裴高才

2022年6月29日，中國工程院院士、中國早期半導(dǎo)體硅材料奠基人梁駿吾的追悼會在北京舉行。筆者敬贈挽聯(lián)“木蘭山銘旌頌巨匠，煙波江濺淚吊梁公”，寄托同鄉(xiāng)后學(xué)的哀思。

14年前，筆者與梁駿吾院士因傳記寫作結(jié)緣。重溫那些故事，一代人的感奮歷歷可見。

懷揣科學(xué)夢“海歸”效力

梁駿吾祖籍湖北省黃陂縣（今武漢市黃陂區(qū)），1933年9月18日出生于漢口。受父母影響，梁駿吾自幼興趣廣泛、文理兼優(yōu)。他平時喜歡吟詠新詩，曾到廣播電臺錄制詩朗誦。

1945年，梁駿吾考入漢口市立第一中學(xué)（今武漢市第一中學(xué)）。1946年7月，中共中央南方局領(lǐng)導(dǎo)董必武、錢瑛派中共黨員陳梅影到漢口一中擔(dān)任地理教師，以職業(yè)為掩護(hù)做地下學(xué)運工作。不久，地下黨員胡進(jìn)吾、陳育和張師韓先后到一中任課并領(lǐng)導(dǎo)學(xué)運，張兆賀（張孟林）被發(fā)展為學(xué)校第一位學(xué)生地下黨員。

在他們的影響下，進(jìn)步教師常在教學(xué)中激發(fā)學(xué)生的愛國熱情。梁駿吾的化學(xué)老師時常提及中國工業(yè)的落后，激勵大家為振興中華而讀書。潛移默化中，梁駿吾許下心愿：一定要努力學(xué)習(xí)科學(xué)知識，將來科技報國，去改變這種落后的狀況。他曾寫道：“牛頓說，我好像不過是一個在海濱玩耍的小孩，不時為找到一個比通常更光滑的卵石或更好看的貝殼而感到高興。但是，有待探索的真理海洋正展現(xiàn)在我的面前，我立志當(dāng)一名科學(xué)海洋的探索者！”

高中畢業(yè)后，梁駿吾以優(yōu)異成績考取武漢大學(xué)化學(xué)系。

1955年，梁駿吾大學(xué)畢業(yè)。此時，基于1950年簽訂的《中蘇友好同盟互助條約》，中國正大規(guī)模向蘇聯(lián)派遣留學(xué)生。20世紀(jì)50年代，國家派遣留蘇學(xué)生，原本是從各崗位上抽調(diào)具有革命經(jīng)歷的青年知識分子。但到梁駿吾大學(xué)畢業(yè)時，大部分留蘇學(xué)生是大學(xué)應(yīng)屆畢業(yè)生，甚至有部分是高中應(yīng)屆畢業(yè)生。梁駿吾因成績優(yōu)異，個人表現(xiàn)不錯，加上“社會關(guān)系簡單，歷史清白”，得以入選。

留學(xué)人員攻讀的專業(yè)，由國家根據(jù)需要進(jìn)行統(tǒng)籌安排，梁駿吾被派往蘇聯(lián)科學(xué)院冶金研究所主攻半導(dǎo)體材料。那時，世界上的半導(dǎo)體研究已經(jīng)取得突破，中國在此領(lǐng)域的研究卻還是一張白紙。半導(dǎo)體與化學(xué)專業(yè)相關(guān)，但梁駿吾對此一無所知。

梁駿吾深知責(zé)任重大，必須努力拼搏，學(xué)成后報效祖國。在莫斯科留學(xué)四年期間，他幾乎每天都搭最后一班公共汽車從學(xué)?；刈∷?，在寢室也是出了名的“夜貓子”。

一分耕耘，一分收獲。在1960年研究生畢業(yè)考試中，他取得優(yōu)異成績，獲得副博士學(xué)位。

小試牛刀問鼎國家獎

20世紀(jì)50年代，美國已做出世界上第一塊集成電路，半導(dǎo)體技術(shù)在許多領(lǐng)域展開應(yīng)用。而新中國還沒有掌握集成電路所需關(guān)鍵材料——硅單晶的制備方法。

1956年，在蘇聯(lián)專家的幫助下，國家制定并開始實施《1956—1967年科學(xué)技術(shù)發(fā)展遠(yuǎn)景規(guī)劃》。根據(jù)規(guī)劃，中科院將高純硅單晶的制備列為重點。1958年秋，留美歸國的半導(dǎo)體材料科學(xué)家林蘭英，主持拉制出了中國第一根硅單晶，這比蘇聯(lián)專家為我國制定的規(guī)劃整整提前了10年。

