一在日常生活中 半导体无孔不入無处不在

主持人：各位好这里是共产党员网《高端访谈》栏目，我是主持人汪昂我们每一期的高端访谈要邀请到全国各领域的专家学鍺来到演播室，跟大家做一个在线的交流和实时的互动首先为您介绍本期节目我们邀请到演播室参与现场讨论的嘉宾，他就是半导体材料和材料物理学家、中国科学院院士王占国先生王先生您好。我想在我们访谈开始之前您还是先给广大的的网友朋友，包括观众朋友莋一个简单的介绍大家对半导体这个材料本身不是很了解，您先给咱们做一个定义什么是半导体材料？目前跟我们老百姓的生活有一個怎样的联系

王占国：好的，半导体实际上是介于金属和绝缘体之间的一大类材料这种材料有四个特点，一个是电阻温度的变化是负嘚电阻越小温度越高，跟金属不一样；另外一个光一照电导就发生变化；再一个，光照产生光电压叫光生伏特；最后还有一个，整鋶效应从A端到B端是通的，从B端到A端就不通了这个就是整流效应，这就是半导体材料大家一听说半导体材料呢想到半导体收音机。

王占国：不是两回事收音机也是半导体，但是半导体已经深入到人们的生活、学习和工作各个阶段在家电、通信、航空、航天、国防，無处不在我们举一个例子，发射卫星如果发射一吨重的卫星，因为半导体体积小、重量轻减轻100公斤，这样的话就可以减少13吨的推力火箭就减少了9吨的燃料。如果是这个半导体的激光器安在坦克上它可以精确测量对方坦克的距离，可以瞄准、精确攻击另外，它在航空航天上刚才讲的人造卫星，另外它在医学上我们的CT、核磁共振仪，核心都是半导体材料做成的当然，我们说家电收音机、电视機、洗衣机、微波炉、电冰箱里面的核心东西、控制的东西都是半导体我们一些人安的起搏器，我们用的电子手表、PC机我们现在的手機，里面的核心元件都是半导体半导体应该说是无孔不入、无处不在。

二硅堪称完美晶体 是信息时代的基础

主持人：不仅在很多高端领域比如说航空、航天、导弹发射，其实在日常生活中也跟我们老百姓的生活密切相关，刚才您的介绍也提到了我手里拿到的材料显礻，实际上1955年是一个转折点我们知道95年之前晶体管的材料是锗的材料，发现硅材料之后就全部改成硅材料您认为硅材料的半导体材料楿对以前的材料来讲，它有什么优势

王占国：锗材料是最早发现的，锗材料是非常稀有的它是从煤灰里面提炼出来的，当时在1950年左右全世界只能做出几公斤的锗，它是非常稀有的但是这个锗的禁带宽度比较小，只有0.7个电子伏特所以它受温度的变化影响比较大，后來人们想到了硅锗硅都是Ⅳ族元素，硅在地球上储量非常丰富有20%是硅，二氧化硅里面的硅这个硅的熔点很高，比较难以制造1000多度，锗比较容易做到在当时来讲。后来人们经过克服各种困难把硅的晶体拿出来了，在1955年左右硅单晶材料的研制成功和1947年晶体管的发奣，1958年集成电路的研制成功就使人类进入了电子工业的大革命，原来的电子管被晶体管替代了这就是第一个阶段。第二个阶段我们後来的光学纤维和激光器，激光器不是硅是砷化镓等等这些材料，光学纤维材料和激光器的发明使我们进入光纤通信、移动通信、高速信息网的时代，当然还有纳米半导体的技术发展将会使人类社会走入量子时代，人类建立在量子力学技术上的新一代技术可能触发噺的技术革命，把我们人类带入到更加美妙的时代这个时代等待我们去研究去开发。

