调，夏天是车窗全部敞开的，火车一开动，煤灰就大量往车厢内灌，加之火车上供水又不正常，经过将近3日3夜的火车长途旅行，难免成了灰头土脸，居然将一条新毛巾染成了大块大块的黑色。

　　缘分可能已经出现了转移。但直到此时，我还不知道自己的未来竟然会与半导体发生密不可分的联系。

　　从汽车制造到半导体

　　在清华平斋203号安顿下来之后，就等着正式开学分班上课了。原本我是被录取在机械系汽车与拖拉机制造专业的。但是有一天，一位老师忽然到宿舍来找到我，说校方希望我转换一下专业，从机械系转到工程物理系去学习制造原子弹之类的高新技术，问我是否愿意。当时我们这一代10几岁的年轻人一听说自己将来有可能参与强国的高新技术建设，无一例外都会感到无比光荣和自豪。我没经多想，马上答应说“服从分配”。如今我们才知道，这是由于当年在钱学森等专家的建议下，中央决定开展二弹一星等高新技术建设，其中就包括半导体科学技术。从此，我就与半导体结下了不解之缘。

　　学校开学后，我被编在了物112班。在工程物理系里正式开始了基础课的学习。一年之后，物112班从工程物理系转到无线电系。几经辗转，学制从5年延长到6年，1962年毕业时称为无208班，所修的专业是半导体与固体电子学。

　　在清华6年的学习中，从基础课、专业基础课、专业课、实习，到毕业论文撰写和答辩，在学校的严格要求下，学习生活是紧张而充实的。其间，还经历了1957年的反击右派运动和1958年的大跃进。

　　1962年10月10日，我们半导体专业一同被毕业分配到中国科学院半导体研究所的11人，来到位于北京市东城区大取灯胡同3号的半导体所报到，被安排在二道桥集体宿舍住宿，这是一个几进深的老式平房四合院，每间房内住20多人不等，一水儿双层床，冬天靠烧煤球炉取暖。住宿条件是比较差的。直到1964年4月搬入新落成的所区宿舍楼，情况才得以大幅度改善，这是后话。

　　接着参加了半导体所的入所考试（半导体物理和英文）。10月下旬，我被分配到半导体材料研究室的硅区域熔化提纯组，立即投入到了当时正在全力以赴地进行的超高纯硅单晶的无坩埚区域提纯工作中。当时半导体材料研究室的室主任是从美国归来的林兰英博士。硅区域熔化提纯组的组长是从苏联留学归来的梁骏吾，组员有10多人，都是20几岁的年轻人。

　　硅区域熔化提纯组位于前楼一层的东头，实验室安装有空调装置，虽然噪声稍大，但这种实验室条件在当时的半导体所也可以说是绝无仅有的。主要的实验设备是由组长梁骏吾、郭钟光设计，由北京仪器厂制造、年初刚安装调试完毕的石英管式无坩埚区域熔化提纯装置。使用此装置进行提纯时，用上下夹头将待要提纯的硅棒悬空安置在石英管内，不能与石英管壁发生任何接触。8 kW高频炉经由感应线圈提供给硅棒的能量，使悬空安置在流动着氢气的石英管内的硅棒局部熔化，形成一个熔区悬浮在上下方的固态硅棒之间；借助于从上向下移动整个石英管框架而使熔区从下向上移动，从而实现无坩埚区域提纯。为了获得高纯度，需要从下向上重复移动熔区很多次。这一特点使实验工作需要日夜三班倒，经常要整个星期不间断地连轴转，才能够得到结果。通常是三个人组成一班，其中一人要一刻不停地盯着悬空的1420℃的明亮刺眼的熔区，一人要随时调整高频炉的输出功率。一不注意，就有可能出现最不希望出现的“掉熔区”情况，一旦熔区掉了，就前功尽弃，有时一个多星期的辛劳就功亏一篑。因此，在每天值班的过程中，精神是高度紧张的。几年的区熔工作，使大家都习惯了上夜班，习惯了这种紧张的工作，谁也不希望因为自己的失误而使实验失败。在组长梁骏吾的带领下，通过硅区域熔化提纯组全体人员的不懈努力，工夫不负有心人，终于得到了头部纯度几乎达到理论数值的超高纯度硅单晶棒，“高纯硅单晶制备”课题因而获得了1964年国家科委二等奖。

