中國半導體奠基人王守武：國家需要什么，我就干什么

那個春天，距離2018年美國政府對中興通訊實施制裁還有28年，距離今年10月蘋果開啟3納米制程處理器時代還有33年。

那是1990年，北京中關村，一位71歲的老人表情凝重，在給政協第七屆全國委員會第三次會議所做的提案中一筆一畫寫下了自己的憂慮。

“要想發展我國的微電子工業，光靠引進是不行的。”

“想從西方國家引進先進的微電子技術和裝備純屬幻想。”

“我們必須以自力更生為主來加速發展我國的微電子工業。”

這位極具前瞻性的老人就是我國半導體微電子和光電子科技事業的奠基人之一、中國科學院院士王守武。

他不僅有深謀遠慮的頭腦，更有靈巧異常的雙手。他為我國設計了第一臺單晶爐，拉制出了第一根鍺單晶、第一根硅單晶，研制成功第一只砷化鎵半導體激光器……

在他的背后，則是蘇州東山莫釐王氏家族“詩書傳家久”的熏陶與積淀。包括王守武及其弟弟王守覺這對“兄弟院士”在內，這個家族留下了“一門六院士”的美談。

“什么難，就去學什么”

1950年9月，已在美國普渡大學任教的王守武和夫人葛修懷決意放棄優厚的待遇，回到百廢待興的新中國。至于回國后做什么，王守武并沒有設定目標。他只有一個樸素的想法，國家需要什么就干什么。

雖然有美國名牌大學的博士學位加持，但31歲的王守武最初找工作并不順利。從上海到北京，從同濟大學到清華大學，他都沒有找到合適的位置。最終，經姐夫陸學善介紹，王守武受聘于中國科學院應用物理研究所（1958年更名為物理研究所），開始固體物理方面的研究。

不過，很快，這位寡言少語卻心靈手巧的年輕人就因兩項緊急任務初露鋒芒。

1950年底，王守武奉命為在抗美援朝前線的志愿軍運輸隊設計車燈和路標。當時前線的運輸車晚上不能開燈，普通汽車明亮的燈光很容易被敵機發現。這項任務要求設計出一種特殊的車燈和路標，既讓司機在夜里行車時能看清道路，又不致被敵機發現。

王守武很快提出了滿足“既要又要”的設計方案，成功解決了問題。

1951年，西藏和平解放后，解決當地生活燃料問題成為當務之急。王守武受命設計西藏地區生活用太陽灶。考慮到加工制造一個大面積拋物面反射鏡的困難，王守武改用多個窄條反射面組成的反射系統，用調整每個小反射面傾斜角度的方法，使照射到每個小反射面上的陽光反射匯聚到太陽灶的中心。用這一巧思設計出來的新型高原太陽灶能在15分鐘內把一壺水燒開。

中國科學院半導體研究所研究員余金中是王守武1965年招收的研究生，也是我國第一位半導體激光器專業方向的研究生。在他的心目中，王守武是“干實事的”，是“別人說一百句，他只回三句話”的人。

余金中對導師的另一個深刻感受是“有學問，而且什么難，就去學什么”。

這一點，從他不斷轉換專業方向上可見一斑。

1936年，王守武進入同濟大學工學院，學的是電工機械專業。1945年，他赴美國普渡大學攻讀工程力學。獲得碩士學位后，導師斯特姆鼓勵他繼續深造，并幫助他申請到普渡研究基金的資助，但該項目要求一定要用量子力學解決問題。

從工程力學轉到量子力學，有一些物理課必須補上。為了節省時間，王守武先自學，再找機會到物理系去插班旁聽，最后申請考試。他先后順利通過了量子力學、電動力學、統計力學等幾門課程的考試，很快進入攻讀博士學位的階段。

王守武僅用幾個月的時間就完成了別人需要幾年才能完成的課業！

從機械轉力學，又從量子力學轉固體物理，乃至半導體，在參與了“老科學家學術成長資料采集工程”王守武院士課題的首都師范大學教授李艷平看來，王守武聰明、好學、喜歡鉆研，需要學什么他就能學得特別好。這與他從小被熏陶出的科技報國志向相關，但也離不開家族傳承的天賦。