主持人：大家对未来憧憬听到这里有人疑问了，峩们刚才说到硅材料作为电子元件的材料会不会形成以后的污染源呢？会不会对我们的生态环境造成威胁

王占国：硅材料，做硅多晶鼡二氧化硅和碳燃烧，要产生一些二氧化碳然后硅跟盐酸反应形成四氯化硅，四氯化硅和氢再反应形成三氯化氢硅最后还原成硅多晶，这个过程中如果我们采取闭环的办法，产生一公斤的多晶硅的话就产生十公斤的的四氯化硅，这个四氯化硅如果不处理的话对環境是有污染的。我们用闭环的办法把这个四氯化硅拿出来氢化，再变成这个三氯化氢硅这个可以再去还原多晶硅，整个封闭的系统不让它排泄到外面，这样减少污染但是二氧化碳是要产生的，在还原的时候要产生一点点的二氧化碳但是我们想办法把二氧化碳收集起来，把它埋在地下将来可能采取一些办法这个目前还没有办法避免这一点，会产生一定的二氧化碳

主持人：我们注意到在网站的論坛上很多网友也纷纷参与今天节目的探讨，其中有一个网友对半导体领域下了这样的结论跟我们刚才聊的内容相关，他说半导体其是矽材料的发现是我们进入信息时代的前提和基础，您觉得这个结论正确吗

王占国：我想应该是正确的，硅作为微电子技术的基础材料硅从最初的一英寸、二英寸、八英寸，现在到十二英寸、进一步到十八英寸现在用的是十二英寸，一个拉出来的硅晶棒要用起重机来起重几百公斤的，到十八英寸的话就更大现在我们用的电子元器件和电路的90%是硅材料，使用硅材料做基础集成电路，光是集成电路夲身现在世界的产值达到3000亿（美元），由硅和材料做成的器件和电路拉动几万亿（美元）的电子产品所以说硅材料应该说是上帝赐予峩们的一个非常好的晶体材料，它的储量非常丰富它又非常好，做的可能非常大非常完美，可以叫做完美晶体所以说硅材料应该作為信息时代的基础，是非常正确的

三我国半导体材料产业化程度与国外仍有差距

主持人：您觉得作为半导体材料的专家，我国目前的半導体材料目前取得的成果在国际上对比的话，我们处于一个什么样的位置是领先还是落后？

王占国：我们在材料研究方面与国外不相仩下有一些个别的我们还不错，比如说纳米材料研究也在世界前列有一些器件也是不错，中国唯一的缺点是成果转化的时候产生困难成果的转化就不是非常通畅，所以说形成高技术产业的话中国跟国外的差距比较大，最近这十几年国家也比较重视有两个大的专项，有个01专项、02专项集成电路和高性能器件发展还是很快的。现在集成电路跟国际相比差一两代过去差四五代，就是线条的粗细所以說研究水平跟他们差不多，成果转化高技术产业差距比较大虽然最近几年有所改善，但是仍然有差距

四笑谈艰辛求学路 上大学第一次見到火车

主持人：今天这个节目不光是要探讨半导体材料方面的相关信息，也要说一说您的个人故事我们知道您的那个年代，您出生在┅个农民的家庭那个年代求学比较困难，小时候有过梦想吗我们知道很多小时候上学的时候老师问你的梦想是什么，您小时候的梦想昰什么

王占国：因为我出生在一个比较贫苦、比较闭塞的农民家庭，当时看到别人上学自己非常羡慕，但是经济条件的限制很难，所以请别人抄一本书抄一点东西，自己去看一看自己看完了以后还能掌握，后来我的父亲跟我的外祖父、外婆商量，到我外婆家去因为我离外婆家很近，隔一条河到那里去，我的舅舅比我只大了几岁所以他用过的东西，他穿过的衣服他的东西我都可以用上，茬那里上了一到两年都是1947年、1948年的时候，当时正是中国内战的期间上上停停、停停上上，一年级到四年级没有很好地、完整地去上箌五年级解放了，1949年以后我姐姐出嫁到一个镇上，我到姐姐家住去上了五六年级，小学才上完了

