简述半导体研究应对《十二年科学规划》的紧急措施

顾永杰,高 海

（1.河南博物院，河南郑州450002；2.山西大同大学物理与电子科学学院，山西大同037009）

我国的半导体研究起步于新中国建立以后。建国初期,由于基础差、研究人员少且分散,研究方向仅仅是工业上急需的几种半导体器件。1956年，国家制订了《1956～1967年科学技术发展远景规划》(以下称《十二年科学规划》)。 它在“重点发展,迎头赶上”的方针指导下,对新中国科技发展作了重要部署,并将半导体技术列为“四项紧急措施”之一。根据“四项紧急措施”的要求,相关部门通过集中全国主要的科技力量，致力于人员培养和科技攻关,培养了一批半导体专业人才,取得了一些重要的科技成果,奠定了我国半导体研究快速发展的基础。

1 1 9 5 6年以前的半导体研究

新中国建立以前,我国的半导体研究几乎是空白。建国初期,由于国家对科学技术的重视以及正在迅速发展的工业上的需要,一些科研、工业、教育等部门,注意到了半导体研究的重要性,在完全没有经验基础的情况下,开始了半导体若干方面的研究工作,并取得了一些成果。

1)科研部门。1951年下半年,中国科学院物理研究所 (以下称物理所)在几个回国人员的带领下,组成“半导体研究组”,开始了对半导体研究的开拓工作,当时的研究工作还仅仅局限于对硫化铅、硫化镉、硒整流器、氧化亚铜整流器之类半导体器件的研究。1953年上半年,物理所开始了硒整流器的试制和硅粉的提纯工作。1953年10月,中国科学院在召开的各研究所所长会议上指出:物理所在以后数年内要建立半导体研究工作的基础,培养这方面的人才,总结文献,弄清本门科学发展的现状[1]。根据会议的精神,在物理所半导体研究组内,结合氧化亚铜整流器和硫化铅光敏电阻的试制工作,建立起了研究半导体的一些基本测量设备,并掌握了有关测量方面的一些基本知识和技术。1955年下半年,物理所开始了有关晶体管研究方面的准备工作,并设计了国内最初的锗区域提纯和抽制单晶设备。

2)工业部门。由于生产和建设的迫切需要,一些工业生产单位主要依靠自己的探索,成功地制出了我国最初的半导体产品,当时做得最多的是氧化亚铜整流器。例如铁道部铁道研究所、国营上海灯泡厂、上海邮电部器材厂和上海的几家公私合营电机厂都先后试制和生产了各种规格的氧化亚铜整流器,基本满足了当时工业上的需要。上海邮电部器材厂还试制成功半导体热敏电阻。同时,在一些工业部门已经预见到发展半导体的重要性,开始着手筹建大规模生产半导体器件的工厂和研究试制的机构。如1953年开始设计筹建的华北无线电器材厂中，包括了一个近代化的硒整流器工厂;当时第一机械工业部所筹建的电器科学研究院中,半导体也被列为其中一个重要部门[1]。

3)教育部门。1952年,在高等教育部的领导下,全国高等院校进行了全面调整。由于生产建设的需要,许多高等学校的物理系在考虑所应选择的专门化方向中,都重视了固体物理;从发展先进科学技术来考虑,一些学校也特别重视了半导体物理。自1953年开始,这些学校相继开始准备开展有关半导体的研究工作和建立培养半导体物理人才的专门化。例如,在以后的两年中,北京大学、复旦大学、厦门大学分别开始了关于硫化铅、硫化镉光敏电阻、硫化锌场致发光材料的试制和理论研究工作,同时还培养了最早的一批半导体物理的研究生和大学毕业生[1]。

通过这些工作,除了得到一些初步成果以外,研究人员还逐渐地积累起半导体方面的一些基本知识,使少数早期从事半导体研究的青年科学工作者在工作中获得了初步的科学锻炼,从而培养了半导体研究的基本队伍。到1955年底,全国范围内的半导体研究整体还很薄弱,研究人员少且分散,研究工作也主要都集中在和当时工业生产上有迫切需要的三种半导体器件--氧化亚铜整流器、硫化铅光敏电阻、硫化镉光敏电阻有关的试制和理论性研究上。

2 《十二年科学规划》的制定

1956年,为了满足国家建设飞速发展的需要,也为了使中国的科学技术迅速赶上世界先进水平,中共中央决定编制《1956～1967年科学技术发展远景规划》。规划的目标:迅速壮大我国的科学技术力量,力求某些重要的和急需的部门在十二年内接近或赶上世界先进水平,使我国建设中许多复杂的科学和技术问题能够逐步地依靠自己的力量加以解决,作到更好更快地进行社会主义建设。规划的基本方针:“重点发展,迎头赶上”,即在自力更生的前提下,要尽量采用世界先进技术,瞄准当时的新兴科学、新兴技术,先学会和应用世界上已有的科学成果,不失时机地“迎头赶上”,同时又要看到新中国建立不久,国力和科技实力有限的客观实际,根据我国国民经济的发展要求“重点发展”,避免力量分散,拖延时日[3]。规划的基本原则:从中国的实际出发,适合中国当时的发展目标,“以任务为经,以学科为纬,以任务带学科”。

