戴吾三

李志堅(jiān)（1928～2011），中國科學(xué)院院士（1991年當(dāng)選），是我國硅基半導(dǎo)體科學(xué)研究的奠基人和開創(chuàng)者，半導(dǎo)體領(lǐng)域的著名科學(xué)家，清華大學(xué)微電子所的創(chuàng)始人和學(xué)術(shù)帶頭人之一。20世紀(jì)80年代，他領(lǐng)導(dǎo)和參與研制出1K、4K、16K、靜態(tài)RAM，8位、16位微處理器等電路；90年代又領(lǐng)導(dǎo)建成我國首條1微米工藝線，并研制成1兆位只讀存儲(chǔ)器漢字庫等一批超大規(guī)模集成電路。這些成果代表了當(dāng)時(shí)我國集成電路技術(shù)的先進(jìn)水平。李志堅(jiān)曾獲全國勞動(dòng)模范（1979年）稱號(hào)、國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)（1987年）、國家發(fā)明二等獎(jiǎng)（1990年）等多種獎(jiǎng)項(xiàng)。2011年5月，李志堅(jiān)因病逝世，享年83歲。

硅是自然界極為常見的一種元素，它以硅酸鹽或二氧化硅的形式，廣泛存在于巖石、砂礫、塵土之中。硅也是一種優(yōu)良的半導(dǎo)體材料，可用于制作半導(dǎo)體器件、集成電路、太陽能電板等。

上世紀(jì)40年代末，隨著晶體管的發(fā)明，國際上就用鍺或硅作材料，形成兩種不同的技術(shù)路線。在中國，一批科學(xué)家確定以硅材料為方向，奮力進(jìn)取，其中有一位做出開拓性貢獻(xiàn)的重要人物，他就是李志堅(jiān)。

留學(xué)負(fù)使命，報(bào)國赤子心

李志堅(jiān)1928年出生于浙江寧波的鎮(zhèn)?？h，當(dāng)?shù)赜凶x書求進(jìn)的濃厚風(fēng)氣，經(jīng)商的父親希望兒子好好讀書，將來為家族爭(zhēng)光。上小學(xué)和初中時(shí)，大江南北烽火燃燒，李志堅(jiān)目睹了日本侵略者的囂張，感受到國破山河在的艱難，激發(fā)了他以科學(xué)報(bào)國的壯志。

1951年，李志堅(jiān)從浙江大學(xué)物理系畢業(yè)，被分配到同濟(jì)大學(xué)物理系做助教。一年后趕上全國院系調(diào)整，他做好了服從組織安排的思想準(zhǔn)備，可沒想到上級(jí)通知他到北京學(xué)俄語，準(zhǔn)備去蘇聯(lián)留學(xué)。李志堅(jiān)從小就學(xué)英語，中學(xué)和大學(xué)也是，大學(xué)教材都是英文，講課也用英文。而今俄語卻要從字母學(xué)起。雖然轉(zhuǎn)折很大，但這是國家需要，他沒有半點(diǎn)猶豫。

新中國成立后，與西方世界的聯(lián)系幾乎完全切斷，一個(gè)年輕人要想留學(xué)，不可能再去英美國家，也不可能由個(gè)人選擇。當(dāng)時(shí)到蘇聯(lián)留學(xué)就是很高的榮譽(yù)，而一切都由組織安排，要經(jīng)過嚴(yán)格選拔，不僅看個(gè)人能力和政治表現(xiàn)，更要看家庭成分和父母的情況。

李志堅(jiān)大學(xué)已是共青團(tuán)員，工作后積極爭(zhēng)取加入共產(chǎn)黨。他的父親是小商人（成分還算過得去），政治清白。當(dāng)時(shí)參加學(xué)習(xí)俄語的同學(xué)中，最后真正去蘇聯(lián)的只有一半，因?yàn)檎螌彶榉浅?yán)格，有一點(diǎn)海外關(guān)系就沒戲了。如果家庭成分是資本家、地主，不管你個(gè)人怎么表現(xiàn)都不行，這在今天的年輕人很難理解。想不到的是，李志堅(jiān)到蘇聯(lián)不久，父親重新被劃為大商人，一下上升為資本家，資本家是剝削階級(jí)，這在當(dāng)時(shí)是很敏感的字眼。如果再晚半年，他肯定去不了蘇聯(lián)。李志堅(jiān)的幾個(gè)弟妹都很聰明，但后來因父親的成分問題，都沒能進(jìn)入大學(xué)門。