“一門六院士”

被譽為“中國居里夫人”的中國科學院院士何澤慧是王守武的表姐。

中國原子能科學事業的創始人、中國科學院院士錢三強是何澤慧的丈夫、王守武的表姐夫。

著名金屬物理學家、中國科學院院士葛庭燧也是王守武的表姐夫。

何澤慧、錢三強、葛庭燧，以及王守武和弟弟王守覺、姐夫陸學善這6位中國科學院院士，都與中國近代罕見的科技世家——蘇州東山莫釐王氏家族有千絲萬縷的關系，人稱“一門六院士”。

“海內文章第一，山中宰相無雙。”這是明朝文學家唐寅對同時代名臣王鏊的評價。明代思想家王守仁則稱贊王鏊為“完人”。而王鏊是王守武的先祖。

明清時期，蘇州是中國的人文淵藪，蘇州東山莫釐王氏家族就是其中之一。

王守武的祖父王頌蔚是晚清著名歷史學家、文學家，是王鏊的第13代孫。王守武的祖母王謝長達在丈夫去世后，攜子女返回蘇州，由此開啟了她婦女解放先驅、教育家、社會活動家的歷程。

她先是在蘇州成立放足會，帶頭并積極推動婦女放足，聲重一時，隨即又投身女子教育。1905年，王謝長達與地方士人自籌資金，創立振華女校。費孝通、楊絳、何澤慧等都曾是這里的學生，該校后來成為江蘇省最負聲望的女子學校。

王頌蔚和王謝長達是王家后代在科技上取得重大成就的啟蒙者。他們對子女言傳身教，使他們樹立遠大志向，接受中西方文化的滋養，走到世界科學技術前沿。

王守武的父親王季同是王頌蔚的二子，他對子女也影響頗深，6個子女個個是人中翹楚。

長女王淑貞是我國婦產科學奠基人之一，與林巧稚齊名，有“南王北林”之譽。長子王守競和周培源、吳大猷是中國最早的3位理論物理博士，被吳大猷稱贊“絕頂聰明”。抗戰開始后，他曾參與創辦飛機發動機廠。次女王明貞是中國最早的女物理學家之一，也是清華大學第一位女教授。次子王守融是我國精密機械與儀表儀器學科開拓者之一。最小的孩子王守覺和王守武一母同胞，是著名半導體電子學家，與王守武曾是同事。為了和王守武區分，同事和學生親切地稱王守武為“大王先生”，稱王守覺為“小王先生”。

王季同的哥哥王季烈的四子王守泰曾對王家子女成才做過這樣的分析：“王守競搞物理、搞機械有兩個原因，一個是愛國，一個是家庭影響。最根本的是受我祖母王謝長達的影響。”“受家庭的影響，我們大都搞科技。”

李艷平不僅參與撰寫了王守武的傳記，還采訪過王守覺。她的切身感受是，兩兄弟都非常自信。“對王家的孩子來說，跳級、考上著名大學，甚至出國留學，都是普普通通的事情。而父輩和哥哥、姐姐們的經歷與成就，也為王守武他們勇于躋身學術前沿、做出獨辟蹊徑的成就增添了信心和勇氣。”

“無出其右的實驗物理學家”

經常有人問王守武：“你后悔從美國回國嗎？”他的回答總是“不后悔”。

王守武的女婿、在美國從事信息技術工作的黃汶告訴《中國科學報》：“我父親一向認為，是祖國給了他發揮聰明才智、建功立業的舞臺。他在美國也會成為優秀的科學家，但回國后才有機會成為祖國的一位學科奠基人。”

1947年底，貝爾實驗室發明了晶體管，這意味著半導體登上了國際舞臺，信息技術革命由此開啟。1956年，我國制定《1956—1967年科學技術發展遠景規劃》，半導體科學發展被列為四大緊急措施之一。在專門成立的半導體科學技術發展規劃制定小組中，王守武擔任副組長。

