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陈星弼:心有大我 至诚报国

  返回亚搏官网app首页   时间:2020-03-02 10:33来源:光明日报 作者:小平 点击:
学人小传 陈星弼(19312019),中国科学院院士、教授、博导,1952年毕业于同济大学电机系,毕业后在厦门大学电机系、南京工学院(现东南大学)无线电系担任助教。1956年到成都电讯工程学院(现电子科技大学)任教。1983年任成都电讯工程学院微电子科学与工程
      

学人小传  

  陈星弼(1931—2019),中国科学院院士、教授、博导,1952年毕业于同济大学电机系,毕业后在厦门大学电机系、南京工学院(现东南大学)无线电系担任助教。1956年到成都电讯工程学院(现电子科技大学)任教。1983年任成都电讯工程学院微电子科学与工程系系主任、微电子研究所所长。他是我国第一批学习及从事半导体研究的科技人员之一,电子工业部“半导体器件与微电子学”专业第一个博士生导师,国际著名半导体器件物理学家、微电子学家,国际半导体界著名的超结结构(Super Junction)的发明人,也是国际上功率器件的结终端理论的集大成者。他从1981年起开始对功率半导体器件进行研究,第一个提出了各种终端技术的物理解释及解析理论。他提出了两类纵向导电的器件新耐压结构,并作了唯一的三维电场分析结果,被国际学术界誉为功率器件的新里程碑。他发表200余篇学术论文,获得授权中美等国发明专利40余项,其中著名的超结发明专利US5216275被国际专利他引超过550次,并授权给国际主流半导体公司。因对高压功率MOSFET理论与设计的卓越贡献,他于2015年5月获得IEEE ISPSD(国际功率半导体器件与集成电路年会)颁发的最高荣誉“国际功率半导体先驱奖”,成为亚太地区首位获此殊荣的科学家。2018年5月,因发明超结器件成为国内首位入选IEEE ISPSD首届全球32位名人堂的科学家。

  半导体功率器件,是电能/功率处理的核心器件,更是弱电控制与强电运行之间的沟通桥梁,在“中国制造”向“中国智造”转型过程中,在民族电子信息产业发展中发挥着重要作用。陈星弼院士为此付出了数十年的心血与智慧,直到生命最后一刻,仍念兹在兹。

  2019年12月4日,这位被称作中国半导体功率器件领路人的科学家在成都去世,享年89岁。那条他常去实验室的路上,铺满了金黄的银杏叶,仿佛在怀念这位中国学人辉煌的科研人生,也似乎还在倾听他对我国功率器件取得进一步突破的梦想。

  “我想陈先生心里想的是,还要再活十年、二十年,还要再为国家和社会作出新的贡献。所以陈先生是有言而未语,自己在坚持,希望能够对抗病魔。”陈星弼的学生、原四川省电子厅厅长蒋臣琦在看望病中的恩师时这样说。

  是啊!陈星弼那样热爱生命,热爱科学。2019年10月,他还和学院的年轻人一起秋游都江堰;生病的前一天依然在实验室里工作;即使在病床上,他也不闲着,琢磨如何改进输液即将完毕时通知护士的方式。陈星弼的儿子感慨:“真的没有想到啊……他还有好多事情想做,好多研究可以做,有很多新的idea(想法),这是他最大的遗憾。”

  可是,这位老者没有更多的时光了。2019年11月20日,陈星弼戴着无创呼吸机,在白细胞22000的情况下写下了这样一段话:“一生辗转千万里,莫问成败重几许,得之坦然,失之淡然。与其在别人的辉煌里仰望,不如亲手点亮自己的心灯,扬帆远航……”这是他最后的心语。

  十几天后,陈星弼在他最爱的《命运》交响曲中离开了这个世界,带着未酬的凌云壮志,带着对祖国的无限热爱。

闯出新路

  陈星弼与功率器件的缘分要追溯到20世纪80年代。那时,他作为“文革”后第一批出国留学人员赴美国俄亥俄大学、加州大学伯克利分校做访问学者。

  一个极具科研价值的问题吸引了陈星弼:以毫米为单位的小小芯片从晶圆片上划分而来,制作成各种产品,但是每个芯片都有边界,它对功率器件的性能影响如何解决呢?