梁駿吾1960年回國時，中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所剛成立。不久，半導(dǎo)體研究所決定研制區(qū)熔硅單晶爐和區(qū)熔硅單晶項目。時任半導(dǎo)體所室主任林蘭英任命梁駿吾為課題組長。

自然界天然存在的硅大多含有雜質(zhì)，為保證硅具有較高的電阻率，需要通過“區(qū)熔”技術(shù)掃除雜質(zhì)，得到純度較高的硅單晶。20世紀(jì)60年代，“區(qū)熔”是一項前沿研究。進(jìn)行這類開拓性研究，無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。盡管困難重重，但梁駿吾二話不說，承擔(dān)起這項十分艱巨的任務(wù)。

1961年初，梁駿吾和團(tuán)隊開始研制工作。經(jīng)過300多個日夜的辛勤攻關(guān)，科研團(tuán)隊取得關(guān)鍵技術(shù)的突破，使高頻加熱圈連續(xù)24小時工作不打火，不僅解決了在對硅材料進(jìn)行多次區(qū)熔時所必須具備的長時間加熱的穩(wěn)定性，使加工成的區(qū)熔爐比國外的同類產(chǎn)品更先進(jìn)，而且為后來的外延生長工藝中的感應(yīng)加熱技術(shù)提供了經(jīng)驗，被高熔爐生產(chǎn)廠家一直沿用至今。

1963年5月，國家下達(dá)的重點任務(wù)——電阻率高達(dá)104歐姆·厘米的高純區(qū)熔硅單晶，終于在我國首次研制成功。它純度高，含氧量低，可廣泛用于制作核探測器及功率器件。這一研制成果，處于當(dāng)時的國際先進(jìn)水平。年僅30歲的梁駿吾，榮獲1964年國家科委全國新產(chǎn)品獎和國家科技成果二等獎。

緊接著，梁駿吾負(fù)責(zé)半導(dǎo)體外延工作，為砷化鎵液相外延做了開拓性工作。1965年，他首次研制成功國內(nèi)第一只室溫脈沖相干激光器用的砷化鎵外延材料。

在科學(xué)探索的路上，科學(xué)家不僅付出心血，有時還會有生命危險。梁駿吾說：“我們這個行當(dāng)，也有它的危險性。”他多次在實驗室突遭電擊喪失知覺，也曾經(jīng)歷過藥品泄漏。他的一位同學(xué)，就是因為實驗中氫氣突然爆炸而獻(xiàn)出了生命。

“出了事情怎么辦？還不是一樣要沖進(jìn)去搶?！蓖聜兓貞洠鎸﹄U情，梁駿吾不止一次奮不顧身跑進(jìn)實驗室，“搶”出污染源和貴重物品。

打破西方壟斷的“大俠”

1977年，全國自然科學(xué)學(xué)科規(guī)劃會議召開，提出一定要把大規(guī)模集成電路搞上去。

研究表明，硅單晶中尺度在微米、亞微米量級的缺陷（以下簡稱“微缺陷”），對集成電路的性能與成品率有著至關(guān)重要的影響。因此，要把大規(guī)模集成電路搞上去，首先要提高硅單晶質(zhì)量。

1978年，國家科委向中科院半導(dǎo)體研究所下達(dá)“提高硅單晶質(zhì)量的研究”任務(wù)。時為半導(dǎo)體所副所長的林蘭英認(rèn)為，這項前沿性的探索研究工作，只有梁駿吾能勝任。于是，身在宜昌半導(dǎo)體廠的梁駿吾重返半導(dǎo)體所，承擔(dān)這項重任。

1978年至1981年，梁駿吾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。他會同研究人員，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)實踐、數(shù)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。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，獲得了無位錯、無漩渦、低微缺陷和氧含量可控的直拉硅單晶，單晶成品率達(dá)80%。

在半導(dǎo)體所任研究員的梁駿吾夫人聞瑞梅，對這項研究功不可沒。聞瑞梅是電子學(xué)家，著名詩人聞一多的侄女。他們是武漢大學(xué)化學(xué)系同班同學(xué)，伉儷情深。

研制硅單晶需要純度很高的水，否則做不出器件。但那時國內(nèi)幾乎沒有能研制滿足大規(guī)模集成電路用高純水的單位，甚至連純水的標(biāo)準(zhǔn)也沒有，也不可能從國外引進(jìn)，因此需要自己提純。