1956年，應用物理研究所在電學組基礎上成立了半導體研究室，這是我國最早的半導體研究機構，王守武任主任。是年，王守武37歲，等待他的是一片全新的領域。

1959年5月，物理研究所依照中國科學院的指示，開啟把半導體研究室擴建為研究所的準備工作。1960年9月，中國科學院半導體研究所（以下簡稱半導體所）在北京正式成立，王守武任業務副所長。從此，在半導體所的院子里，人們總能看到他騎著自行車來來往往的身影。

而在應用物理研究所半導體研究室成立到半導體所成立這短短幾年里，在王守武的組織領導下，半導體研究室取得了一系列開創性成果，成就了多個“第一”——研制成功我國第一根鍺單晶、研制成功我國第一根硅單晶并實現我國硅單晶的實用化、研制成功我國第一只鍺合金擴散高頻晶體管、參與研制成功我國第一臺大型晶體管計算機……

其間，王守武親自參與了這些研究工作，并破解了很多技術難題，如“跳硅”問題。

硅材料是制備晶體管和集成電路芯片最重要的材料。1957年，王守武親手設計了我國第一臺拉制半導體鍺材料的單晶爐，并于11月領導拉制成功我國首根鍺單晶。后來成為中國科學院院士的林蘭英，在當時提出研制硅單晶，并決定用拉鍺單晶的爐子拉制硅單晶。硅的熔點為1420攝氏度，對設備的要求相對較高，但只有這么一臺單晶爐可以用。因為沒有經驗和急于求成，出現過幾次“跳硅”和籽晶熔化現象。

硅經過加熱熔化后，經常發生氣體從石英坩堝底部冒出，從而把熔硅也一起帶出的現象，被稱為“跳硅”。了解到這一情況后，王守武細心觀察，發現熔硅所處位置的溫度過高，與石英坩堝化學反應劇烈，從而產生大量氣態反應物，在爐內的真空狀態下溢出，引起熔硅噴濺。他隨即提出具體改進意見，建議改進加熱器設計。

加熱器改進后，再進行實驗時，王守武一動不動站在爐前，看到硅慢慢地熔化了。這一次，熔硅安安靜靜地在旋轉的石英坩堝中不再“跳”了。

“王院士動手能力特別強。”多位采訪對象都這么告訴《中國科學報》。余金中說，半導體所很多設備是王守武親自畫圖加工的。“他事必躬親，像這樣從設備到戰略都能‘一把抓’的院士是很少有的。”

王守武的動手能力強和他父親不無關系。王守武曾給女兒王義格講過一個自己小時候的故事。家里剛裝上電燈時，王守武和二哥都很感興趣。一次，他們發現燈泡中的絲燒斷后，把絲搭上，開燈后會很亮，但旋即就燒斷了。把兩根燈絲連在一起會怎樣呢？兩人說干就干，立馬把一個壞燈泡的玻璃敲掉，將兩根燈絲捏在一起。但開燈后不僅這個燈泡沒亮，其他燈也不亮了。就在這時，王守武的父親回來了，聽了二人講述后，不但沒有責怪他們，反而告訴他們這是因為保險絲燒斷了。“這是我們頭一次知道有保險絲。”王守武回憶說。

1934年，當王季同帶全家從上海搬回蘇州老家時，他把在家中安裝電路系統的工作交給了15歲的王守武和9歲的王守覺。在這位電氣工程學家的指導下，從設計、布線到裝燈都是兩個小“電工”完成的。

勤于動手實踐，這一習慣貫穿了王守武一生，成為他生活和科研中的顯著特點之一，也在半導體技術和應用的研究工作中發揮出明顯優勢。

上世紀80年代，在計算機還很貴的時候，王守武就自己買零件攢了一臺計算機，而且玩得很“溜”。當時，很多年輕人還要向60多歲的他請教計算機使用技巧。

正因如此，“‘大王先生’不僅在半導體理論上有扎實的基礎，而且還成了無出其右的實驗物理學家”。余金中說。

“選擇的學術方向都是對的”

