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      1. 以科学服务人类——纪念陈星弼院士诞辰90周年

        文:电子学院 / 来源:电子学院 / 2021-01-28 / 点击量:5007

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        陈星弼院士

          陈星弼(1931.1.28-2019.12.4),中国科学院院士、电子科技大学教授、博导,国际著名半导体器件物理学家、微电子学家,半导体超结器件结构的发明人,世界功率器件结终端理论的集大成者,被誉为“中国功率半导体领路人”。他的发明被认为引领了第二次电子革命,荣获“国际功率半导体先驱奖”,是亚太地区首位获此殊荣的科学家。今天是陈星弼先生诞辰90周年纪念日,我们再次深切缅怀和纪念这位半导体功率器件的引路人。

          陈星弼院士1931年1月出生于上海,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。

        漂泊少年求真理

        ?? 1931年,陈星弼出生在那个战火纷飞的年代,父亲给他起了个小名“难儿”,虽是父亲陈德征脱口而出,却蕴藉着为国家忧虑、为前程纠葛之心。也许是苦难磨砺,也许是战火侵袭,“难儿”这一生注定不凡。

        ?? 陈星弼小学毕业后,就读于江津县白沙镇的“国立”十七中,后来又转学到江津县德感坝的“国立”九中读书。陈星弼的大哥陈星沐在西北工学院读书,假期回来的时候,他就会和陈星弼绘声绘色地讲起学校的生活,那些关于近代物理的话题总是深深地吸引着这个十几岁的少年,在他的眼中,相对论、量子力学是那样的神秘莫测。逐渐成长起来的少年心里不知不觉悄悄地埋下了一颗理想的种子,他一心想成为一名科学家?!耙晌蛩固鼓茄娜?!”也许就是从那时起,陈星弼逐渐形成了自己的人生理想,追求真理,探索科学的奥秘?!胺彩俏按蟮亩魑叶家?,越是不懂的东西越要学习,没有任何功利性目的”。

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        陈星弼(前排中)与部分高中同学合影(1945年)

          回到上海以后,陈星弼就读于著名的敬业中学,近十年颠沛流离的生活和贫困艰苦的环境让陈星弼在学业上和敬业中学的同班同学差了一大截,倔强的陈星弼勤奋努力,迎头赶上。有一次,居小石老师还在全班同学面前表扬陈星弼“特立独行”的解题风格,不管是否会做,都有自己特别的方法。陈星弼从小在做题上就“很有性格”,题目都是自己做,绝不问别人。居老师还鼓励陈星弼“要一辈子做傻瓜(老实人),不要投机取巧”。这位居老师对陈星弼的影响极大,习惯独立解题的陈星弼在之后的科研中也更能发现问题,啃下硬骨头?!白錾倒稀钡娜松盘跻踩盟凰坎还?、踏踏实实、不计浮名。

        热血初缘半导体

          1958年,在中国科学院进修的陈星弼被漂移晶体管吸引住了,当时他被指派去为计算机做半导体器件的测试。假期中,陈星弼也从未松懈,像平时一样努力。他以一个科研工作者的天赋,敏感地意识到这一领域具有极大的研究价值和发展潜能。不久,他的第一篇论文《关于半导体漂移三极管在饱和区工作时的储存时间问题》发表了,陈星弼把它投到《物理学报》没多久就收到了论文的审稿意见,但是陈星弼不知道审稿人正是著名的半导体物理学家王守武先生,“中国半导体事业有两位奠基人,一位是黄昆,一位就是王守武?!背滦清鍪盏缴蟾逡饧笕险娴亟辛诵薷牟⒕拖喙匚侍庾龀隽私馐?。直到论文发表之后,陈星弼才知道王守武先生是审稿人。在该文中,陈星弼对漂移晶体管应用于计算机中的饱和区工作的存储时间问题做出了系统的分析。后来论文被美国斯坦福大学教授毕列卡于1967年在《晶体管的电特性》中引用,日本管野卓雄教授在陈星弼发表论文4年后也发表了相关问题的论文。第一篇论文就如此大获成功是陈星弼没有想到的,但是这份成功却无形中让陈星弼对未来的科研之路充满了信心和憧憬。