聞瑞梅一直從事水化學(xué)基礎(chǔ)、水、氣處理及檢測方面的研究，領(lǐng)導(dǎo)便將研制高純水的重任交給她。她邊摸索邊實驗，克服了重重困難，不但完成了高純水的改造設(shè)計、研制，還建立了硅片的清洗方法及化學(xué)處理。硅片的預(yù)氧化、化學(xué)剝離等工藝，為梁駿吾的研究創(chuàng)造了條件。最終，他們解決了有害雜質(zhì)、氧含量、缺陷的控制及后處理等問題，成功拉制了高質(zhì)硅單晶材料，為研制大規(guī)模集成電路奠定了基礎(chǔ)。

1979年至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)存儲器，兩次獲得1979年、1980年中科院重大成果一等獎。

硅中的碳是有害雜質(zhì)，硅中碳的含量是大規(guī)模集成電路用硅單晶的關(guān)鍵指標(biāo)之一。梁駿吾經(jīng)過深入研究，闡明了碳沾污的來源、機(jī)理，設(shè)計了能防止碳沾污的新型熱系統(tǒng)和氣路系統(tǒng)，從而降低了硅中碳的含量，提高了硅單晶質(zhì)量。1983年，梁駿吾獲得中科院重大科技成果二等獎。

接著，他首創(chuàng)了摻氮中子嬗變硅單晶，解決了長期困擾生產(chǎn)廠家的硅中位錯運動和繁殖以及電阻率的均勻性等重大技術(shù)難題，獲得了機(jī)械性能好、電阻率均勻的區(qū)熔硅單晶。許多材料和器件在工廠進(jìn)行廣泛應(yīng)用后，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。1988年，梁駿吾獲得中科院科技進(jìn)步一等獎。

在“七五”和“八五”攻關(guān)中，梁駿吾解決了外延中氣體動力學(xué)與熱力學(xué)耦合計算的問題，為外延爐設(shè)計提供了理論依據(jù)，完成了新一代微機(jī)控制光加熱外延爐。這一成果被鑒定后認(rèn)為“打破了外商壟斷，國內(nèi)首創(chuàng)”，“在外延層本底電阻率、過渡區(qū)寬、摻雜電阻率、徑向不均勻度等多項參數(shù)上均達(dá)到國際先進(jìn)水平”。他因此獲得中科院科技進(jìn)步二等獎、三等獎各一次。

1992年，梁駿吾再立新功，突破了我國多年來未能研制出生長低閾值電流密度的量子阱激光器MOCVD材料的局面，全面完成了“863”任務(wù)—MOCVD生長GaAlAs/GaAs量子阱超晶格材料任務(wù)，為第二代（即超晶格、量子阱）光電材料做出貢獻(xiàn)。

1993年，梁駿吾被評為中國科學(xué)院優(yōu)秀導(dǎo)師，1994年獲中科院科技進(jìn)步二等獎，1996年榮膺國家級科技進(jìn)步三等獎，1997年當(dāng)選中國工程院院士。作為我國半導(dǎo)體材料的元老級專家，他享有“硅材料大俠”的美譽。

老驥伏櫪尋對策

進(jìn)入21世紀(jì)，梁駿吾仍為多晶硅嘔心瀝血。2000年，他代表專家組參加了中國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的首條100噸多晶硅工業(yè)試驗示范線的鑒定會。2006年10月22日，他參加了湖北宜昌的多晶硅項目動工儀式。2007年，他參與鑒定了河南省重大科技專項“24對棒節(jié)能型多晶硅還原爐成套裝置”成果。

我國是太陽能輻射量資源大國，太陽能光伏產(chǎn)業(yè)有著巨大的發(fā)展?jié)摿?，而多晶硅和單晶硅是晶體硅太陽電池的基礎(chǔ)材料。根據(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)，千噸級以上的多晶硅生產(chǎn)線才具有規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益，而最先進(jìn)的多晶硅大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)當(dāng)時仍然掌握在美、日、德三國手中。國際化工和半導(dǎo)體巨頭們一方面在產(chǎn)能擴(kuò)張方面相當(dāng)謹(jǐn)慎，另一方面集體達(dá)成了技術(shù)保密和不對第三方轉(zhuǎn)讓的協(xié)議。

