卜葉

1、貧瘠中奮斗

1960年，梁駿吾從蘇聯(lián)留學(xué)歸國(guó)，正值半導(dǎo)體所剛成立。嶄新的科學(xué)平臺(tái)，成為日后梁駿吾的奮斗原野。早在學(xué)生時(shí)代就立志要在科技領(lǐng)域“為建成共產(chǎn)主義添磚加瓦”的梁駿吾，來(lái)到了該所的研究室，從事國(guó)內(nèi)蓬勃興起的硅材料研究。半導(dǎo)體所室主任林蘭英，任命他為課題組長(zhǎng)，要他從事區(qū)熔硅單晶爐和區(qū)熔硅單晶的研制。

在20世紀(jì)60年代，“區(qū)熔”是一項(xiàng)前沿研究。在這塊貪瘠的科學(xué)園地里，進(jìn)行這類開(kāi)拓性研究，無(wú)可供借鑒的工藝技術(shù)，缺必不可少的工藝設(shè)備，一切都得從頭做起，困難重重。

1961年初，梁駿吾和團(tuán)隊(duì)開(kāi)始研制工作。那時(shí)，物質(zhì)生活條件差。寒冷的冬天，實(shí)驗(yàn)室正在翻修，他們擠在一間沒(méi)有暖氣的平房里工作，上班的路上還要拾一些柴火來(lái)生爐子。住的宿舍是一個(gè)大禮堂，上下雙層鋪，上百人住在一起。可是，這樣的一個(gè)集體，卻充滿了為國(guó)爭(zhēng)光的熱情。在工廠加工區(qū)熔爐期間，他們深入車間，與工人同吃同勞動(dòng)。中午下班時(shí)，沒(méi)地方休息，就在車間外的臺(tái)階上坐坐。加工好的設(shè)備要運(yùn)回，就靠他們推著人力板車步行十多公里……那個(gè)困難的年代，卻也是充滿火熱激情的年代。

經(jīng)歷300多個(gè)日日夜夜之后，科研團(tuán)隊(duì)終于闖過(guò)來(lái)了，成功解決了高頻感應(yīng)加熱主回路的設(shè)計(jì)與制作。關(guān)鍵技術(shù)的突破，使高頻加熱圈連續(xù)24小時(shí)工作不打火，不僅解決了在對(duì)硅材料進(jìn)行反復(fù)多次區(qū)熔時(shí)所必有的長(zhǎng)時(shí)間加熱的穩(wěn)定性，加工成的區(qū)熔爐還比國(guó)外的同類產(chǎn)品還先進(jìn)，而且還為后來(lái)的外延生長(zhǎng)工藝中的感應(yīng)加熱技術(shù)，提供了經(jīng)驗(yàn)，被高熔爐生產(chǎn)廠家一直沿用至今。

2、細(xì)微處探索

1977年，描繪我國(guó)科學(xué)事業(yè)遠(yuǎn)景的全國(guó)自然科學(xué)學(xué)科規(guī)劃會(huì)議召開(kāi)。國(guó)家提出，一定要把大規(guī)模集成電路搞上去。

在面積不到4x4mm2的硅片上，制作一萬(wàn)多個(gè)形成電路功能的電子元件，要經(jīng)過(guò)60多道工序，電路線寬必須是微米、亞微米量級(jí)。這么高的集成度，對(duì)硅單晶質(zhì)量提出了越來(lái)越高的要求。

國(guó)外研究工作表明，硅單晶中尺度在微米、亞微米量級(jí)的缺陷（以下簡(jiǎn)稱微缺陷），對(duì)集成電路的性能與成品率，有著至關(guān)重要的影響。因此，1978年，國(guó)家科委向半導(dǎo)體所下達(dá)“提高硅單晶質(zhì)量的研究”任務(wù)。

梁駿吾深知任務(wù)艱巨，責(zé)任重大。他一到北京，無(wú)暇安置，馬上到研究所開(kāi)展工作，潛心于硅單晶中的微缺陷——主要是漩渦缺陷的本質(zhì)、形成機(jī)理及消除辦法的研究。