余金中特別佩服王守武的是，“在學術上，‘大王先生’選擇的學術方向都是對的”。一個典型的例子是，在半導體熱電效應和電子學方向之間，他選擇了電子學方向。

1956年底，中國科學院派出赴蘇考察團。參加半導體方面考察的有王守武等人。當時，蘇聯比較重視熱電效應，認為其是半導體研究的主要方向。而王守武等人則認為，半導體電子學才是當時最有應用前景的領域，是我國最應該著力發展的方向。“鑒于當時的國際環境，作出這種和蘇聯科學家不同的判斷，是要頂著一定壓力的。”余金中說。

后來的發展表明，半導體電子學迅速發展，成為信息技術革命的基礎。20世紀60年代后，隨著半導體激光器和光導纖維技術的出現，半導體光信息技術得到廣泛應用。而半導體熱電技術雖一直有所進展，影響卻遠不及前兩個方向。

1960年，世界第一臺激光器誕生。1962年，美國和蘇聯相繼研制成功半導體激光器。王守武得知這一消息后，看準這是一個重大的研究方向，很快組織半導體所開展這一課題的探索。自1963年起，他先后領導并參與了中國第一只半導體激光器的研制、實現半導體激光器件的連續激射、半導體負阻激光器及激光應用的研究工作。  

后來，半導體激光器逐漸成為最實用、最重要的一類激光器。與其他激光器相比，半導體激光器具有體積小、效率高、壽命長等優點，可廣泛應用于激光通信、光存儲及雷達等方面。而王守武領導開展的半導體激光器的早期研究工作，為我國在這個技術領域的進步奠定了基礎。

“當時，發達國家的技術資料傳到國內的時候，往往都是半年以后了。但在技術前沿方面，‘大王先生’卻跟得很緊，一直敢為人先。”余金中說。

直到20世紀60年代中期，半導體所在半導體材料、電子和光電子器件方面，仍處于國內領先地位。

1977年8月，分管科教工作的鄧小平邀請30位老中青科教工作者在人民大會堂舉行座談會。王守武作為中國科學院的代表參加了會議，并發言匯報了我國半導體工業發展的情況。“全國共有600多家半導體生產工廠，其一年生產的集成電路總量，只等于日本一家2000人的工廠月產量的十分之一。這種分散而低效率的生產方式應該盡快改變。”

為此，他提出兩點建議：“一是抓要害，解決提高大規模集成電路成品率的問題。二是集中力量，把幾百家工廠的人力物力集中使用到兩三家重點廠去，使重點廠的設備條件能夠趕上國際水平。”

他不僅這樣想，還身體力行這樣做。

半導體所建所時，所內除設5個研究室外，還有一個附屬工廠——109廠（中國科學院微電子研究所前身）。1980年，剛過完春節，王守武被派到109廠兼任廠長職務，開展4千字節（KB）大規模集成電路的推廣工作，從事提高成品率、低成本的集成電路大生產實驗。

此前，1958年，美國仙童半導體公司宣布制成單塊集成電路。“文革”結束后，在王守武領導下，我國已完成了4KB和16KB動態隨機存儲器等大規模集成電路的研制。

集成電路的結構非常復雜，元器件越小，工藝技術控制的精度越高，構成器件的線寬越小，因此集成電路的制造面臨一系列問題。尤其是大規模集成電路的制造需要數十道工序，每道工序都有它的合格率，這使得大規模集成電路的成品率隨集成度的增加呈指數級下降。

王守武從國際集成電路產業的發展趨勢及我國集成電路產業的現狀分析認為，我國集成電路產業，只有把手工作坊的生產方式轉變為現代工業化的生產方式才有出路。

王守武一到109廠，就修改了廠房擴建工程的設計方案，決意高標準建設大通間、高凈化級別、適合大規模集成電路生產的現代化廠房。

在進行原有生產線的技術改造時，他不只是聽負責人的匯報，還和項目負責人一起親臨現場，實地考察，以選擇最佳、最節省的方案。

原來每層樓道上方和樓下地道里都有一些送風、回風用的管道，在環境凈化改造中，如果要把它們加以改造和利用，就必須弄清它們的走向和結構。當時，底下的回風溝只有五六十厘米見方，是磚砌的，在里面無法轉身，只能向前爬進去，再退著爬出來。回風溝里積滿了黑灰，還有電纜、破磚頭。