          命运总是青睐有准备的人。20世纪60年代末70年代初的彩色电视大会战给陈星弼提供了在科研实践领域崭露头角的机会。1969年陈星弼被派往到773厂支援研制氧化铅摄像管,一次,他通过该厂资料所的人获知,贝尔实验室正在研制硅靶摄像管。陈星弼向当时学校负责彩电攻关的许宗藩提出研制硅靶摄像管的建议。这一科研项目得到省国防科委的大力支持。成都电讯工作学院被四机部接管后接受的第一个科研任务就是研制硅靶摄像管。陈星弼的科研思维非常敏捷。在硅靶靶面研制小组成立后,陈星弼作了理论论证,提出工艺和测量方面进行攻关的三大难题:暗电流在(10-10A)量级的测试方法和测试图形的设计;光电二极管的高浓度扩散技术;将直径2厘米的硅片的中间直径1.5厘米部分从100微米均匀减薄至8~10微米。全组人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。

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        陈星弼(后排左三)与半导体专业部分教师合影(摄于20世纪80年代)

          陈星弼不仅个人得到了快速成长,他成为三系主任后,带领全系老师成功地申请到“半导体器件与微电子学”的博士点,为学校在该学科领域的发展做出了开创性的贡献。

        “二次革命”引潮流

          第一次电子革命是指由半导体微电子技术引起的变化,信息时代随之而来。IGBT之父、美国国家工程院院士B.J.Baliga教授认为用微电子技术来控制和利用电能的方法,可以称为第二次电子革命。然而,有一个问题成为发展的瓶颈:要想实现功率管实现对电能开关的自由控制,就要实现开关的高灵敏、智能化,但是功率管要求耐高电压而集成电路只能耐低电压。当时国际上的处理办法是把功率管和集成电路“隔离”起来,耗费巨大成本,还“费力不讨好”。陈星弼决心啃下这块硬骨头,要让仪器不仅有了一个“聪明的大脑”集成电路,还能做到“四肢发达”,让做开关的功率管能够轻松地直接连到集成电路上。

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        陈星弼院士指导学生科研

          经过多年的试验,陈星弼通过改变功率管的结构,发明了复合缓冲耐压结构,现称为超结器件(SUPER-JUNCTION)。它的优点是导通电阻低,易驱动,速度快。该技术已经获得美国和中国发明专利。自1998年起,国外已有8家公司在制造。这个方法的工艺被改进后,成本大大下降,目前已成为一种重要产品,科技成果转化市场规模每年超过10亿美元。

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        陈星弼院士成为首位获得IEEE ISPSD“先驱奖”华人科学家

          陈星弼对超结器件仍然不满意,为了解决它的缺陷,他又研制成功了“具有异型掺杂岛耐压结构”,适用于各种材料的各种功率器件,属于耐压结构上的创新。利用这一发明技术,耐压450V的器件只需不到30mm的外延层。传统技术则要超过40mm的外延层。

          20世纪90年代初,行业内专家认为,陈星弼的几项发明成为第二次电子革命的突破口,这一创新在十年内将无人能突破。

          美国专家Alfonso Garcia Chan对称陈星弼做了这样的评价:“ 我认为陈教授是电子学科领域的知识巨匠,是国家的宝藏,应该被认为是中国现代的英雄?!?/p>

          美国专家Michael W. Shore提到陈星弼的发明对半导体业界革命性的影响说:“他们所发布的这些专利和发明,真真切切地在功率半导体技术方面引发了一场革命?!?/p>

          美国得克萨斯大学周电教授说:“陈院士的发明是中国人民的智慧魁宝,也是全世界人民的共同智慧财产?!薄案米ɡ⒚鞅曛咀虐氲继骞β势骷⒄菇肓艘桓鼋凶觥督帷β势骷男率贝??!?/p>

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        2018年5月与 Baliga 教授、盛况教授、黄勤教授等人参加学术会议合影

          有人曾经问过他“你做科研的动力是什么呢?”