  凭借扎实功底和勤奋学习,陈星弼提出了一个独特的思路:应该有一个最佳的电荷分布,能在表面以最短的距离使击穿电压达到尽可能高的值,即最佳表面变掺杂。

  “邂逅”功率器件,擦出火花后,陈星弼并没有顺这条新路走下去。他犹豫着,要不要回到自己最喜爱的物理学研究领域?但归国后,陈星弼强烈感受到,半导体功率器件对国家电子信息领域发展的重要,于是,他放弃原来的理想,全力投入这一领域的研究之中。

  万丈高楼平地起,面向全新领域,陈星弼开始一砖一瓦搭建基础平台。1983年,他推动建立微电子研究所,带领大家忘我地投入科研工作。每天晚上钟声敲过十二下,学校要关门了,陈星弼才肯离开实验室,一路疾走,回到家中继续干。有时工作到凌晨两三点,有时通宵达旦,直到东方发白,才短暂休息几个小时。

  此时的陈星弼已年过五旬,却以比年轻人更勤勉的态度、更旺盛的精力投入这一全新的事业里。于是,一条新路,在陈星弼坚实的步伐中,延伸向希望的远方。

  陈星弼的几篇论文《P-N结有场板时表面电场分布的简单公式》《突变平面结表面电场的近似公式》等相继发表,“功率半导体器件及高压集成电路”这个崭新而陌生的词组从此与他紧紧联系在一起。1987年,微电子研究所课题达到10个,经费将近30万元。这在当时是一笔不小的数目。

  “尤其值得高兴的是,‘半导体器件与微电子学’高分通过了博士点申请。”1989年11月,时任电子科技大学校长的刘盛纲院士,在一次校内会议上通报了学校参加全国第四批学科点评审的情况。陈星弼舒心地笑了,在同事热情的掌声中,他激动地用力皱紧眉头,眯起眼睛,不让泪水流出。

勇攀高峰

  “集成电路为电子信息时代奠定了基础,就像造房子一样。网络、云等都是重要的,但基石是微电子。”陈星弼在接受记者采访时这样介绍自己的研究,“亚搏体育平台官方app电子信息的发展,有两个重要的问题:一个是如何发现新的发电方法,比如太阳能电池;另一个是如何节省电能,我们所做的工作就是节省电能。”

  陈星弼以微电子研究所为“根据地”,带领一批优秀的科研工作者在半导体功率器件领域不断奋斗,在中国首次研制了VDMOST、IGBT、LDMOST、MCT、EST等器件,并首次提出了各种终端技术的物理解释及解析理论。他想,人们希望功率器件耐压很高,接通时电阻很小,但它却有硅极限。如何实现突破呢?

  陈星弼研究了很多终端技术理论,逐渐形成了表面耐压层结构的想法。他不分白天黑夜,泡在实验室里,甚至自己出钱租设备,助手唐茂成和叶星宁协助他到沈阳电子部47所投片。经过多次试验,陈星弼和他的研究小组终于通过改变功率管的结构,实现了复合缓冲耐压结构(现称为超结器件)。

  超结器件导通电阻低,易驱动,速度快,引起学术界和企业界很大反响,被称作“功率器件的新里程碑”。

  这一发明的相关专利在全世界范围内已被引用超过550次,所产生的经济效益非常明显,英飞凌、意法半导体、仙童、东芝等公司都投入生产。根据法国半导体领域的一家市场调查公司的调查结果显示,超结功率器件将以10.3%的年复合增长率迅速增长。而超结MOS器件的应用也非常广泛,包括电脑电源、照明电源、液晶电视、光伏逆变器,以及医疗、电信、工业等多类电源都有它的“身影”。