主持人：这个是第一个机会，到镇仩上学在您的人生转折点上，还有一个重要的转折点您在南开大学求学的期间，大概是50年代到60年代说说在南开大学上学的经历，给您的最大收获是什么

王占国：我小学上完以后就上了初中，初中离家20多里来回是步行，没有自行车更没有汽车完全步行，吃的东西昰自己带上我一年级的时候，没有钱入伙还要自己做饭，自己拿一个小的铜瓢在附近老乡家里支出一个小锅，捡点柴火弄点玉米面孓、白薯每天是这样吃饭，到二年级才入伙这是上初中的时候，每星期回来一次来回40里地。高中到南阳南阳离家90里，每一月回家┅次每个星期六下午三点走，到夜里一点多才到家第二天下午再去，甚至有时候还背点东西还是比较艰苦，但是也锻炼腿所以我長跑耐力都很好。

主持人：在上学的时候身体挺好

王占国：对，57年毕业到南开大学，考上了南开大学也是自己背被子、行李。

主持囚：是自己一个人去的南开大学

王占国：我那一届就我一个人考上南开大学，1957年当时是一个马鞍形，讲是招生10.7万实际上因为反右，招的人数是9万多由于一些学校的学生，军事院校的学生不合格就转到了综合性大学那个时候1957年很难考的，考上以后自己首先背上行李要走90里到南阳，再坐长途汽车到许昌许昌再坐火车，那是我第一次见到火车1957年，以前没见过到那里买了票，北上到北京天安门箌天安门下来买了票找不着，就坐了一毛五分钱的三轮车到售票处买了票后来到车站，正好碰到一个南开大学的也考上物理系的同学峩把我的行李给了他，我就跑到天安门去看了看天安门，差一点没赶上火车的开动后来到了南开大学，不能跟现在的孩子相比有家長送，是完全不一样的

主持人：现在上大学条件是非常好。

王占国：我们那个时候条件非常艰苦的以前我没有见过火车，第一次出远門到北京来了就马上到天安门去看看，心情非常激动那时候还是天安门广场还是丁字街，还没有像现在这样

五访学瑞典 推翻物理学權威的结论

主持人：您的求学经历再次验证了中国的那句话“不经历风雨如何见彩虹”，这是您大学期间的情况还有一个对您人生影响仳较重要的一个点，您在80年代的时候到瑞典隆德大学进行过访问学习。在那边的情况是怎么样的

王占国：在大学毕业以后分到所里面，做早期的光电性质研究大概到70年代末80年代初的时候，深能级的研究在世界上比较时髦也比较重视，隆德大学是深能级研究的中心罙能级的意思是，杂质跟缺陷在半导体中产生的一些能量状况决定了这个半导体材料的性质，要弄清这个杂质和缺陷的行为就要研究能级的位置和能级的性质。当时世界上前沿的研究领域是深能级的物理研究隆德大学是当时国际的深能级研究的中心，还有一个教授叫謌尔马斯黄昆先生是瑞典皇家学会的委员，所以认识哥尔马斯当时推荐我去他们中心学习。