去蘇聯(lián)前，李志堅(jiān)只知道要學(xué)習(xí)保密的專業(yè)，但具體是什么并不清楚。到蘇聯(lián)后進(jìn)入列寧格勒大學(xué)物理系，學(xué)校讓留學(xué)生自己提出學(xué)習(xí)愿望。當(dāng)時(shí)國內(nèi)在發(fā)展鋼鐵工業(yè)，李志堅(jiān)提出學(xué)習(xí)金屬學(xué)，但物理系沒有金屬學(xué)專業(yè)，指導(dǎo)他的導(dǎo)師是蘇聯(lián)科學(xué)院院士列別捷夫。列別捷夫在國防單位工作，也在物理系兼教研室主任，他在做半導(dǎo)體研究，側(cè)重紅外夜視的半導(dǎo)體，這在當(dāng)時(shí)屬于前沿。導(dǎo)師拿了一個(gè)項(xiàng)目讓李志堅(jiān)來做，由此他開始與半導(dǎo)體結(jié)緣。

1947年12月，美國科學(xué)家發(fā)明了鍺晶體管，1953年半導(dǎo)體研究剛起步不久。李志堅(jiān)從物理學(xué)的發(fā)展判斷，認(rèn)為半導(dǎo)體的潛力很大，前景很好，于是開始補(bǔ)課，決定跟導(dǎo)師學(xué)習(xí)半導(dǎo)體。導(dǎo)師要求他用兩年時(shí)間補(bǔ)習(xí)量子力學(xué)、固體物理等基礎(chǔ)理論，主要靠自學(xué)，然后接受考試。李志堅(jiān)僅用半年時(shí)間就通過了這些課程。李志堅(jiān)回憶說，當(dāng)時(shí)沒白天沒黑夜，禮拜天根本不休息，全用在學(xué)習(xí)上。完成補(bǔ)課后通過考試，即進(jìn)入研究課題，他一頭扎進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，自己設(shè)計(jì)和做實(shí)驗(yàn)。當(dāng)時(shí)需要一個(gè)玻璃真空系統(tǒng)，負(fù)責(zé)做玻璃儀器的師傅是個(gè)酒鬼，喝醉了酒就把做好的玻璃管給打了，沒有辦法，李志堅(jiān)只得自己吹玻璃管，反復(fù)了多次，最后做的真空度達(dá)到10-10數(shù)量級(jí)，改進(jìn)的小電流測(cè)量設(shè)備可測(cè) 10-15A數(shù)量級(jí)，這在當(dāng)時(shí)均接近國際上的最高水平。

1956年國家制定12年科學(xué)發(fā)展規(guī)劃，確定計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體、自動(dòng)化為重點(diǎn)發(fā)展方向。同年教育部派代表團(tuán)訪蘇，清華大學(xué)校長蔣南翔帶隊(duì)，對(duì)中國留學(xué)生重新摸底排隊(duì)，李志堅(jiān)被確定從事半導(dǎo)體專業(yè)。李志堅(jiān)在蘇聯(lián)學(xué)習(xí)了四年多，因?yàn)樽鰧?shí)驗(yàn)，故比許多同學(xué)的學(xué)習(xí)時(shí)間長。正是留學(xué)蘇聯(lián)，讓他了解了半導(dǎo)體，熟悉了鍺、硅等材料的應(yīng)用。

回憶起留學(xué)歲月，李志堅(jiān)說，當(dāng)時(shí)的想法就是快點(diǎn)學(xué)完回來，報(bào)效祖國，就像游子要報(bào)答母親一樣。因?yàn)槌鰢邦I(lǐng)導(dǎo)給他們算過一筆賬，一個(gè)人出國要用去多少大米，國內(nèi)有多少人在付出勞動(dòng)供你讀書。這讓他深切感受到留學(xué)生肩負(fù)著國家使命，只有出色學(xué)習(xí)，才能不辜負(fù)人民的重托。留學(xué)期間，他埋頭學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)，娛樂活動(dòng)極少，甚至連電影都沒看幾次（那時(shí)也沒有電視）。說起看電影，李志堅(jiān)還牽出一個(gè)笑話，因?yàn)樗鸵晃恢袊鴮W(xué)生、一位蒙古學(xué)生住一個(gè)房間，那位蒙古學(xué)生談戀愛，把女朋友拉到房間來，弄得兩位中國學(xué)生沒辦法，就去看了一場(chǎng)電影。