  为此,国内外专家对陈星弼及其发明都给予了高度评价——

  美国德克萨斯大学电子工程系终身正教授周电说:“陈院士的发明是中国人民的智慧瑰宝,也是全世界人民的共同智慧财产。”“该专利发明标志着半导体功率器件发展进入了一个叫作‘超级结’功率器件的新时代。”

  加拿大科学院院士、前院长、中国科学院外籍院士Jamal教授说:“事实上,在功率器件领域,他(陈星弼)曾通过出色的研究工作单枪匹马让中国的研究进入国际学术舞台。与我们现在的科研条件相比,他是在资源极其有限的情况下实现这一巨大成就的。”

  然而,陈星弼对超结器件仍不满意,耿耿于怀的是它的缺陷。2000年后,他又发明了高K电介质耐压结构、高速IGBT、两种多数载流子导电的器件等,这使我国高压(功率)集成电路在一个新的、更先进的起点上起飞。

科研人生

  2015年,陈星弼荣获国际功率半导体先驱奖,他谈到了自己对科研的热爱:“和我同龄的很多人都已经过上了清闲的退休生活,但我却很享受奋战在第一线的状态。我觉得吃喝玩乐才没意思呢,在科学的路上,遇到困难、解决困难就是一种幸福。”

  陈星弼是从20世纪50年代开始走上了这条“幸福”之路的。那时,他刚从同济大学毕业,在南京工学院电机系任助教,又北上中科院进修。他被漂移晶体管吸引住了。这在当时是新兴事物,正逐渐替代饱和晶体管。

  陈星弼利用假期进行推导,不久,他的第一篇论文《亚搏体育平台官方app半导体漂移三极管在饱和区工作时的储存时间问题》发表于1959年的《物理学报》之上,这是国际上首次指出集电区中少数载流子存储效应对开关性能影响的重要文章。

  结束在中科院的进修后,陈星弼来到巴蜀大地。此时,按照周恩来总理的亲自部署,交通大学(现上海交通大学、西安交通大学)、南京工学院(现东南大学)、华南工学院(现华南理工大学)的电讯工程有关专业西迁成都,合并创建成都电讯工程学院(现电子科技大学,简称成电)。陈星弼把对祖国的深情和对科研的热爱都融入这所新学校的建设之中,开始了自己六十余年的成电生涯。

  在陈星弼的建议和努力下,成电于20世纪70年代接到了研制硅靶摄像管的科研任务。硅靶靶面研制小组成立后,陈星弼做了理论论证,提出工艺和测量方面进行攻关的三大难题。全组人员经过四个月的艰苦奋战,在733厂和970厂的配合下,终于研制出我国第一支硅靶摄像管。

  即使在那样的特殊年代,陈星弼也克服一切困难,醉心科研。在测量半导体的电阻率时,他发现了一个问题。平时,最常用的方法是“四探针法”,通常所用的理论计算方式必须假设均匀材料。陈星弼却发现实际情况和假设有差别。这一问题激发了他强烈的研究欲望。他利用业余时间研究电阻率,最后利用传统的电荷镜像法,颇具匠心地创造了一种在一维方向介质是不均匀的镜像电荷的方程。

  从漂移晶体管到硅靶摄像管,再到后来创造辉煌的半导体功率器件,陈星弼一直葆有对科研的无限热爱和克服科学困难的壮志雄心。他说:“科研之初,就像贝多芬《命运》交响曲的第一乐章,我们挣扎、追寻、研究和争辩,内心有苦也有乐。然而通过不懈的努力,终于征服了种种障碍,并且在某项研究中取得了成功,这又像《命运》交响曲的第四乐章。”