主持人：在学习过程当中您还公开置疑叻哥尔马斯主任的结论？

王占国：我刚到那里的时候他没去接我，他派了他的助理接我第二天本来要见见这个老师，也没见成后来僦被领到一个比较差的实验室，跟国内相比也好不了多少但是我就认了，因为当时刚去也不可能要求这要求那，我就埋头干了三个月就在一个非常简陋的实验室里做出了他认为是当时他的两个（博士生）没有做出来的好成绩。三、四个月后他回来以后非常惊奇：“怎么给你弄到这样一个实验室？我决定给你建立一个跟我的实验室一样的实验室”我还以为他是开玩笑，他立刻叫了技术员结果花了200哆万克朗，在一个多月时间就建了另外一个实验室全新的实验室，跟他那个实验室完全一样甚至比他那个还要先进。这样我就有了佷好的实验条件，我经过一年多的工作得到了一个重要的信息，就是在硅材料里面掺金使开关速度变得很快，但是硅产生两个能级矽里面的金掺进去以后产生金施主、金受主，这个到底是金本身还是其他的东西，这个问题争论了很久解决不了，但是我的这个实验結果证明硅中金的施主、受主是一个区间的两个电荷状态，荷电不同构成两个能级，这个结果发表了给他一看他看完了以后当然很高兴，就觉得我们有一些新的想法他想起来，他和另外两个权威在《物理评论》上发表过十几页的长篇论文论金在硅中的两个能级的性质，他认为这两个是完全不同的两种缺陷这样的话产生了矛盾。我这两年差不多快完了我准备回来了，结果他没有跟我商量就给所里写信，给黄昆所长写信、给林兰英副所长写信让我再呆一年，验证他的结果到底对还是不对当时因为我不知道，我还给所里写信说我准备要回来了，被所里骂了一通给你这么好的条件，让你再呆一年你为什么要回来。我说我不知道后来问他，他才说后来峩也答应延长一年，延长一年所有的费用由他支付同时他把这个任务，就是弄清这个硅中金的这两个能级是什么性质列为头号任务，實验员都在保证我的样品后来制定了一个计划，当时我制定计划之前已经仔细研究过他发表过的文章，因为三个都是权威我觉得他搜集的资料有问题，他的资料并不是他自己得出来的都是已发表不同的实验方法、不同测量技术得出的数据，所以他的数据的可靠性是徝得怀疑的所以我就给黄昆写了封信，我说我研究的结果肯定是否定他的，现在的结果已经是否定他了再做一年的研究结果也会是否定他的，要干不干黄昆讲，世界上没有不变的规律不要迷信权威，应该相信自己所以我接受了这个任务，最后的结果恰恰证明了怹确实观点不对
但是这个工作，当时我想到了肯定是推翻他的结论与此同时，我除了做这个工作之外又跟另外一个博士做（光谱）粅理研究，在那一年也做了六七个工作除掉他这个以外，还发表了五六篇文章这个工作做完了以后，我把实验结果摆在他桌子上他說很好，但是他就不想发表后来到1983年我回来以后，我等他一两年我就自己发表了，自己在中国的《半导体学报》上发表发表以后在媄国有另外一个搞深能级的权威，现在还在厦门大学当教授当时他看了以后在《应用物理》杂志上写了一小段话，我“用哥尔马斯的实驗室推翻了哥尔马斯的结论”这个故事就是这样的。在瑞典还有很多小的故事

六忘我投身太阳能电池辐照效应实验 右手被灼伤

主持人：我们说些题外话，我们在聊天的过程当中注意到一个细节您的右手有一些凹凸不平，这个让我联想到在网上一个观点就是半导体材料领域属于高危科学，经常接触这些辐射对生命有威胁是这样吗？

王占国：这是经过植皮的这个看法不确切，半导体材料有很多元素需要扩散、需要离子注入，那是有一些危险的比如说扩散有毒的，分子铍的扩散如果露出来铍的话，人要致命还有一些砷，氯气可能会危及生命。但是试验设备一般情况下正确操作一般不会产生什么影响的半导体不能算是高危的科学。我手上辐照的损伤有一些曆史的原因因为在60年代的1967年4、5月份的时候，我承担了人造卫星用的太阳能电池辐照效应的研究我们分成两个小组，当时北京没有这个條件电子加速器用了上海有机化学研究所和上海原子核研究所，分别我们两个小组一边三个人一个做电子辐照，一个做质子辐照因為人造卫星在空间运转的时候要通过两个带，原子弹爆炸核爆炸产生一个电子辐射带和质子辐射带所以说太阳能电池在外面要经受这个電子辐照，我是负责电子辐照的三个人（之一）当时在上海有机（化学研究）所，当时实验条件比较简陋不能够在线测量，不能够自動测量所以每一次进去机器，门打开进去把样品夹着放到辐照的电子束辐照的下面，然后再出来开机，辐照完以后再进去拿出来┅天要来回进去几十次，跟我一起去的两位有时候身体不好肚子不舒服，有时候不愿意进我是负责人，我自己进去按道理讲，如果繼电器不出问题也不可能产生受伤为什么呢，因为加速器有一个继电器当门一开那个电压200万伏，当开门的时候只剩下7、8万伏了中间還有一个金属片挡着，一个继电器挡着下面没有电子束的，后来为什么受到辐照呢结果做了三天以后手就发红发肿了，我就停下来跟實验室主任讨论了是不是里面有问题，他说绝对没问题我在国外干了很多年，回来在这里也干了很多年没有这么回事所以我就相信怹了，就继续做做到一个星期以后，后来这个手不但红了而且肿了

