創“芯”者王守武

2022年8月9日，美國總統拜登簽署《芯片和科學法案》，聯合多國對中國芯片產業實施“精準打擊”，但國際主流媒體普遍預測美國很難打贏這場“搞‘切割’和‘脫鉤’”的芯片戰。

芯片，半導體元件產品的統稱，是一種將獨立半導體元件集成制造于襯底或線路板的小型化集成電路。小小芯片，堪稱“國之重器”?；厮輹r光長河，六十多年前，中國芯片產業剛剛起步時，有一位學習機電專業的青年人改行投身半導體研究，先后研制成功一系列半導體的“第一”，推動中國半導體產業從無到有、由弱變強，為“中國芯”奠定了堅實的基礎。他就是后來被譽為“中國半導體事業拓荒者”的王守武院士。

少年“心事”

1919年3月15日，五四運動爆發前夕，王守武出生于江蘇蘇州東山莫厘王氏家族的王季同家中。

莫厘王氏家族始于宋室南遷，初以經商起家，漸以科舉顯名，終成文化世家，先后涌現出多位狀元、探花、進士，最有影響的當數王守武的祖父、蔡元培的恩師王頌蔚。至王守武父輩時，四男五女順應西學東漸潮流，或選擇科學報國，或投身新式教育，或創辦工業企業，一個個學有所長。其父王季同更是精通數學、電機、化學多科，著有《泛倍數衍》《勾股補解》《九容公式》，曾出任大效機器廠、中國鐵工廠、鎮江電廠要職，實為“橫跨多領域的全才”。

王季同的學識、經歷和成就，令王守武兄弟姐妹佩服至極，而他大膽且頗具智慧的家庭教育更令王守武兄弟姐妹受益匪淺。有一次，他講述趣味數學故事時涉及圓周率、自然對數及對數的底數等問題，看孩子們聽得云里霧里，就跑去舊貨市場買回一臺手搖計算機，當場演示怎樣用它進行計算以及怎樣算出對數的底數。又一次，他花十一塊錢買了一套組合玩具，帶孩子們照著說明書的設計圖案拼組了一遍后，燒掉說明書讓孩子們自由想象隨意拼組，并許諾誰拼組出新模型會有獎勵。還有一次，他從工廠里拿回來一堆機械加工工具和材料，逐一講解了各自的用途后，就放手讓孩子們做起了鉗工活兒。幾天下來，孩子們熟練掌握了老虎鉗、銼刀、扳手、壓線圈的使用方法并學會了配鑰匙、修理家庭用具、繞制變壓器等，其中王守武用燈罩、燈頭上的兩個圈和鉛絲做出了一架小黃包車……

誰也沒有想到，王父的這種“玩中學”教育竟深刻影響了王守武的一生。王守武對做東西喜愛有加，尤其是對新發現的東西，更是反復鉆研和嘗試。讀小學后，王守武與其他同齡孩子明顯不同，總是對教室里的電燈、操場上的喇叭、河湖里的輪船、鐵軌上的火車等充滿好奇，總想像做小黃包車一樣把它們做出來。不知不覺中，一個“有朝一日，我要為人們做些實用東西”的念頭，在王守武心里生根發芽。

1930年，王守武在父母安排下轉入上海私立民智中小學插班就讀六年級。在上海，他親見“洋人”的驕橫、國人的卑微，更從報章中讀到了列強環伺、軍閥混戰的消息，深受觸動。是年，他在校刊《民智》第十一期“男生專號”上發表了一篇三百余字的習作《我們現在和將來的責任》，文中這樣寫道：“諸位朋友，你們要救中國。你們要做中國的人。一定要大家盡責，大家負責。愿大家努力讀書，努力前進。還愿將來努力救國，努力富國，努力強國?！?/p>

王守武刻苦學習，常是全校起得最早睡得最晚的人。從民智中小學畢業后，他先后就讀上海僑光中學和江蘇省立蘇州中學，門門功課優秀，尤其是數學和物理兩科成績在班級遙遙領先。其間，他在學習《三角》和《高等代數》時，從反三角函數的級數展開中求得了圓周率的計算方法，寫成《圓周率π的級數展開》一文發表在蘇州中學?？希@露了在數學理論方面的才華。最終，王守武考入同濟大學工學院電工機械系，在戰火紛飛和輾轉流離中堅持學習了數學、傳動機械學、動力學、電工學、工具機學等多門課程。