立德树人

  “严字当头,把学生当‘敌人’。”这是陈星弼数十载的教学感悟。他认为,讲授真学问的关键在“严”,把学生当作“敌人”,以难题驱动,进而提升他们思考解决问题的能力。

  陈星弼经常举一个例子,前中国女子曲棍球教练金昶伯,对待自己的队员就像“敌人”一样,通过魔鬼训练让她们磨砺进步。“严师出高徒”,正是在其率领下,中国女子曲棍球队在不到3年时间里,一跃成为一支世界强队。

  如何做到严格要求呢?陈星弼的方法是自主设计难题,让学生在攻克难题中锻炼能力,并能不断创新。他还通过在考试题目中设置难题,辨识学生学习成果差异,让分数“高斯”分布。

  同时,陈星弼也非常重视“宽严相济”。而他认为的“宽”,则是指老师要引导学生加强基础课和通识教育的学习,打下宽厚基础,奠定未来研究工作的基石。“现今科技日新月异,专业知识也会随之更新。我们学双极型晶体管时,未承想过几年便出现MOS晶体管。当我们学习MOS晶体管时,很快又有了集成电路。那我们要靠什么快速跟进学习与认知?靠的就是我们曾经不惜时间和精力打下的数理基础。”

  着眼于中国高等教育发展,陈星弼常常呼吁,大学教育培养的不只是高级技师,而应以输出对科技发展有贡献的科学家为主,因此要站在对学生及中国高等教育高度负责的立场,加强基础课的投入,提升基础课的教学水平。“不要怕学生缺少某些知识,不要妄想知识都要从学校得来,要让学生意识到,可持续学习能力的自我培养是珍贵品质。”

  虽已过去数十年,原成都电讯工程学院三系系主任谢孟贤回忆陈星弼上课的情景,仍历历在目:“陈老师自己在上讲台前总是将教案熟悉到极致,所有理论体系、知识案例都在他的脑海里形成一个严密的体系。走上讲台,不用背,不用记,要讲的内容像水流一样涓涓不息地淌出来。从1959年开始上课,他就不带讲稿,只有一张香烟盒大小的纸片写好备忘摘录。他的课有趣生动,难点重点突出,分析透彻。”

  不管工作多么繁忙,陈星弼都把教学工作放在非常重要的位置。他曾主动请缨,接手“人人讨厌上”的量子力学,还为研究生开设了《半导体器件物理》《半导体器件的数值计算方法》《功率MOS》等新课。

  课程很难,陈星弼却很兴奋。他一向认为,“越伟大越深奥的东西我越喜欢攻克”。陈星弼的课保持着一贯风格:突出物理概念,启发式教育。他将丰富的科研体验融汇在课堂内容中,学生感觉实用性更强。

  为了锻炼学生的英语能力,陈星弼在研究生课堂上采用全英文教学。他崇尚自由包容的课堂氛围,允许学生随意提问。讨论时,没有权威,没有师生关系,只有平等交流。同学们踊跃发言,甚至为某一个问题争得面红耳赤。

  陈星弼还经常给学生们开人文讲座,建议他们读世界名著、听古典音乐,锻炼他们的语言表达能力。他认为,通识教育虽不能让人才速成,但从长远计,接受通识教育的学生的创新性和贡献更为突出。

  即使已入耄耋之年,身患各种疾病,陈星弼还是亲自带硕士生、博士生,关心每一位学生的成长和发展。

  陈星弼是严师,更是慈父。他掏钱请学生看电影、吃饭,在甲型流感暴发期间自费购买中药熬给同学们喝。

  更有意思的是,“让我付钱我才去”成为陈星弼和毕业学生聚会的“标准”。学生们都记得,有一次聚会大家偷偷付了钱,陈先生很不开心,批评“说话不算数”。下次再约时,陈星弼说“除非我把上次聚会时的钱出了,否则我不去。”“在他心里,我们就是他的孩子啊。”