根据上述任务和方针,《十二年科学规划》首先确定了57项重点科学技术任务和616个中心问题,提出了各门学科的发展方向。在这个基础上,又提出了需要优先发展的12个重点:原子能和平利用;喷气技术;电子学方面的半导体、计算机、遥控技术;生产自动化和精密机械、仪器仪表;石油等重要资源的勘探;建立我国自己的合金系统和新冶炼技术;重要资源的综合利用;新型动力机械和大型机械;长江、黄河的综合开发;农业的机械化、电气化和化学肥料;几种主要疾病的防治;若干重要基本理论的研究[4]。

在制定《十二年科学规划》的同时,为了给研究工作争取时间,对一些急需的、重要的科学技术任务,尤其是在中国尚处于完全空白或基础非常薄弱的重要科学技术任务,以及为开展科学研究所必需的基本条件,制定了1956年的四项紧急措施:发展计算技术,半导体技术、无线电电子学,自动化技术和远距离操纵技术的紧急措施[3]。“四项紧急措施”所采用的方案是:采取有力措施,集结力量,建立研究基地,培养干部,赶上国际先进水平。按照这个方案,在半导体方面采取了两项划时代的措施:一是在北京大学内,联合北京大学、复旦大学、厦门大学、南京大学和东北人民大学五校师生,开办我国第一个半导体专门化课程,为以后的半导体研究培养急需的科技人才;另一项是在中国科学院应用物理所的半导体研究室里,邀集来自全国各地的与半导体有关的教授、专家和科技工作者,集中力量进行半导体研究的科技攻关。

3 五校联合半导体专门化

北京大学物理系的黄昆教授在参与制定《十二年科学规划》时,就和其他专家一起建议:为了适应迅速发展的半导体科学技术事业的需要,要尽快培养半导体专门人才[5]。《十二年科学规划》制定后,从1956年暑假起集中到北京大学物理系,创办中国第一个五校联合的半导体专门化,由黄昆教授担任半导体教研室主任,复旦大学谢希德教授任副主任。五校联合创办半导体专业,明确的目标就是要为我国当时还属空白的半导体科技领域培养人才。

由于原有基础十分薄弱,由任何一个学校来办这样一个专业,不论是人力还是物力都很困难,五校联合是必要的。五校联合半导体专门化,集中了五个学校的30多名教师和实验技术人员,组成了较强的师资力量;并且集中了五个学校的教研设备,以保障教学的顺利进行。通过教师和学生的共同努力,自1956年秋季开始,没有经过任何筹备阶段就开设出《半导体物理》《半导体器件》《晶体管原理》《半导体材料》《固体物理》《半导体专门化实验》等系列课程[5]。

为了培养出高素质的人才,五校联合半导体专门化在教学方面采取了一些行之有效的方法。首先,教师们通过自己的教学实践,编制了高质量的教材,解决了教材短缺的问题。如《固体物理》,黄昆教授通过多次为研究生、科学院研究人员和大学生讲课,经过多年的反复实践,逐渐形成一门系统的固体物理课程教材;《半导体物理》,黄昆与谢希德合作主讲“半导体物理”课程,在整理教材的基础上,于1958年合作撰写了一部专著《半导体物理学》,作为“半导体物理”课程的教材,这是当时国际上学术水平很高的一部著作。其次,专门化还组织著名的专家指导教学、科研,如中国科学院王守武、林兰英、洪朝生、汤定元、成众志等,他们多次为师生做学术报告,开阔了师生的科学视野,这些深入实际的现场指导，更使有关师生在如何从事工艺实践，如何做测量实验方面受到很大启迪。另外,教师们除教学外,还分别在半导体物理、半导体理论、半导体器件等方面开展研究工作,并指导学生毕业论文。

1956～1958年,五校联合半导体专门化比较系统地培养了中国第一批半导体专业的毕业生共240多名。包括:北京大学1953年入学的五年制学生,于1958年毕业;北京大学1954年入学的学生,由于当时国家急需而改为四年制,也于1958年毕业;其他学校的学生为四年制,分别于1957年和1958年毕业,其中有少数学习优秀的学生转入北京大学,延长到五年毕业[5]。这些学员后来大多成为我国半导体事业的骨干力量,几位成就卓越的还被选为中国科学院和中国工程院院士。