　　用计算尺绘出曲线组

　　自从到半导体所工作以来，除了努力完成本职工作之外，我一直想为自己选定一个理论问题来进行研究分析，以便更加深入透彻地理解、从而更好地完成所从事的工作，或许还能够写成论文在学报之类的期刊上发表。这在当时似乎并不是受到鼓励的，弄不好还会被说成是名利思想在作怪。但在图书馆查阅有关半导体材料的文献时，看到有关区域熔化提纯方面的论文大多是外国人发表的，特别是涉及区熔理论分析计算的论文几乎被外国人垄断了。我当时就想，作为中国的年轻科技人员，我们也应该占有一席之地。因此，最终我还是大胆地为自己选定了一个题目，即“区域熔化点掺杂的数学分析”，并严格限定在纯粹数学理论分析范围内，以免造成泄密之类的问题。而且限定，这一工作只可以利用业余时间来进行而不得侵占上班时间。

　　这一业余工作于1964年4月在民委楼一层的硅区域提纯组学习室内开始了。业余时间是有限的，正如在学校常说的“时间是个常数”，必须抓紧可能利用的所有业余时间。因此，之后的一年又三个月内，绝大多数的星期日和平日晚间，我都在民委楼学习室内进行这一工作，推导方程，计算曲线数据等。直至1965年7月8日，终于完成了这一论文，得到了点掺杂区熔后杂质沿锭长分布的一系列普遍公式，利用这些公式，可以写出任意次区熔后锭条上的杂质分布，而不受区熔次数和掺杂点数目的限制。

　　这一工作中最费事的是计算各个特例中的曲线组。当时唯一的计算工具是一把清华大学自产发给我们学生的计算尺。曲线的每一个点的数据都要拉几十次计算尺才能得到，往往一个晚上也完成不了一条曲线。

　　1965年8月，我将此论文寄送到《物理学报》编辑部。后来由于审稿人错误地评议曰外国人已经发表过此类论文，但物理学报编辑部却不同意此评议，认为此评议毫无根据，彼此纠缠不清。到了月底，我已被派往安徽省六安县韩摆渡大队参加四清工作去了。此事结果如何，不知所终。不久就发生了“文化大革命”，此事就更是石沉大海，难以问津了。

　　1972年12月27日，我到中科院物理所办事时，见到新建不久的《物理》编辑部，便向其询问此稿的下落，对方答曰“文革时已经遗失，可以重新寄来”。幸好家里还留有原稿，重新抄了一份寄去了，此文才得以于1974年7月发表在《物理学报》第23卷第4期上，前后耽搁了将近九年！

　　1979年底，我在美国麻省理工学院任访问学者时，曾在图书馆看到由美国一个专门翻译中国物理方面论文的杂志（可惜记不清楚具体的刊物名称和卷号页码了）上，登载了我这论文全文的英文译文。

　　1980年7月，在美国新罕布什尔州Loconia举行的晶体生长会议上，我见到了区域熔化的鼻祖William Pfann，在谈到当年的区熔工作时，对参与区熔研究的工作人员的辛劳，以及电子计算技术的突飞猛进，无不感慨万千。

　　自编软件使管理工作轻松愉快

　　1966年7月，我从安徽省六安县前厂大队回到北京之后，继续在半导体所参加科研工作，先后从事过蓝宝石尖晶石上硅单晶薄膜（SOS）的外延生长、蓝宝石单晶生长、砷化镓及其合金的液相外延等研究。其间，1979年11月至1981年11月，在美国麻省理工学院材料科学系任访问学者，从事砷化镓和磷化铟液相电外延研究，提出并成功地实现了砷化镓的选择性液相电外延，结果发表在J.Electrochem.Soc., Vol.129, 194-197(1982)上。

　　1986年5月，半导体所完成了从东城区大取灯胡同3号到海淀区清华东路肖庄新址的整体搬迁。7月，我从实验室到科技处工作，任所长学术秘书，1989年任所长学术助理、所学术委员会常务秘书，在所长领导下，从事了下列学术组织管理工作：

　　（1）逐年完成了所学术刊物《研究工作报告》和《Research Progress Report》的编辑出版工作。

　　我所学术刊物的出版工作，在1989年12月之前，是由我所完成编辑后，再委托外单位排版印刷，很难保证质量和出版周期。为此，在所领导支持下，经过对国内当时几种主要排版系统进行调查比较后，我们选购了北大普及型方正系统（当时称为华光系统），于1989年12月建立了我所自己的激光排版系统并立即投入了使用。使所刊的出版时效和质量大为提高，彻底改变了过去的被动局面。

　　（2）负责组织或参与组织了“全国集成电路和硅材料学术年会”、“全国固体薄膜学术会议”、“全国化合物半导体微波光电器件学术年会”（以上每二年一次）、“信息光电子学术研讨会”（1990年以及1994年）、“砷化镓及有关化合物会议”（1991年以及1997年）、“海峡两岸及香港地区第三届中华光电子学术研讨会”（1996年）、“首届中国科学院博士后学术研讨会”（1998年）、“中日化合物半导体研讨会”（1986年）、“SSL’89国际固体激光器会议”（1990年）、“中欧电子和光电子材料研讨会”（1994年）等国内外学术会议。