1945年，王守武遠赴美國普渡大學繼續深造，先以《三維光測彈性力學材料研究》論文獲得碩士學位，后以《計算金屬鈉晶體結合能和壓縮率的一種新方法》論文獲得博士學位。

值得一提的是，在普渡大學期間，王守武還收獲了愛情，與來自上海的女子葛修懷相知相戀結為夫妻。說起來，兩人的“對眼”甚是有趣：一次，在普渡大學的中國留學生聚會上，有位同學突發奇想，讓男生猜女生包里必備的一樣物品是什么。眾男生紛紛說是口紅，但葛修懷的包里偏偏沒有口紅。王守武心里一動，認定葛修懷能投身于事業，是自己的理想伴侶。王守武尋思許久，親手縫制了一件綴有花邊的中式旗袍送給葛修懷。葛修懷羞澀地接受了?；楹?，兩人的小家成了眾多留學生的家，像鄧稼先、洪朝生、陳學俊、楊式德、吳冰顏等更是常常不請自來。大家一起吃飯、喝茶、下棋，親如一家人。在你言我語之間，無不跳動著求學的初心和激揚著報國的夢想。

1949年10月1日，新中國成立，華夏大地進入和平發展的新時代。王守武終于等來了投身祖國建設的大好機會。

多個“第一”

1950年10月，王守武偕妻子和不滿周歲的女兒回國，受聘于中國科學院應用物理研究所（1958年改為物理研究所）。在這里，他接受并迅速完成了兩項緊急任務：

一個是設計車燈和路標。抗美援朝戰爭爆發后，前線志愿軍運輸車輛成為敵軍轟炸的重點目標。上級領導要求設計新式車燈和路標，使司機夜間行車時既能看清道路又不致被敵機發現遭受轟炸。王守武蹲守北京郊區，根據北方夜間天氣狀況和人的視野與燈的光亮實情，很快設計出一種特殊的車燈和配合使用的反射路標，使車燈的反射光定向射入司機眼中而不會散射引來敵機注意，極大提高了前線志愿軍夜間運輸的時效和安全性。

一個是設計生活用太陽灶。西藏和平解放后，解決當地居民生活燃料問題成為當務之急。有關部門指示設計經濟實用的生活用太陽灶。王守武考慮到制造大面積拋物面反射鏡的作業難度，就改用多個窄條反射面組成的反射系統，成功設計制造出一種能在十五分鐘內燒開一壺水的新型高原太陽灶，投入使用后深受西藏居民的好評。

這兩個任務雖然與王守武所學的專業沒有多少關聯，但他 “只有一個樸素的想法，國家需要什么就干什么”。而正是基于這種想法，王守武一腳踏進了另一個完全陌生的領域。

1956年，在周恩來總理親自主持下，我國制定了《1956—1967年全國科學技術發展遠景規劃》，其中半導體科學技術被列為“四項緊急措施”之一，王守武被任命為半導體科學技術發展規劃制定小組副組長。我國半導體產業開始起步并進入發展時期，王守武也從過往所學機電專業改行跨進全新的半導體領域。到逝世前，王守武一直耕耘于半導體領域，先任中國科學院物理研究所半導體研究室主任，后任中國科學院半導體研究所副所長，在研究和開拓中國半導體材料、半導體器件、光電子器件以及大規模集成電路等方面做出了重大貢獻。其中，他在“一窮二白”狀況下成功實現的多個“第一”，更令人贊賞不已。

其一是組建我國第一個半導體研究機構。1956年，在王守武牽頭組織下，應用物理研究所下轄電學組擴建為半導體研究室，下設半導體材料、半導體器件、半導體光熱電三個組，成為我國最早成立的半導體研究機構。幾年后，半導體研究室脫離應用物理研究所充實擴充為專門的半導體研究所，又成為我國最早成立的獨立半導體研究單位。這一室一所，對當時的研究實驗、人才培養、技術攻關、對外交流等發揮了非常積極的作用。

其二是拉制成功我國第一根鍺單晶。在我國組織科學家編制《1956—1967年全國科學技術發展遠景規劃》時，蘇聯贈送給我們一些做晶體管用的鍺單晶。不過，王守武指出，蘇聯贈送的鍺單晶太少，根本不夠用于制作晶體管，建議“我們自己研究拉制鍺單晶”。得到上級肯定后，王守武從華北無線電元件研究所、南京工學院等多家單位抽調了四十多位科學工作者，開始了半導體鍺材料的研制工作。當時，既無經驗可取，也無規章可循。他帶領大家從煙灰中收集鍺，用區域熔化法提煉，經過一次次嘗試，終于在1957年11月拉制成功我國第一根鍺單晶。其間，王守武還親手設計制造出我國第一臺用于拉制鍺材料的單晶爐，并摸索和掌握了爐體的調溫調壓、坩堝的升速轉速、籽晶升降與轉速的控制以及鍺單晶中的摻雜等多種技法。隨后，王守武帶大家乘勝追擊，很快研制成功我國第一批鍺晶體管，使鍺的生產完全滿足了工業化的需求。