          “是对未知世界的好奇心,而不是为了生存、吃饭或者金钱?!蔽蒲懈冻龅拇?,陈星弼深有感触?!翱蒲行枰憬芯?、时间投入其中。只有不停地想,吃饭、走路的时间都不放过,才有可能在一刹那突然想出来?!薄翱蒲忻挥性似?,”陈星弼说,“要做出成绩来,只有不停地努力?!彼啻蜗蜓词雎砜怂嫉拿?,“科学没有平坦的大道,只有不畏艰辛沿着陡峭山路攀登的人,才有希望达到光辉的顶点?!?/p>

        丹心一片育桃李

          陈星弼这一生有两件事不能割舍,除科研之外,另外就是他对学生的爱。1959年,刚回到成都电讯工程学院工作的陈星弼上专业课《半导体物理》。年轻的陈星弼上课从不带讲稿,他总是从身上摸出一张香烟盒大小的纸片,滔滔不绝地讲起来,偶尔看看纸片上的备忘摘录。

          什么内容该讲?旁枝末节过多会否冲淡主题?开课之前陈星弼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流淌出来。他认为要教好书,不仅要把所教内容融会贯通,还要考虑学生如何能最好地接受,他甚至为讲一句话或一段话都要事先琢磨很久,为了实现最好的教学效果,授课前,陈星弼先讲给夫人唐俊奇听,已是成电一系教师的唐俊奇既当学生又做最挑剔的评审。陈星弼的语言里掺杂着上?;昂退拇ǚ窖?,唐俊奇纠正他的发音错误,夫妻俩细细推敲每一个例子是否准确,琢磨每一句话的最佳表达方式,把有关内容融会贯通然后联系学生实际,用启发式教育的方式,先讲实验现象,反过来推概念,再讲理论解释。

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        陈星弼院士开讲“微电论坛”第一讲

          陈星弼很看重培养学生的底蕴和文化素养。陈星弼的学生朱翔回忆起读研究生的时候,陈老师总是要求大家背诵《岳阳楼记》《出师表》《兰亭集序》等古文,即便是毕业了好多年,还是能张口就来“永和九年,岁在癸丑”,当时不懂这样的做的意义,有了更多的生活经验之后,才懂得陈老师的良苦用心。

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        陈星弼院士作《做人与成才》讲座

          不仅在学业方面陈星弼尽职尽责,在学生遇到生活上的问题之时陈星弼也是倾囊相助。有一次,春节回家的学生因为种种原因错过了回家的火车,临时补票后匆忙搭上了另一班火车,回到家之后他收到的第一条短信居然是陈星弼发来的,“知你误了火车,到家否?甚念?!绷攘仁?,是一位耄耋教师对学生的牵挂和关怀?;褂幸淮?,陈星弼的学生在聊天时偶然间谈起了自己的父亲患有糖尿病,结果没过几天,陈星弼便找到那个学生,给了他一些对于治疗糖尿病很有益处的药,要学生寄回家里去。面对这样的关怀,又有谁能不动容?以至于陈老师教书几十载,一届一届的学生都对他的教诲感念不忘,怀抱着师恩继续在科学道路上不畏劳苦勇于攀登。

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          “长寿,是让我有足够的时间为祖国做更多的事情?!背滦清霾⒉辉诤跎ざ逃敕?,但是,耄耋之年仍然紧张工作在科研战线的最前沿,他深感幸运。

          当他的同龄人都已退休,悠闲生活,含饴弄孙,陈星弼依然全身心地扑在工作上,当一项项专利成果问世,当他的成就为世界瞩目,陈星弼还在思考着如何能让成果为中国的电子工业服务。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,他说,“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?!?/p>

          陈星弼说:“在科学的路上,遇到困难、解决困难就是一种幸福?!薄耙钥蒲Х袢死?,这就是我此生不倦的追求?!?/p>

          陈先生,我们永远怀念您!

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        今天,原一系641班通信专业校友、著名书法家张飙(曾任《科技日报》总编辑、中国书法家协会副主席)创作了一首《蝶恋花·致敬缅怀微电子学专家陈星弼院士》,追忆陈星弼院士,特附全文如下:

        微电抢滩争战最,亿路集成,功率惊翻倍。芯片叠层铭万轨,乾坤巨象毫厘内。德厚识博传后辈,身献科学,只为福人类。潮领环球跻首位,回眸华夏春风醉。


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          1. 编辑:林坤  / 审核:林坤  / 发布者:陈伟