创作声明:本文为虚构创作,请勿与现实关联
「王先生,这门又把人关里头了,您别修了,拆了得了。」
1978年10月,中科院把一副烂摊子交到59岁的王守武手上:半导体所全所猛攻了整整一年的4千位大规模集成电路,片子一批批流下来,能用的几乎没有,四十多道工序,谁也说不清是哪一道出的错。
可这位刚上任的总负责人进厂头一天没看一张电路图,他蹲在超净区门口,从兜里掏出了两小片白金。
01
1977年8月,人民大会堂。
三十位老中青科教工作者围桌而坐,请大家讲实话。轮到中国科学院的代表发言,站起来的是个瘦高个。
他叫王守武,那年58岁。
他先报了一组数。
「全国共有600多家半导体生产工厂。」
「这600多家一年生产的集成电路总量,只等于日本一家2000人的工厂月产量的十分之一。」
600多家对1家。一年对一个月。末了还得再打个十分之一的折。
王守武接着说:「这种分散而低效率的生产方式,应该尽快改变。」
他提了两条建议。
第一条,抓要害,解决提高大规模集成电路成品率的问题。
第二条,集中力量,把几百家工厂的人力物力集中使用到两三家重点厂上去,让重点厂的设备条件赶上国际水平。
二十年前,中国的半导体是从他手里无中生有做出来的。
02
1950年9月,王守武带着妻子葛修怀和不满周岁的女儿,从美国登船,经香港回国。
那年他31岁。普渡大学的博士学位刚拿到一年多,工程力学系的教职也已坐稳。
回国前,他没跟国内任何单位打过招呼。
后来有人问他,回来打算干什么。他答得实在。
「我原来是学工程力学的,又改学物理。我觉得回来搞建设,干什么都可以,什么都能干。」
「哪里需要就到哪里去。」
话说得漂亮,落地却磕碰。从上海跑到北京,同济、清华都问过,一时没有合适的位置。最后是姐夫陆学善牵的线,他进了中国科学院应用物理研究所。
陆学善也是搞物理的,后来同样当选学部委员。王家这门亲戚,日后被人算成「一门六院士」里的一条线。
1950年底,抗美援朝前线的志愿军运输队捎回一个难题:夜里行车不能开灯,一开灯,天上的飞机就找上门;可不开灯,路又看不见。
上头要一种特殊的车灯和路标。既要司机看得清,又不能叫飞机发现。
这是个明摆着自相矛盾的要求。
王守武想了个法子,让光线在锥体表面定向反射。路标反射回来的光,只沿一个固定方向射进司机眼里,偏出这个角度,什么也看不见。
图纸画完,他自己张罗加工,拉到北京郊区实地试。一试就成。
1951年5月西藏和平解放,当地反映燃料奇缺,做饭都成问题,可高原上太阳足得很。中国科学院接到一个请求:能不能用太阳来做饭。
任务又落到王守武头上。
按常理,太阳灶得配一面大面积的抛物形反射镜。可那年头,这么大一面曲面镜,国内加工不出来。
王守武换了个路子。整面镜子不做了,改用许多窄条圆锥形反射面拼起来,一片片调好倾斜角,让每一小块反射的阳光都汇到同一个中心点上。
材料就用镀锌铁皮,一片一片敲,一片一片拼。
成品运上高原,15分钟能烧开一壶水。
后来他提起这两件事,评语只有三个字。
「有用的。」
那时候他还不知道,自己这辈子要做的东西,跟车灯、太阳灶完全不是一路。
半导体这扇门,是被一台坏仪表撞开的。
所里有台仪表坏了,别人修不了,送到他这儿。他拆开一看,里头一个氧化亚铜整流器烧了。
这东西他没碰过。于是查文献,先弄明白工作原理,再弄明白实验室里怎么制备。
仪表修好了。他没收手,接着自己动手做出一个整流器来。
查文献,自己做。
这六个字后来成了他的口头禅,也成了半导体所几代人对他的第一印象。
从那台坏仪表开始,王守武领着应用物理所电学组一头扎进半导体。
没设备就自己造。烧氧化铜的电炉,他们自己绕;温度控不住,就设计电子管温控器。动力设备、材料制作设备、分析检测仪器,一件件从无到有。
1956年,电学组在工作计划里写下一句话。
「半导体放大器的进一步发展将全面地革新电子学设备的面貌,在国民经济上的意义极为重大。」
这一年,周总理主持制定《1956~1967年国家十二年科学技术发展远景规划》,半导体科学技术的发展被列为四项紧急措施之一。规划制定小组里,王守武任副组长。