年過花甲的王守武每次都是帶頭爬進去，等退出來時就成了看不清面目的“黑人”。

在王守武的帶領下，他們用近兩年時間按預定目標完成了老線一臺臺設備的技術改造、一項項工藝的技術實驗，形成了一整套規范化的工藝文件和操作規程，并對每個單項工藝和每位操作人員進行了嚴格考核，未通過的再試驗、再考核，直到通過為止。

在這個基礎上，以一個中等規模偏上的電視機用集成電路品種進行前工藝流片試生產，一次就取得了芯片成品率達50%以上的可喜成果。

“回中關村啊”

2014年7月30日，王守武在美國逝世，享年95歲。同年12月，王守武的兒子王義向遵照王守武的遺愿，作為家人代表，與中國科學院大學基金會簽約，捐贈150萬元人民幣和60萬美元，設立王守武獎勵基金，專門獎勵中國科學院微電子研究所和半導體所優秀的研究生。

2020年，王守武家人繼續捐贈，設立王守武科教發展基金，總金額600萬元，主要用于支持中國科學院大學集成電路學院科教融合事業發展。

這些基金中，有王守武夫婦的畢生積蓄300萬元，還有其子女家庭所得的投入。王守武的女婿告訴《中國科學報》，父親王守武生前幾乎把畢生的精力都投入到了祖國的半導體事業中，晚年仍時刻關注國內外的進展，特別是人才教育和培養。“這是我們最后唯一可以為國家作貢獻的機會，也衷心希望父親開創的事業能夠興旺發達。”

和王守武夫婦一樣，在他的女兒、女婿等人看來，與精神的富足相比，物質并非那么重要。“坐公交、坐飛機經濟艙，沒什么不可以的。” 

王守武一生與人為善，淡泊名利。在余金中的印象中，操著一口帶點蘇州口音普通話的“大王先生”，總是笑瞇瞇地和氣待人。在面對科研成果的歸屬時，也總是不爭不搶，更不會為了建立學術人脈而為自己的學生謀求什么。

“包括我在內，‘大王先生’只招收了8位研究生。他的原則就是‘少而精’‘寧缺毋濫’。”余金中說。這些學生后來都在半導體領域從事研究工作，也都事業有成。

王守武有一個幸福、溫馨的家庭。夫人葛修懷與他是普渡大學的同學。在60多年的婚姻生活中，他們始終志趣相投，在工作上認真努力，對物質非常淡泊。 

余金中回憶，1992年，他在硅谷工作過一段時間。當時，王守武的女兒、兒子都在美國留學、工作，因此王守武夫婦也恰好在美國停留。

當時，他們住的地方離余金中工作的地方還有一段距離。但和余金中打電話時，這兩位70多歲的老人家主動表示要前來看他。來的時候，導師和師母還特意帶了一個多層保溫飯盒，里面不僅有米飯，還有肉有菜，是一頓豐盛的午餐。“這輩子我吃過各種美食，也吃過高規格的宴席，但這餐飯讓我始終難忘。”余金中說。 

葛修懷退休后，她每次探親留住兒女家的時間都要更長一些，王守武則心掛國內，還希望發揮余熱，經常一人返回北京。只要回到北京，他就每天到所里上班，一天去半導體所，一天去微電子所。

隨著他年事漸高，王守武的兒女們不放心他獨自一人留在北京，勸說他去美國和他們一起生活。王守武答應了。2007年，王守武88歲時，最后一次從中國飛往美國。“當時，海關人員對我爸說，您是我見過的年齡最大的乘客。”他的女婿回憶。

最后的時光里，王守武身體不太好，經常出入醫院。有一次，女婿接他出院，對他說：“我們回家吧。”王守武喃喃自語：“回哪兒？回中關村啊。”