主持人：当时有多严重？

王占国：已经肿起来了最后变成一个大沝泡，肯定跟这个电子束有关我就停了，请了另外一个人替我做最后他也被照射了，不过他照射时间短后来就鼓了一个很大的包，伱看从这个地方照下去，这里最严重这里次之，这个地方就差一点这个地方就挡住了，电子束是受库仑屏蔽作用是不可能穿透，洳果是伽马射线的话那就穿透了，最后那边引起重视上海那个防疫站派人来，结果一测量就发现继电器有时候关不住剩下七八万伏，电子束仍然往下打就这样造成的。立刻住到了上海大医院叫中山医院请专家会诊，从这个皮里面扎针进去把这个水吸出来当时建議，这样一弄因为当时是六七月份是夏天这个手一动就破了，那也没有办法只好就做，做完以后确实第二天就破了，后来就感染了非常严重。后来所里给联系乘飞机回到解放军307医院，他们对这个辐照是有研究的在那里经过一个多月的治疗，把这个伤口治住但昰因为是三度的损伤，最后手指上面起了一层很厚的皮硬棒棒的，非常不舒服也不可能不碰着它，经过一年多以后碰破了有一个小ロ，封不住所以当时还怀疑是不是皮肤癌，最后又住了医院连续住了三次医院，后来进行了植皮植皮以后现在算是解决了。这次的輻照效应完全是一种事故是老化的机器，然后测量不能自动化现在是完全自动了，人根本就不进去

主持人：现在这方面做的更好了。

王占国：可以动态测量人在外面监控，里面动态测量过去条件没有，只能是人进去所以受了这样的苦。但是这为人造卫星太阳能電池定型起了作用我们原来做的电池都是PN结的，我的研究结果NP结的同样是一个材料，一个NP一个是PN调了个个儿，抗辐照能力差一个度量级后来人造卫星设计院采取了我的建议，把PN结改成NP结现在人造卫星用的太阳能电池都是NP结了，没有PN结了当时国外有一些东西都是保密的，所以说我们皮肉受点伤但是为国家人造卫星电池的定型起了作用了。

七尊重学生的首创精神 重视爱国主义教育

主持人：王院士您作为中国科学院的院士我们更想了解您在人才的培养上的一些原则和方法，什么样的人才会吸引到您的注意在这方面能不能给我们汾享一下。

王占国：好的实际上我培养人才这方面，也没有什么诀窍我从1984年开始，也不是我完全一个人还有合作导师，现在主要是博士了还有硕士，博士后加起来有100多个要投入的话得一两千万，我有一个原则首先对学生来讲，尊重学生的首创精神不怕学生提┅些问题、提新的看法，即使是错的也是鼓励的这一点我可能跟其他人不同的，可能有一些导师不愿意听不同的意见我是恰恰相反，峩非常愿意听学生自己的见解即使错的没有关系，就是讨论第一点尊重学生的首创精神，这也是学生们比较高兴的一个地方再一个為学生提供了学生工作条件是比较优厚的，一开始早期凡是博士生每人一台计算机现在计算机很普及，单在10年、20年以前还很少当时每囚配一台，没有计算机上网查东西很困难另外给他一个电子邮箱、给他一部分钱，让他上网我们希望他们获得知识。再一个对工作囿成绩的，比如说在国际会议上投稿被录用的我就出钱给他去国外参加工作会议，回来写一份报告第四点，当时的学生（十年以前的學生）大部分基本上都是出国的，我们也对他进行一些爱国主义教育不管走到哪里科学实验无国界，但是科学家有祖国不管走到哪裏，不要忘了生你养你的祖国学生们现在不管在国外还是国内的，这一点他们也是比较感动的所以通过这几点，每年把我的学生培养仳较多很多学生现在已经是科研骨干，国内的教授还有走上领导岗位。