他把手上其余的科研项目全停了。
应用物理所电学组扩建成半导体研究室,这是中国最早的半导体研究机构,王守武任研究室主任。
那年他37岁,眼前是一片空白。
1956年11月,中国第一支锗合金结晶体管在这个研究室里诞生。测下来,PN结特性完整,PNP结型三极管的标准放大特性也有了。
时任中国科学院院长郭沫若来看,连声称赞。《人民日报》在第一版登了消息。
可这支管子出来之前,卡了很久。
做晶体管要用极小的铟球,直径只有几十到几百微米。研究人员反复试,做出来的不是球,是一根根铟「面条」。
王守武每天都往实验室跑,亲自分析实验结果。看过那堆面条,他给了个办法。
几天后,小铟球成了。
03
一支管子叫样品,成批的管子才叫产品。
要成批做管子,先得有自己的锗单晶。
1957年,王守武亲手设计出中国第一台拉制半导体锗材料的单晶炉。年底,中国第一根锗单晶从这台炉子里拉了出来。掺杂技术跟着摸熟,锗单晶的导电类型、电阻率、少数载流子寿命,全能按器件生产的要求控住。
紧接着是硅。
硅比锗难。锗的熔点低,硅要1420摄氏度,对设备的要求高出一大截。
可全所就这么一台单晶炉。
1957年,林兰英从美国回国。王守武亲自跑到她住的宾馆去动员,请她来半导体工作组,任材料研究组组长。硅单晶的拉制方案,就由她具体实施。
方案定下,人也齐了。开炉。
出事了。
硅一熔化,气体从石英坩埚底下往外冒,一冒就把熔硅一块儿带出来,溅得满处都是。
行话叫「跳硅」。
跳一次,废一炉。有时候连籽晶都化了。
一次不成,两次不成,几次下来,所有人都盯着参数。转速、拉速、真空度、保温时间,翻来覆去地调。
调完还跳。
那天王守武没吭声。他就杵在炉子跟前,一动不动地盯。
盯了很久,他开口。
「不是参数的事。」
「是熔硅那个位置,温度太高了。」
温度一高,熔硅跟石英坩埚起剧烈化学反应,生出大量气态反应物。炉膛里是真空的,这些气一往外溢,就把熔硅顶了出来。
病根不在工艺表上,在加热器的设计上。
他随即提出具体的改进意见。加热器改完,重新开炉。
那天他还是站在炉前盯着。
硅慢慢化开了。
化完,安安静静地在旋转的石英坩埚里待着。
不跳了。
1958年7月,中国第一根硅单晶问世。
也是这一年,为了给中国第二代电子计算机备料,王守武和有关同志组织创办了中国科学院109工厂,专做锗高频晶体管的批量生产。到1959年底,这家工厂为109乙型计算机交出了12个品种、14.5万多只锗晶体管。
多年以后,他的学生余金中评价这位老师。
「大王先生不仅在半导体理论上有扎实的基础,而且还成了无出其右的实验物理学家。」
所里的人形容得更直白:别人查数据,他看现场。
04
1960年9月6日,中国科学院半导体研究所正式成立,王守武任业务副所长。
半导体所成立那年,世界第一台激光器诞生。两年后,美国和苏联相继做出半导体激光器。
消息传到国内,王守武判断这是个大方向,立刻组织所里开搞。
难题很刁:砷化镓薄片两端得有两个绝对平行的腔端面。他自己搭了一台精密测角仪,专门检测薄片表面和腔端面的夹角,又发展出一种光学定向的新方法,保住两者的垂直。
1964年元旦前夕,中国第一只半导体激光器问世。
往后是激光通信机,无连线保密通话3公里以上。再往后是激光测距仪,他设计了一个从噪声里提取信号的电路,装上去,测距能力提高一倍还多。
也是1964年,半导体所做出了中国最早的集成电路。
那时候,中国和世界之间的距离并不算远。
1966年起,运动波及科研,所里的科研工作几乎全停了,王守武离开了领导和科研岗位。1969年恢复科研工作后,他在实验室里修仪器。激光器研究室缺分析激光特性的手段,他主动提出设计一台激光发散角分布测试仪,做成了。
然而,1969年,国际上的大规模集成电路开始批量生产。
1977年,每片16千位的大规模集成电路已投入工业生产,每片64千位的超大规模集成电路做出了样品。
中国这边,只有少数单位仿照国外产品做出每片近千位的大规模集成电路样品。
成品率极低。不能投产。
还有更扎心的:国外各种新结构的新电路不断冒头,我们独创性的新电路、新结构研究,尚属空白。
差在哪儿?