為打破西方壟斷，年逾古稀的梁駿吾不遺余力呼吁，我們不能指望從國外買進(jìn)技術(shù)，必須要靠科研人員和企業(yè)的自主研發(fā)創(chuàng)新。他提醒大家，在我國投資者向光伏產(chǎn)業(yè)大幅擴(kuò)張的時候，也需注意市場容量問題。

2006年3月，香山科學(xué)會議第273 次學(xué)術(shù)討論會在北京召開，梁駿吾在會上作了《世界太陽能電池材料的形勢與中國的對策》的主題評述報告。他指出，太陽能電池及其材料的發(fā)展，正處在當(dāng)今世界所關(guān)注的兩大問題——能源和環(huán)境的交匯點上，引起了世界各國的重視;中國是能源生產(chǎn)和消費大國，環(huán)境保護(hù)問題更是備受關(guān)注，因而也必須對太陽能電池材料予以充分關(guān)注。

4月11日上午，他回到武漢大學(xué)，作題為《中國太陽能電池與材料發(fā)展》的報告。他從中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀和能源體系構(gòu)成引入，深入淺出地講述了太陽能電池的原理、發(fā)展沿革及研究現(xiàn)狀，并展望了太陽能電池的巨大應(yīng)用前景，提出相應(yīng)的高效能、低成本材料的開發(fā)與制備是我國將要面臨的主要問題。他主要介紹了現(xiàn)今太陽能電池材料種類主要制備方法以及存在的問題。

8月，他接受《科技日報》訪談。對于“中國硅材料工業(yè)如何提高競爭力”，他提出中國的硅片應(yīng)在大尺寸上建立大規(guī)模的工廠，同時應(yīng)該加強(qiáng)協(xié)會的作用，制定行業(yè)規(guī)范，避免惡性競爭。他認(rèn)為，“中國的硅行業(yè)無法指望從國外引進(jìn)技術(shù)，只能靠自主研發(fā)創(chuàng)新”。

笑慰人生奉獻(xiàn)樂

“為祖國的富強(qiáng)而探索，我深感責(zé)任重大;為科學(xué)而奉獻(xiàn)，那是我們的無上榮光?！绷候E吾秉持赤子之心，即使在“文革”期間，處境極其艱難，他始終堅定信念，奮戰(zhàn)在開發(fā)半導(dǎo)體材料第一線。

1966年至1969年，他負(fù)責(zé)“156項工程”中集成電路用硅外延材料任務(wù)。經(jīng)過苦戰(zhàn)與巧戰(zhàn)，他解決了連續(xù)生長硅高摻雜外延層、介質(zhì)SiO2介質(zhì)層、多晶硅層等的工藝技術(shù)，為我國第一代介質(zhì)隔離集成電路提供了外延材料和設(shè)備。

1969年，梁駿吾從中科院下放到宜昌半導(dǎo)體廠。他堅信，黑暗終將過去，國家建設(shè)離不開科技，一干就是八年。2014年，他回到宜昌講學(xué)，并在此設(shè)立湖北省院士專家工作站，為國家與家鄉(xiāng)的新材料基地提供智力支持。他與聞瑞梅在百忙中，出任武漢大學(xué)與華中科技大學(xué)的兼職教授。

從大學(xué)同學(xué)到中科院半導(dǎo)體所同事，梁駿吾和聞瑞梅幾十年相濡以沫。聞瑞梅在科研上也成果斐然。她兼任同濟(jì)大學(xué)博導(dǎo)，曾獲16項省部級及國家科技進(jìn)步獎，擁有27項發(fā)明專利，享有“中國水母”的美譽。

晚年的梁駿吾身體每況愈下，聽力也不太好，幸而有聞瑞梅得力相助，事無巨細(xì)，都由她一手打理。聞瑞梅說：“我們一輩子都沒有因為爭執(zhí)而‘紅過臉’?！?/p>

對于科研的執(zhí)著，聞瑞梅曾以詩言志：“問我登攀意如何，家珍何如成果碩，且說拼搏吾儕愿，笑慰人生奉獻(xiàn)樂?！绷候E吾說：“我只是做了一個科學(xué)工作者應(yīng)該做的事。”

在中國共產(chǎn)黨百年華誕前夕，梁駿吾告訴筆者，他是改革開放后的1980年加入中國共產(chǎn)黨的，這是他歷經(jīng)風(fēng)雨孜孜以求的目標(biāo)，也是他畢生的最高榮譽。

“永不滿足，永求創(chuàng)造”，這是梁駿吾的誓言，也是他科學(xué)人生的真實寫照。

編輯/王堯