　　在学术会议的组织管理过程中，经常有大量文书需要录入、排版和校对，但各种文书所调用的资料却经常重复，使录入和校对工作增加了大量不必要的重复劳动，而且往往因为校对疏忽而出现错误，最终也难以得到规范化的优美文书。为了按国际规范标准，提高学术会议组织水平和会议文书工作的质量和效率，我在二年多的时间内，基本上利用业余时间，在北大方正排版系统上研制开发了二个FoxBase应用软件：《国内学术会议管理程序》（已经在1993年9月13日获得了机械电子工业部的《计算机软件著作权证书》，登记号930170）以及《国际学术会议管理程序》。使用这二种软件，只需要先建立学术会议的二个数据库并校对无误后，就能够准确无误地快速生成该学术会议的论文集目录、论文集标题、论文集书眉、信封签、胸卡、花名册、日程一览表、日程、论文集作者索引、统计表、报到证等11种文书资料的小样文件，经方正系统排版，即可得到规范的激光排版文书，可免除大量繁重的文书小样文件的录入、编辑与校对工作，节省大量时间，大大提高工作效率与质量。参会人员越多，效益越大。这二种软件从1991年起，已经在我半导体所组织的多次国内外学术会议上使用，效果明显，组织管理效率得到了极大的提高，论文集的出版时效和质量有了显著的提高，而这一切都是在轻松愉快的情况下就如愿以偿了。

　　（3）协助学术委员会主任，完成了学术委员会的日常工作如各类基金申请与总结的评审、成果评审、职称评议等。

　　在进行上述各项学术管理工作的同时，为不断提高学术工作水平，继续进行了下列科研工作：

　　参加并完成了中国科学院表面物理实验室从英国VG公司引进的分子束外延（MBE）设备的验收、安装、调试工作（1987年）；

　　参加了以王启明为组长的国家科委软科学研究计划项目“硅锗应变层超晶格材料的器件应用与发展”课题组，完成了“硅锗应变层超晶格材料的主要制备方法”一文。

　　其间，1991年3月至9月，获得王宽成教育基金的资助，在英国设菲尔德大学电子系任高级访问学者，从事了半导体异质结构的分子束外延和能带偏移研究。结果发表在Appl.Phys.Lett., 60（4），474-476（1992）上。

　　           1994年4月，杨雄风（中）在浙江大学为学生提供报考研究生咨询

　　与此同时，自1993年起，兼任研究生部常务副主任，直至1997年10月退休。用了几年时间，基本捋顺了研究生招生、培养以及研究生待遇等方面的管理工作。至1997年9月，我所研究生培养规模，已经发展到在读博士生66人，在读硕士生46人，合计112人；共有博士学位授权点4个，硕士学位授权点5个；有招生资格的博士生指导教师23人，硕士生指导教师36人。

　　后  记

　　1956年我从江西宜春乘火车进京求学的旅程，平均时速仅为26公里。现在看起来，这简直是天方夜谭。在1959年暑假我第一次从清华回老家的时候，武汉长江大桥已经建成通车，火车几分钟就跨越长江，真是天堑变成了通途，根本用不着在武汉坐轮渡过江换车了。自改革开放以来，又开通了从南昌途经宜春到北京的往返直达特快列车，从宜春直达北京全程只需时18小时，时速接近100公里。近年还出现了时速200公里的动车组和时速300公里的高速铁路，生动地说明了国家经济状况的长足进步和国力的飞速增强。

　　现在看来，用计算尺计算曲线数据的这种情况，也是不可思议的。上世纪70年代初，重新开始有西方专家学者来访半导体所，他们常常拿出随身带的计算器进行演示，而且越到后来型号越新，功能越多。每次我都会想，当年拉计算尺计算曲线数据时，如果有一个哪怕功能最简单的计算器，该有多好啊！

　　上世纪80年代初，半导体所实验室已经开始有了电子计算机，且配置越来越高。记得大约在1984年，我用一台64K内存的苹果计算机，编了个简单的BASIC程序，输入选定的几个参数，就轻而易举地得到了“区域熔化点掺杂的数学分析”中的各个曲线组。我想，当年如果有一台简易的电子计算机，工作起来该有多轻松啊！

　　另据报道，当年我国研发第一颗原子弹时，科研人员的计算工具竟然有上海生产的机械式手摇计算机！可以想象他们的辛劳该有多大！

　　然而，我们这一代人即使在如此差的物质基础条件下，通过自己不懈的努力，还是达到了目的。今天，随着国力的不断增强，我们的物质基础条件已经大为改观，实验条件已经不可同日而语。我相信我们的年轻科技人员，一定能够获得更多更好的成绩，半导体所的明天一定会更加美好！

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