东西做得出来,就是做不稳。
样品、礼品、展品。
1977年10月,全国自然科学学科规划会议在北京召开,会上给半导体研究所的与会代表一句话。
「你们一定要把大规模集成电路搞上去,一年行吗?」
中科院把目标钉死了:一年之内拿下每片4千位的三个大规模集成电路典型品种,外加独立设计的新型电路,出样品,进批量生产。
任务落到半导体所。超净线上的人夜以继日地干。
一年过去。
成品率还趴在地上。
05
1978年10月,王守武被请进中国科学院主要领导同志的办公室。
「这个任务,请你全面负责。」
他没推。只提了一条。
「不能只出样品。」
「要有一定的成品率。」
在座的人都听懂了这句话的分量。
搞一种新产品,只出样品、礼品、展品,没有一定的成品率,解决不了国家的急需。只有在国产设备的基础上把成品率提上去,推广生产才有现实意义。
这就是他一辈子认的那两个字:有用。
第二天,他进了所。
按常理,新上任的总负责人该先开会,听汇报,看电路图,把三种版图的设计从头捋一遍。
王守武没开会。
他绕着超净线走了一圈。
从超净区外头走到里头,又从里头走到外头。步子迈得慢,边走边打量设备、管道、地面和人。
一圈走完,他在超净区入口停住了。
那儿有间小屋子,风淋浴室。
按规定,工作人员进超净区之前,必须在这间屋子里过40秒钟的风淋,把身上的浮尘吹掉。
王守武立在门口。
他先端详的不是屋里的风口。
是那扇门。
06
这扇门有毛病,全所都知道。
自动控制。人进去,门关上,风一吹,40秒到了,另一头的门自动开。
问题是它老坏。
坏起来毫无预兆。人进去,门一关,风不吹了,另一头也不开,活活把人闷在里头。就那么点地方,转身都费劲,得拍门喊人来放。
一回两回是笑话,回回如此就是事故。
电工班修过。修好几天,又坏。再修,还坏。修理人员最后摊了手。
「这门就这德性,没治。」
后来有人想了个省事的招:把自动控制拆了,改手动。
推门,进;推门,出。
方便是方便了,也就再没人在里头站够40秒。
有的推门就走。有的进去转个身,两三秒钻出来。有的干脆两扇门一块儿顶开,风都懒得吹。
谁也没觉得这是个事儿。
「不就是吹吹灰嘛。」
王守武在门口看了半天。他伸手推了推门板,又蹲下去,摸门框底下的地缝。
跟着的人有点摸不着头脑。
「王先生,这门坏挺久了,改成手动方便,大伙儿都习惯了。」
王守武问了一句。
「一天进出几趟?」
「多的五六趟吧。」
「五六趟,一趟少吹40秒。」
他起身,拍了拍手上的灰。
「修好。」
那人愣住。
「王先生,电工班修过好几回了,真修不了。要不……拆了得了,反正手动的也能用。」
王守武没接这句。
他问:「工具箱在哪儿。」
07
这扇门为什么要紧,超净线上的人当时并不懂。
王守武后来给他们算过一笔账。
要在一块4×4平方毫米、还不到指甲盖大的单元硅片上,经过四十多道工序,做出由1.1万多个晶体管、电阻、电容构成的电子电路。
这四十多道工序,每一道都有它自己的完好率。
假设每道单项工艺的完好率能做到95%。
95%连乘四十遍。
剩下13%。
就是说,每道工序都干得相当漂亮,一百片流下来,最好也就剩十三片。
而这一年,实际的成品率比13%低得多。
灰尘不认识什么叫差不多。
一粒肉眼看不见的微尘落到硅片上,光刻的时候就是一座山。那一片,废。
超净区的入口是一道闸。
闸松了,后头四十多道工序干得再漂亮,也是白干。
王守武把门拆了。
先测继电器,一路查下去,故障点定在了一个接触点上。
接触材料不过关。
这种材料熔点不够高,通断的时候打火,一打火发热,一发热氧化。氧化层一厚,接触电阻上去了,信号时通时断。
门就在这时候把人关在里面。
电工班换过件。换的还是同样的材料,装上去照样完蛋。
王守武想到了白金。
白金熔点高,高温下不易氧化。
他找来两小片白金,自己动手,一片一片焊到接触点上。
焊完,装回去。
通电。
门开。门关。风起。
40秒。
另一头的门自动打开。
这扇门从此再没出过故障。
半导体所后来传开一句半开玩笑的话:全国最贵的一扇自动门,人家用铜片,我们用白金。
玩笑背后的道理不好笑。
那一年,中国能不能做出大规模集成电路,就卡在有没有一个人肯低头去看那个没人看的接触点。
08
门修好了。
人不高兴了。
自动门一恢复,那40秒就躲不掉。进去,门锁死,风哗哗地灌,一秒不能少。
40秒本身不长。可一天进出五六趟,就是三四分钟。人一多,还得在外头排队。手上的活儿撂在里面,心里发急。
抱怨很快起来了。
「样品还没影儿呢,天天在门口吹风。」
有人当着王守武的面把话挑明。
「王先生,我们是搞科研的,不是搞卫生的。」
王守武没接话,也没发火。
第二天一早,超净线门口贴出一张纸。
围过去一看,说话的那位往后退了半步。
热门跟贴