回國進(jìn)清華，全力研發(fā)硅

1958年2月李志堅(jiān)畢業(yè)，回國前他把結(jié)余的津貼都上交了中國駐蘇聯(lián)大使館（這在今天很難理解），表示自己回國干一番事業(yè)的雄心壯志。當(dāng)乘坐的列車徐徐開進(jìn)北京站時(shí)，他發(fā)現(xiàn)清華大學(xué)的領(lǐng)導(dǎo)等在站臺(tái)上，熱誠地迎接他。李志堅(jiān)本人曾有回母校浙大工作的意愿，因?yàn)樗菍幉ㄈ?，更?xí)慣南方的生活。但現(xiàn)在面對(duì)清華求才若渴的誠意，他話到嘴邊又咽了下去。說起來這里面還有個(gè)小插曲，時(shí)任清華大學(xué)無線電主任的李傳信，通過其他留學(xué)生已先了解了李志堅(jiān)的情況，考慮到清華要發(fā)展半導(dǎo)體專業(yè)，即商定一俟李志堅(jiān)畢業(yè)，就把他引入清華，而辦法就是以誠意感動(dòng)。

就在李志堅(jiān)來清華前半年，清華在無線電系設(shè)立了半導(dǎo)體專業(yè)，有三四位教師，還有一些學(xué)生，被派往北大聽半導(dǎo)體的課程。當(dāng)時(shí)清華正在和全國最大的電子管廠774廠合作研發(fā)半導(dǎo)體，清華的條件非常簡(jiǎn)陋，在學(xué)生宿舍樓找了兩間小房子，說是實(shí)驗(yàn)室，里面基本上是空的。

到1958年時(shí)，國內(nèi)做半導(dǎo)體的主要材料是用鍺，材料的關(guān)鍵是要做得非常純，如果不純，一些效應(yīng)就顯示不出來。李志堅(jiān)經(jīng)過分析認(rèn)為，蘇聯(lián)有硅材料，硅器件剛做不久；而美國硅器件也只在實(shí)驗(yàn)室有，還沒有產(chǎn)業(yè)化。從理論上看，硅要好于鍺，因?yàn)楣璧墓ぷ鳒囟雀?，而且用氧化硅作材料也十分便宜。但是硅的性能比較活潑，難以提純，所以硅的發(fā)展比較慢。比起硅來，鍺已有研究基礎(chǔ)，但鍺是稀有元素，再者，鍺器件性能不如硅。當(dāng)時(shí)正是大躍進(jìn)時(shí)期，搞鍺的勢(shì)頭很大，甚至發(fā)展到民眾。一些基層單位把大煙囪里的煙灰刮下來煉，然后用多種酸來洗，最后弄出幾克鍺來，弄得像淘金一樣。

李志堅(jiān)認(rèn)為，我國應(yīng)該走發(fā)展硅的技術(shù)路線。當(dāng)時(shí)中科院半導(dǎo)體所的林蘭英等人，也主張?jiān)缧┳尮桧?xiàng)目上馬，后來在北京召開專家會(huì)論證，確定了“南鍺北硅”的技術(shù)戰(zhàn)略，即上海在南方搞鍺，而北京發(fā)展硅，以清華牽頭來做。當(dāng)時(shí)的目標(biāo)很明確，就是以晶體管取代電子管，其基本技術(shù)思路是：做晶體管要用硅片，硅片要切出來，切硅片先要有單晶（棒），而拉單晶先要有多晶，由多晶才能拉成單晶。制多晶要用化學(xué)藥品四氯化硅，四氯化硅要提純，要蒸餾。工業(yè)四氯化硅使用鐵硅為原料，要把鐵等這些雜質(zhì)去掉，就要蒸餾。

任務(wù)很明確，就是要把工業(yè)用四氯化硅提純到2個(gè)9、3個(gè)9（分別指0.99；0.999）的四氯化硅，精餾后要達(dá)到5個(gè)9、6個(gè)9（指0.99999；0.999999）。精餾完了，這樣做出來的是多晶硅，然后要用單晶爐把它拉成單晶，然后再切片。所說的這些過程都在簡(jiǎn)陋的實(shí)驗(yàn)室里做，一次一次地精餾。