想解決問(wèn)題，先搞清楚成因。梁駿吾和研究人員采用化學(xué)擇優(yōu)腐蝕顯示方法、紅外光譜測(cè)量分析方法以及透射電子顯微鏡觀察等現(xiàn)代研究手段，論證了原生態(tài)硅單晶中缺陷的本質(zhì)特征、生成機(jī)理。

他們發(fā)現(xiàn)，在無(wú)位錯(cuò)單晶生長(zhǎng)中，熱點(diǎn)缺陷對(duì)單晶完整性起決定性作用，所以控制生長(zhǎng)時(shí)的熱波動(dòng)，機(jī)械穩(wěn)定性以及氧碳等雜質(zhì)，是控制漩渦缺陷生成的關(guān)鍵。

而后，研究人員從單晶缺陷生成機(jī)理入手，采取一系列技術(shù)措施，反復(fù)實(shí)踐，次次探求，多方設(shè)法解決了拉晶爐的熱穩(wěn)定性與機(jī)械平穩(wěn)性，定位了氣氛的選擇和氣流模型。這樣一來(lái)，就為消除漩渦缺陷指明了正確途徑，終于降低了硅單晶中的氧化層措密度，提高了少數(shù)載流子的壽命，獲得了無(wú)位錯(cuò)、無(wú)漩渦、低微缺陷和氧含量可控的直拉硅單晶，單晶成品率達(dá)80%。

直拉硅單晶質(zhì)量的突破，為研制大規(guī)模集成電路奠定了基礎(chǔ)。1979～1980年，半導(dǎo)體所相繼研制成功了4千位、16千位的大規(guī)模集成電路——硅柵MOS隨機(jī)存貯器，兩次獲得中科院重大成果一等獎(jiǎng)。

3、突破摻氮技術(shù)

區(qū)熔硅單晶存在的問(wèn)題，長(zhǎng)期困擾著從事區(qū)熔工作的梁駿吾，他思索：是讓其止步不前，自然淘汰，還是探索新路，促其發(fā)展？

梁竣吾選擇了后者。他埋頭書(shū)案，默默地在學(xué)海里尋覓、探求……

為進(jìn)一步提高材料性能，除進(jìn)行中子嬗變技術(shù)處理外，還應(yīng)該給硅中摻入某種雜質(zhì)，使硅的晶格“強(qiáng)壯”起來(lái)。

摻什么雜質(zhì)呢？國(guó)外有文獻(xiàn)記載，摻入氧、氮或者鍺，均可能改進(jìn)硅的機(jī)械性能。但是，梁駿吾考慮到，氧的沉淀會(huì)引起缺陷;摻鍺均勻性又不好，且成本高。氮可以考慮，但氮的加入是否會(huì)引來(lái)不利反應(yīng)，氮在工藝熱處理中是否會(huì)引入缺陷？經(jīng)過(guò)理論推算，梁駿吾認(rèn)為，這些問(wèn)題是可以克服的。于是，將中子嬗變技術(shù)和摻氮技術(shù)相結(jié)合的新思維產(chǎn)生了，進(jìn)行新的硅單晶品種的實(shí)驗(yàn)開(kāi)始了。

實(shí)驗(yàn)證明，在高溫范圍內(nèi)，氮在硅中的存在，增強(qiáng)了硅的臨界切應(yīng)力，增大了屈服強(qiáng)度，其硬變降低率，比直拉硅單晶低，改進(jìn)了硅材料的機(jī)械性能，驗(yàn)證了前人的結(jié)論。梁駿吾想，這一新型硅材料的誕生，必將減少制作器件過(guò)程中的崩邊率，減少硅片在燒結(jié)工藝過(guò)程中的彎曲率，提高硅片的利用率，定會(huì)受到器件廠家的歡迎。