五校联合专门化解散后,各校回去都创办了自己的半导体专业。随后,全国许多高校也纷纷仿效成立了半导体专门化,并结合实际建立了半导体生产和科学研究的基地。

4 物理所半导体研究组

1956年秋,根据《十二年科学规划》的规定,中国科学院为配合紧急措施中提出的要求,在物理所原有半导体研究组的基础上扩建成了半导体研究室,这成为我国最早的一个半导体研究机构[6]。在研究室里,设立了半导体材料、半导体器件与光热电3个研究组。半导体研究室成立后,明确提出主攻方向是半导体电子器件。为了能尽快取得成果,满足生产的需要,中国科学院向有关高等院校和工业部门的研究单位发出邀请,请他们派有关科研人员来物理所半导体研究室共同开展半导体设备、半导体材料、半导体器件和半导体测试的科研攻关,并要求这些人员在1957年底以前都集中在物理所内,进行从锗材料的区域提纯、抽制单晶,到晶体管的试制、测试等研究工作。当时来半导体研究室参加工作的科研人员,主要有南京大学、武汉大学、二机部11所(自1959年起改为四机部13所)、一机部电器科学研究院、北京工业学院等单位的同志,共计有40余人[7]。

通过研究人员的共同努力,半导体研究组在短短几年间就取得了巨大的成绩。1956年11月,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,并且具有PNP结型晶体三极管的标准放大特性,它标志着中国第一只晶体管的诞生[8]。1957年11月,利用从烟灰中收集到的半导体原材料锗,用区域熔化法提纯,在自己设计制造的单晶炉中,拉制成功了我国第一根锗单晶。1957年底研制成功了有良好电学性能的我国第一只锗合金晶体管,实现了我国自行制造晶体管的愿望[7]。之后,又用一个月的时间研制出N型和P型的锗单晶各1 kg,提供给北京电子管厂生产半导体收音机所需的锗晶体管,1958年，我国的半导体收音机研制成功。1958年秋,利用林兰英从国外带回的硅单晶做籽晶,拉制成功了我国第一根硅单晶[9]。这一成果的取得,为我国独立自主地发展硅单晶材料和硅材料电子器件工业奠定了基础。1958年8月,研制成功了锗合金扩散晶体管,其截止频率可以比合金晶体管提高一个数量级,这就为我国的电子计算机从第一代(电子管的)升级到第二代 (晶体管的)提供了物质基础。1958年9月，研制成功了截止频率超过200 MHz的我国第一只锗合金扩散高频晶体管,它的截止频率比当时国内研制的锗合金结晶体管提高了100倍以上[7]。

1958年,为了配合研制第二代计算机--109乙机的需要,研究室组建了一个附属工厂--109厂,专门生产109机所需要的晶体管,它成为我国最早的一个晶体管生产厂[6]。至1960年秋,109工厂为中科院计算所提供了12个品种的锗晶体管元器件14万多只,保证了109乙机的顺利研制[7]。

1960年9月6日,经国家科委批准,在半导体研究室的基础上成立了中国科学院半导体研究所,它成为我国半导体研究的重要机构。在以后的30多年中,半导体研究所共承担国防军工任务60多项,有19项分别获得国家发明奖、科技进步奖、科技成果奖,为我国雷达、军用通信,计算机、卫星、导弹等国防军工任务做出了重要贡献[7]。

5 小结

综上所述，当年的中国科学院应用物理所的半导体研究室,是我国半导体科学的发祥地;北京大学的物理系是培养我国半导体科技人才的摇篮,他们在我国半导体科学发展史上写了辉煌的一页。

半导体研究在《十二年科学规划》精神指导下,所采取的这两项紧急措施是及时的和卓有成效的。通过这两项紧急措施,我国在西方国家的严密封锁下,完全依靠自己的力量,集中人力物力,重点进行人员培养和科技攻关,在短时间内迅速培养了一支强有力的科技队伍,并且在半导体科技的各个领域都取得了许多可喜的科研成果,有力地推动了我国半导体研究事业和半导体产业的发展。

[1]中国科学院编译出版委员会.十年来的中国科学(物理学)[M].北京:科学出版社,1959:46-47.

[2]中共中央文献编辑委员会.周恩来选集(下卷)[M].北京:人民出版社,1984:180.

[3]《当代中国》丛书编辑部.当代中国的科学技术[M].北京:当代中国出版社,1991:91-99.

[4]聂荣臻.聂荣臻回忆录(下册)[M].北京:解放军出版社,2005:774.

[5]陈辰嘉.忆创办中国第一个五校联合半导体专门化[A].夏建白,陈辰嘉,何春藩.自主创新之路--纪念中国半导体事业五十年[C].北京:科学出版社,2006:3-6.

[6]王守武.我国半导体科学技术发展历史的回顾[A].夏建白,陈辰嘉,何春藩.自主创新之路--纪念中国半导体事业五十年[C].北京:科学出版社,2006:108-109.

[7]何春蕃.中国半导体科学技术的发展[A].夏建白,陈辰嘉,何春藩.自主创新之路--纪念中国半导体事业五十年[C].北京:科学出版社,2006:103-106.

[8]吴锡九,邓先灿.纪念中国第一只晶体管诞生50周年[J].微纳电子技术,2006,11:503-504.

[9]林兰英.四十年峥嵘岁月[J].物理,2003,32(12):820-822.