其三是首次解決“跳硅”難題并拉制成功我國第一根硅單晶。在制作晶體管和集成電路芯片時，硅材料是最重要的材料。但當時，半導體研究室材料組在嘗試拉制硅單晶時總是出現“跳硅”難題。所謂“跳硅”，是指硅經過加熱熔化后，經常發生氣體從石英坩堝底部冒出從而把熔硅一起帶出的現象。因熔硅溢出，既無法進行正常的單硅生產，還會損壞單晶爐中的石墨加熱器和保溫罩。得知這一情況后，王守武天天守在單晶爐邊觀察，終于發現是熔硅所處位置的溫度過高，與石英坩堝發生劇烈化學反應后產生了氣態反應物，進而在真空狀態下溢出。對此，王守武思考分析后，建議改進加熱器的設計并給出了具體改進意見。研究人員依據意見改進了加熱器。待再實驗時，硅慢慢熔化，熔硅老老實實地待著不“跳”了。1958年國慶節前夜，研究人員終于拉制出了我國第一根硅單晶。據此，研究人員繼續實驗，又于1962年秋天成功拉制出無位錯的硅單晶，質量接近當時的國際先進水平。

其四是創建我國第一家生產晶體管的工廠。1958年，中國科學院的計算技術所和物理研究所合作研制用于國防的晶體管型專用機即109乙機。為配合研制需要，在王守武和有關同志的努力下，創建了物理研究所附屬工廠109廠，專門批量生產109乙機所需的鍺晶體管，是為我國第一家晶體管生產廠。那時候，王守武吃住在工廠，邊指導工人操作，邊實時解決難題，先后累計生產出十二個品種、十四萬五千多只鍺晶體管，圓滿完成了109乙機的器件生產任務。1965年，109乙機通過國家鑒定投入使用，成為我國第一臺全部采用國產元件的大型晶體管通用計算機，應用于導彈、氫彈和人造衛星的研制工作。隨后，109廠又為原子彈設計計算需要的109丙機生產了全部硅晶體管，使109丙機穩定運行了十多年。

其五是領導并參與我國第一只半導體激光器的研制。1960年，世界第一臺激光器誕生，隨后美國和蘇聯相繼研制成功半導體激光器。王守武得知消息后，判定這是一個重大的研究方向，隨即組織半導體研究所相關研究人員開展半導體激光器的探索和研究工作。他們僅花數月時間就研制出了我國第一臺半導體激光器。這項工作，獲得中國科學院第一批獎勵發明項目一等獎。1964年，王守武又組織人員對激射發光的光譜特性進行深入研究，寫成《砷化鎵P-n結的受激發射的光譜特性》一文，發表于《物理學報》，引發持續熱議。遺憾的是，雖然中國半導體激光技術與國外同時起步，但因受到“文革”的沖擊而停滯研究，錯失了與國際先進技術同步發展的良機。至于王守武，更是受到了接連不斷的清理、審查、隔離、批斗。

“文革”結束后，王守武恢復自由并再度迎來了攀登半導體高峰的春天。

1977年8月，在全國科教工作者座談會上，王守武指出：“全國共有六百多家半導體生產工廠，其一年生產的集成電路總量，只等于日本一家兩千人的工廠月產量的十分之一。這種分散而低效率的生產方式應該盡快改變。”他建議：“一是抓住要害，解決提高大規模集成電路成品率的問題。二是集中力量，把幾百家工廠的人力物力集中使用到兩三家重點廠上去，使重點廠的設備條件能夠趕上國際水平?！币荒甓嗪?，王守武接受了一項重要任務——全面負責四千位MOS隨機存儲器大規模集成電路研制工作。

要在面積不到四平方毫米的單元硅片上制作出由一萬一千多個晶體管、電阻、電容等元件構成的電子電路，其難度在當時可想而知。王守武從穩定工藝入手，將整個工藝流程分為四十多道工序，提出“每道工序的完好率不低于百分之九十五，關鍵工序不低于百分之九十九”的要求。1979年9月，經過王守武和全體研究人員的共同努力，大規模集成電路樣品的成品率都提高到了百分之二十以上，最高者達百分之四十，是當時國內大規模集成電路研制的最高水平，在亞洲地區僅次于日本。這項研究獲得1980年中國科學院科技成果獎一等獎，為解決我國大規模集成電路管芯成品率問題提供了寶貴經驗。這之后，王守武又牽頭研制成功十六千位N溝MOS動態隨機存儲器。