還原四氯化硅要用氫氣。當(dāng)時(shí)只有李志堅(jiān)一人在蘇聯(lián)操作過氫氣，氫氣瓶運(yùn)來后放在樓道，不敢放實(shí)驗(yàn)室。李志堅(jiān)說：“你們都走開，我來開！”他回憶當(dāng)時(shí)情景時(shí)笑了起來，說：“搞得跟打仗似的。”

實(shí)驗(yàn)一開始用的是玻璃式反應(yīng)器，外面用水冷卻，玻璃遇冷水很容易炸，一不小心就炸了，結(jié)果四氯化硅氣體彌漫到整個(gè)大樓。直到后來制成了不銹鋼反應(yīng)器，才變得安全多了。

李志堅(jiān)和其他師生日以繼夜，奮戰(zhàn)了一年多，首次在我國用四氧化硅還原法獲得了高純度多晶硅，而后拉出了第一根鎢絲區(qū)熔單晶硅。接下來自己切片，1961年在國內(nèi)首次成功研制出了硅晶體管。

原清華大學(xué)黨委書記李傳信對(duì)這段歷史有如下的評(píng)價(jià)。他認(rèn)為，在清華半導(dǎo)體專業(yè)起步階段，以李志堅(jiān)為主導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)解決了兩大問題：首先是冷靜而機(jī)智地避開了“大躍進(jìn)”刮起的“浮夸風(fēng)”和“批判風(fēng)”，沒有干什么蠢事，又始終保持了自力更生的充足干勁；更重要的是選定國際上剛起步的硅材料和器件技術(shù)為主導(dǎo)的學(xué)科建設(shè)方向，規(guī)劃師資隊(duì)伍，抓牢了實(shí)驗(yàn)室建設(shè)?！八氖嗄赀^后回頭再看，當(dāng)時(shí)的選擇使學(xué)校在微電子領(lǐng)域的人才質(zhì)量、學(xué)術(shù)水平、研究成果一直處于國內(nèi)前列，李志堅(jiān)同志一直起著主導(dǎo)作用?！钡?963年，清華大學(xué)的硅技術(shù)研究已處于領(lǐng)先水平，與美國相比只差三到五年。1960年美國發(fā)明硅基集成電路，1964年清華也開始著手研制。可惜沒有多久，“四清”運(yùn)動(dòng)以及接踵而至的“文革”，使研究擱了淺。

上馬微電子，奮進(jìn)號(hào)角吹

1966年開始的“文革”，嚴(yán)重沖擊了大學(xué)的教學(xué)和科研。1967年李志堅(jiān)被下放到四川綿陽，參加建立清華分校。他在那里篩沙、架電線、挖地井，什么都干過。1978年，在鄧小平親自過問下，綿陽分校的教師回到北京，與清華留校的半導(dǎo)體隊(duì)伍合并。隊(duì)伍擴(kuò)大后，面對(duì)世界快速發(fā)展的電子技術(shù)，如何確定新的方向成為迫切的問題，最后討論達(dá)成共識(shí)，決定集中力量搞CMOS VLSI的研究。在新的指導(dǎo)方針下，逐漸形成了包括工藝、器件物理、電路設(shè)計(jì)和CAD技術(shù)等幾個(gè)子方向的全面和先進(jìn)的微電子技術(shù)發(fā)展格局。

1980年9月，成立了跨系跨學(xué)科的研究所——清華大學(xué)微電子學(xué)研究所，建制直屬學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)，除了進(jìn)行科學(xué)研究外，每年招收半導(dǎo)體器件與物理專業(yè)五年制本科生兩個(gè)班。1982年后，半導(dǎo)體器件與物理專業(yè)又被批準(zhǔn)為有權(quán)授予碩士、博士學(xué)位的學(xué)科和專業(yè)。