  2018年教师节前夕,陈星弼与刘盛纲、李乐民三位院士共同获得“成电立德树人成就奖”,这是属于电子科技大学教师的最高荣誉。

家国情怀

  “只有科学和教育发展了,国家才能振兴。没有科学教育,国家就会落后,落后就要挨打。”在纪念二战胜利70周年时,陈星弼曾谈到科教兴国的意义,“科学技术是第一生产力,科学技术无形中推动生产力的发展,任何人不能阻止历史的车轮。”

  这样的感悟与陈星弼刻骨铭心的少年经历密切相关。国破山河在,城春草木深。1937年,战争阴云密布,不到7岁的陈星弼跟随父母离开上海,在连天的炮火中,踏上向西的逃难之路。

  他们逃到了余姚、浦江,又辗转至萧山、金华、南昌、长沙、九江……历经艰险到达重庆,一家人才稍作安顿。陈星弼转学四次后结束了小学生活。

  陈星弼的少年时代拮据清贫,中学每月只发给他们二斗三升米,大部分都是霉烂的红米。而每次回家,他都要为船费发愁。

  1943年,陈星弼转学到江津县国立九中,“十万青年十万军”的大规模征兵运动正在全国开展。他唱着《棠棣之花》送别披上戎装的同学,只恨自己年龄小不能参军,要么真想爬上卡车,到印度,到缅甸,到抗日前线。

  年少的陈星弼在紧张的课余认真军训,操练,打靶,一丝不苟。语文老师教大家毛泽东的词《沁园春·雪》,他非常喜爱。陈星弼和同学还排演曹禺、田汉、夏衍、郭沫若的爱国话剧。

  年岁渐增,陈星弼对祖国的爱更深,为祖国奉献一生的意愿更加强烈。大二时,陈星弼放弃了奖学金。他想,国家还有许多急需用钱的地方,“我也要为祖国尽微薄之力。”毕业分配填写志愿表时,他郑重地在每一个志愿栏里都填上“服从组织分配”,并真诚地表示要“到东北去、到西北去、到最艰苦的地方去”,建功立业。

  五十岁时,陈星弼走出国门,以真才实学赢得了国际友人的尊重。他主动上交外汇,却把收据满不在乎地丢弃。为了给工业发展作出切切实实的贡献,他痛苦地放弃了亚搏体育平台官方app理论物理的梦想。在功率器件领域艰苦工作,常常通宵达旦。

  陈星弼视名利如浮云,他衣着朴素,家里甚至还用着20多年前的暖水瓶。不了解的人很难想象,这位看似普通的老人,专利成果带来的经济效益约20亿美元。“如果只是为了名利,我不可能在科研上耗费一辈子的精力。”陈星弼说。

  从大学时代开始,陈星弼就阅读马克思历史唯物主义著作,而且顺着哲学学术河流上溯,阅读了德国古典哲学著作。“我是经过了艰苦的阅读、认真的思索,才开始接受马克思主义。”

  终其一生,马克思主义给予陈星弼源源不断的精神力量。他引用马克思的名言——“科学绝不是一种自私自利的享乐。有幸能够致力于科学的人,首先应该拿自己的学识为人类服务”,认为“能够在短促的人生中,以科学服务人类,这就是我追求的价值”。他也希望有更多的青年献身科研,成为科研发展的脊梁。

  “长寿,是让我有充足的时间为祖国做更多的事情。”陈星弼并不在乎生命长短与否,但耄耋之年仍紧张工作在科研战线最前沿,他深感幸运。经历过山河破碎,对国弱民贱、生灵涂炭的印象锥心刺骨,陈星弼始终葆有这样的“初心”:要把自身的前途命运同国家和民族的前途命运紧紧联系在一起,在祖国需要的科研战线上建功立业。他“心有大我、至诚报国”,也激励着广大科研工作者开拓创新,解决关键技术“卡脖子”问题,将科研人生融入实现中华民族伟大复兴中国梦的历史洪流中。

  (作者:杨丽可,现供职于电子科技大学党委宣传部理论和文化宣传办公室。)

  (本版图片均为资料图片)

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