在參與研發之余，王守武還對我國半導體科學技術發展方向、政策和策略的確定提出了頗具戰略眼光的建議。比如，他提出，“在發展我國集成電路工業上要處理好科研與生產的關系，做好中間環節，把科研成果轉變為產品” “要重視科技隊伍的培養，大力發展微電子所用的基礎材料和專用設備兩個方面的基礎”“建議用通信電路作為我國發展半導體工業的突破口，集中力量去開拓市場，從而發展我國獨特的系列產品”等。這，讓他成為我國半導體業界廣泛贊譽的“越老越精道的羊寶”（王守武出生的1919年是羊年）。

可親“師者”

在中國半導體領域，很多晚生后輩都尊王守武為“師者”，這是因為他們曾正式或非正式當過王守武的學生。

王守武為師者，最早可追溯至1955年。其時，北京大學物理系為學生開設半導體物理課程，邀請中國科學院應用物理研究所的王守武、洪朝生、湯定元結合自己熟悉的領域講學。王守武每周為半導體研究生曹昌祺、陳志全、郭長志做專題報告和講座，并指導陳志全撰寫了有關半導體PN結方面的畢業論文。隨后，1956年暑假，為落實《1956—1967年全國科學技術發展遠景規劃》，高教部將北京大學、復旦大學、南京大學、廈門大學、東北人民大學（現吉林大學）的物理系教師、四年級本科生及研究生集中于北京大學物理系，實施五校聯合半導體專門化教學，組織包括王守武在內的多位知名專家參與教學。王守武在做學術報告之余，親自示范表演研制鍺合金擴散高頻晶體管的關鍵技術——小球拉絲焊接，令五校師生大開眼界。同時，王守武還參與創建了清華大學和中國科學技術大學的半導體專業——在清華大學，他任半導體教研室主任，醞釀制訂出獨具工科特點的半導體專業教學計劃，每周和教師們討論教學和研究工作，并開設講座為學生介紹半導體科學技術的發展；在中國科學技術大學，他任物理系副主任和半導體專業的主任，醞釀制訂出半導體專業培養計劃，為高年級學生講授半導體物理課程多年。此外，王守武多次應邀赴各地高校做報告和講座，或講解自己從事的半導體研制項目，或介紹國際同行的半導體研究動態。就這樣，一年又一年，王守武的學生越來越多，幾乎涵蓋了全國高校學習半導體專業的學生，可謂“桃李滿天下”。

王守武知識淵博、聲名遠揚，但他教學始終親力親為、細致入微。在課堂上，他嚴謹講授，邏輯思路清晰，理論推導精練，即便是講過多遍的課程，也決不單憑記憶信口說出，信手板書。在實驗室，他躬身示范，一絲不茍，即便是光刻機有滲油、蒸發臺鋁的厚度和致密度性能不穩、橢圓偏振測厚儀有小毛病，也都是在現場甚至趴在地上查原因、換配件，逐一解決。如此這般，令聆聽過王守武教誨的學生深受觸動并自覺效仿。

對于年輕學生，王守武自是關心憐愛。1956年，中國科學院應用物理研究所半導體研究室成立時，分配來十多名大學畢業生。他逐個進行面試，詢問他們在校的學習情況，然后有針對性地將他們安排到適合的研究組。2007年，中國科學院從事大規模集成電路研究的微電子研究所創辦所刊，邀請王守武題詞。王守武略做思索，揮筆寫下“芯中有天地”，寄望年輕一代腳踏實地勇闖天地。微電子研究所所刊遂以《芯天地》為名，這又為中國芯片業界平添一段佳話。

2014年7月30日，王守武因病逝世，享年九十五歲。追悼會上，來自全國各地不同年齡段的半導體人深切緬懷他，而領受過他和妻子葛修懷共同捐資設立的“英才獎學金”的學生更是哭成了淚人。

王守武的一生，可用他八十壽辰時弟弟王守覺為其寫的賀聯所概括：“半世紀半導體從無到有半生精力獻祖國；一輩子一個勁日以繼夜一往追求無止境。一生間勤奮耕耘滿腹智慧眾人稱；八十年清風飛渡世上榮辱從不爭?！?/p>

（責任編輯/金翎）