斗轉(zhuǎn)星移，1982年，梁駿吾等人克服了設(shè)備上的問(wèn)題，解決了摻氮所需的氣體成份，解決了氮中生長(zhǎng)高質(zhì)量單晶的規(guī)律。由于將中子輻照與摻氮區(qū)熔工藝相結(jié)合，使硅單晶既有良好的機(jī)械性能，又能使單晶電阻率得到均勻分布的雙重效果。這一大膽的嘗試，在當(dāng)時(shí)國(guó)際上還別無(wú)他例。

摻氮中子嬗變區(qū)熔硅單晶終于研究制成功了。這種新型硅單晶，能否適于制造硅器件，能否改進(jìn)器件性能，提高器件的成品率，梁駿吾又率領(lǐng)科技人員，對(duì)該材料的電學(xué)性能進(jìn)行廣泛深入的研究。研究結(jié)果表明，硅中所含的氮，在經(jīng)中子輻照之后，不致引起有害的核反應(yīng)。只要硅中氮濃度受到定量控制，晶體中的氮原子，就能有效地防止位錯(cuò)的產(chǎn)生與繁殖，對(duì)位錯(cuò)起到釘扎的作用。與常規(guī)的摻氮區(qū)熔硅單晶和不摻氮的中子嬗變區(qū)熔硅單晶相比，該材料的電阻率均勻性好，少數(shù)載流子壽命高。氮在硅中雖有深能及產(chǎn)生，在經(jīng)900℃高溫處理之后，將會(huì)全部消失。因此，摻氮中子嬗變區(qū)熔硅單晶，不僅有良好的機(jī)械性能，還具有優(yōu)良的電學(xué)性質(zhì)。

專業(yè)上的進(jìn)取，是梁駿吾的一貫追求;政治上的進(jìn)步，也是他孜孜以求的目標(biāo)。1980年，他光榮地加入了中國(guó)共產(chǎn)黨。他入黨時(shí)的誓言：要為共產(chǎn)主義奮斗不止，為社會(huì)主義現(xiàn)代化大業(yè)作出更多更好的貢獻(xiàn)。

梁駿吾心語(yǔ)

那時(shí)，世界上的半導(dǎo)體研究也只是剛剛開(kāi)始，我對(duì)此一無(wú)所知，非常緊張。

人要有自知之明，到了一定的歲數(shù)，就要選擇自己力所能及的事情來(lái)做。

從事材料科學(xué)研究的人，在作選擇的時(shí)候不能太功利主義，不要太講求能有多大的功勞，歷史自然會(huì)把你的貢獻(xiàn)和名字寫(xiě)進(jìn)去。

我的很多事業(yè)是領(lǐng)導(dǎo)和組織決定的。然而回望來(lái)路，我并不會(huì)后悔，因?yàn)槟切┤蝿?wù)里的確有很多值得研究的科學(xué)問(wèn)題供我探索。

讓他們看到這份事業(yè)可以有所作為，讓他們覺(jué)得自己同樣能夠作出成績(jī)，這就可以了。

很多企業(yè)賺錢后，并不愿意拿出錢來(lái)提高科學(xué)技術(shù)水平，但是企業(yè)往往過(guò)分注重近期的利潤(rùn)，不愿在學(xué)術(shù)和技術(shù)上加大投資力度，我個(gè)人的能力畢竟是有限的。

回首往事，其實(shí)還有很多事情沒(méi)有做到盡善盡美。

?梁駿吾（1933年9月18日～2022年6月23日）出生于湖北省武漢市，半導(dǎo)體材料專家、中國(guó)工程院院士、中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所研究員、博士生導(dǎo)師。梁駿吾先后從事高純區(qū)熔硅單晶、砷化鎵液相外延、硅氣相外延、SiO2隔離膜生長(zhǎng)和多晶硅生長(zhǎng)的研究，大規(guī)模集成電路用硅單晶、摻氮中子嬗變硅單晶、超高速電路用外延技術(shù)、MOCVD AlGaAs/GaAs量子阱材料及半導(dǎo)體中雜質(zhì)與缺陷的行為，SiC外延生長(zhǎng)和GaN基材料的生長(zhǎng)。