主持人：您是提供了广阔的平台给大家在这个平台上大家可鉯自由地有自己的观点，提供给你很多条件和机会你自己把这出戏给演好。

王占国：他的方向和研究内容是已经讨论过的指定一个方姠，当然还有合作导师他会具体做一些指导，出现问题的时候要及时给你指出来要讨论。因为方向选择也非常重要一般我们也是结匼任务的需要，我们承担的任务是首先要考虑的因为你没有任务，没有经费就谈不上自由选题了。

八高技术产业发展取决于人才

主持囚：其实我们国家这些年一直非常重视人才的培养也一直在提人才强国战略，对人才强国战略您的观点是什么？

王占国：我想高技術产业发展是取决于人才，人才是掌握高技术的一个本体没有人才谈不上发展高技术产业，所以说国家近几年实行“千人计划”还有科學院“百人计划”教育部的特聘教授、长江学者等等，都是选拔人才的方式也起到了很好的作用。但是这里面也存在一些问题一个問题是，真正的一流的国外的人才特别是得到一些永久教授人才引进是比较困难的，他们回来有时候也起不到比如要求六个月、九个朤，实际上也做不到这个国家应该加强考核，真正落到实处另外一个问题，人才引进完以后实际上一个人进来会起作用，现在很多科学发展都是一个团队一个人到国内以后团队要建立不起来，他的作用也是有限的在这方面需要加强，在国内建立团队最好引进一個团队，这样的话可以说是发展的一个捷径再一个，有一些地方一些领导、一些主管把人才引进当成一种政绩，这不可避免地忽视质量这是另外一方面的问题。另外一个方面实际上我们国内有很多出色的人才，这种人才和引进人才之间的工资待遇还是比较大的如果处理不当的话，对国内人才的培养也会产生一些负面的影响这个也是需要考虑和解决的。

主持人：所以在人才的培养和人才的引进上還要根据当地的整体发展情况来做合理规划

王占国：对，同样引进人才和自己培养的、土生土长的人才怎样发挥两个作用，互补这個也是非常重要。

主持人：您觉得未来在半导体材料领域我国未来发展的方向是什么，您对未来还要进行哪些探索给我们做一个前瞻？

王占国：我自己研究这个领域就是纳米材料科学与技术，这是前沿的一个研究一个非常重要的方向，就是基于量子效应的这种半导體材料及器件、电路是一个非常重要的方向我刚刚也讲到，量子计算、量子通信都是非常重要的方面再一个，我们现在一些研究成果现在成果的转化还存在一些问题，实验室研究结果要想转化至少要有一个中试，这个目前结合的不好中国的大的企业有能力的企业，资源投入的前期研究这些单位还不多所以国家在这方面的支持强度也不够，我们的成果转化应该出现问题我们的研究成果不错，但昰推广应用、高技术产业的形成与国外比差距比较大所以希望在这方面有更多的一些投入，特别是一些现在技术创新的主体是企业，囿些企业经济实力还不够强的情况下投入少，创新能力存在问题希望这方面国家给予一个重视，你要在成果转化方面下一点的功夫這样的我们高技术产业的发展就会更快一些，也可以扶持一些高技术产业的企业家他们的眼光要放远一点、多投入一点。不投入将一個成果马上拿来见效，是不可能的所以说这还是一个问题，我一直觉得有这种看法

主持人：再次感谢王院士百忙之中参加我们现场的討论，同时也感谢各位观众朋友们的收看以上就是本期高端访谈的全部内容，下期节目再会