從1985年到1993年，李志堅(jiān)一直擔(dān)任微電子學(xué)所所長。他帶領(lǐng)隊(duì)伍加大科研力度，不斷取得矚目的成果。1986年微電子所建成了7000平方米的實(shí)驗(yàn)研究大樓，1989年建成了國內(nèi)第一條1微米級(jí)的VLSI工藝3英寸制造示范線。1990年，在這條線上自主開發(fā)成功1.5微米CMOS成套工藝技術(shù)，研制出我國第一塊含有百萬以上晶體管的1兆位漢字只讀存儲(chǔ)器，標(biāo)志著我國微電子技術(shù)跨上了1微米臺(tái)階。1992年，這一成果達(dá)到中試水平，成功轉(zhuǎn)產(chǎn)給國內(nèi)集成電路骨干企業(yè)——無錫華晶微電子公司。此后，這條線經(jīng)過增容、升級(jí)，具備了0.5～0.8微米工藝技術(shù)、月產(chǎn)3000片5英寸硅片的能力。

上世紀(jì)90年代中期后，在清華“創(chuàng)建世界一流大學(xué)”的目標(biāo)指引下，微電子學(xué)所相繼建成了先進(jìn)的電子系統(tǒng)集成與專用集成電路技術(shù)研究中心和微米、納米加工中心，為集成電路設(shè)計(jì)創(chuàng)新和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)芯片的開發(fā)，以及新興的基于硅工藝的微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）和生物芯片的研究，創(chuàng)造了必不可少的環(huán)境和基礎(chǔ)。

在人才培養(yǎng)上，清華微電子學(xué)所除完成本科生專業(yè)課程教學(xué)外，還是我國首批碩士和博士研究生的培養(yǎng)點(diǎn)、博士后流動(dòng)站及半導(dǎo)體器件與微電子學(xué)二級(jí)學(xué)科的唯一重點(diǎn)學(xué)科點(diǎn)。

老驥伏櫪時(shí)，不了硅之情

65歲時(shí)，李志堅(jiān)從行政職務(wù)退下，但沒有退休科研，除去外出開會(huì)等活動(dòng)，只要在學(xué)校，他幾乎每天都要去辦公室，去了就要到工藝線看一看。他一直關(guān)注集成電路技術(shù)的最新發(fā)展，還長期擔(dān)任《電子學(xué)報(bào)》、《半導(dǎo)體學(xué)報(bào)》和《傳感技術(shù)學(xué)報(bào)》編委等職，認(rèn)真審閱研究論文，關(guān)心中青年科研人員的成長。

在他去世前兩年，我們?nèi)ゲ稍L他，他興致勃勃地說：“下一步要重視納電子?，F(xiàn)在微電子向納電子發(fā)展，納電子器件的原理同現(xiàn)在很不一樣，以前以牛頓力學(xué)為基礎(chǔ)，以后用量子力學(xué)，這是個(gè)很大的變化。還有一個(gè)就是系統(tǒng)集成，或集成系統(tǒng)?，F(xiàn)在計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)本身有局限，有的東西做不了，為什么？現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)，數(shù)學(xué)計(jì)算可以很快，就是能很快處理并排出數(shù)學(xué)公式信息，可是你沒有數(shù)學(xué)公式干不了。但不是所有的事情都能把公式排出來的，這一點(diǎn)人腦就不一樣。所以從基礎(chǔ)信息處理技術(shù)方面也要革命。現(xiàn)在社會(huì)發(fā)展對(duì)微電子不斷提出要求，我們關(guān)鍵是要盡快調(diào)整方向，迎接挑戰(zhàn)。”這是一個(gè)老科學(xué)家的肺腑之聲?。?/p>

2011年5月，李志堅(jiān)不幸因病逝世，享年83歲。清華大學(xué)的訃告對(duì)他作了這樣的評(píng)價(jià)：“李志堅(jiān)是我國硅基半導(dǎo)體科學(xué)研究的奠基人和開創(chuàng)者。早在上世紀(jì)50年代后期，他就提出了以硅技術(shù)為半導(dǎo)體專業(yè)的主要研究方向；70年代末，他又提出以CMOS集成微電子學(xué)為主要學(xué)術(shù)方向。這兩次學(xué)術(shù)方向的確立對(duì)我國的半導(dǎo)體事業(yè)和清華大學(xué)微電子學(xué)科的成功起步及持續(xù)發(fā)展有著極為重要的戰(zhàn)略意義?！^去50多年中，他孜孜不倦、勇于探索、治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、精益求精，為我國半導(dǎo)體科技發(fā)展和高層次人才培養(yǎng)做出了卓越貢獻(xiàn)，在國內(nèi)外享有崇高的聲譽(yù)。”

斯人已逝，風(fēng)范長存！

（作者單位：清華大學(xué)）