沉痛悼念陳星弼院士

沉痛悼念陳星弼院士

國際著名半導體器件物理學家、微電子學家,中國科學院院士,IEEE Life Fellow,九三學社社員,電子科技大學教授陳星弼先生,因病醫治無效,於2019年12月4日17時10分在成都逝世,享年89歲。

陳星弼先生1931年1月28日出生於上海,祖籍浙江省金華市浦江縣。1952年畢業於同濟大學電機系。畢業後在廈門大學電機系、南京工學院(現東南大學)無線電系擔任助教。1956年到成都電訊工程學院(現電子科技大學)任教。1983年任成都電訊工程學院微電子科學與工程系系主任、微電子研究所所長。曾先後在美國俄亥俄大學、加州大學伯克利分校、加拿大多倫多大學作訪問學者。

陳星弼先生是我國第一批學習及從事半導體科技的人員之一,是電子工業部"半導體器件與微電子學"專業第一個博士生導師。他是國際著名的半導體器件物理學家、微電子學家,是國際半導體界著名的超結結構(Super Junction)的發明人,也是國際上功率器件的結終端理論的集大成者。

陳星弼先生於上世紀五十年代末,在國際上最早對漂移晶體管的存貯時間問題作了系統的理論分析。七十年代,他在我國率先製造硅靶攝像管。八十年代以來,從事功率半導體器件的理論與結構創新方面的研究。在中國首次研製了VDMOST、IGBT、LDMOST、MCT、EST等器件,並第一個提出了各種終端技術的物理解釋及解析理論。上世紀八十年代末他提出了兩種新的耐壓層結構,並作了唯一的三維電場分析。其中超結結構打破了傳統功率器件的硅極限,被國際學術界稱為"功率器件的新里程碑"。

2000年以後,陳星弼先生的其它重要發明還包括高K電介質耐壓結構、高速IGBT、兩種多數載流子導電的器件等。他發表超過200篇學術論文和獲得授權中美等國發明專利40餘項,其中著名的超結髮明專利US 5216275被國際專利他引超過550次,並授權給國際主流半導體公司。他主持完成國家自然科學基金重點項目、軍事研究項目、國家"八五"科技攻關項目多項。獲國家技術發明獎及國家科技進步獎2項,省部級獎勵13項。曾任電子工業部第十三所專用集成電路國家級重點實驗室學術委員會主任委員、四川省科學技術顧問團顧問等。

因對我國功率半導體領域的突出貢獻,陳星弼先生於1999年當選為中國科學院院士。因對高壓功率MOSFET理論與設計的卓越貢獻,他於2015年5月獲得IEEE ISPSD大會頒發的最高榮譽"國際功率半導體先驅獎",成為亞太地區首位獲此殊榮的科學家。2018年5月,因發明的超結器件成為國內首位入選IEEE ISPSD首屆全球32位名人堂的科學家。

陳星弼先生一生熱愛祖國,忠於黨的教育事業,追求真理,嚴謹治學,立德樹人,務實求真,謙虛善良,風趣幽默,展現了老一輩科學家的高尚品德和家國情懷。他熱愛電子科大,為學校貢獻了一生的智慧和全部熱情。他熱愛科學研究,熱愛學生,熱愛古典音樂,熱愛分享他的教育理念以及古典音樂的美妙。陳星弼先生的逝世是我國科技界、教育界、九三學社和電子科技大學的重大損失。我們沉痛悼念並深切緬懷陳星弼先生!

陳星弼先生千古!

中國功率半導體器件領路人

漂泊少年求真理

1937年,"七七事變"之後,全面抗戰爆發,那年陳星弼6歲,卻不得已告別熟悉的家,跟隨父母踏上了逃難漂泊的生活。他們先逃到浙江餘姚,陳星弼在餘姚縣橫河小學讀三年級,可是才讀沒多久,上海陷落了,陳星弼又跟隨父母逃往浦江。一路不停的逃亡,偶然的安頓,轉學四次才終於結束了小學生活。

回到上海以後,陳星弼就讀於著名的敬業中學,近十年顛沛流離的生活和貧困艱苦的環境讓他在學業上和同班同學差了一大截,倔強的陳星弼勤奮努力,迎頭趕上。有一次,居小石老師還在全班同學面前表揚陳星弼"特立獨行"的解題風格,不管是否會做,都有自己特別的方法。居老師還鼓勵陳星弼"要一輩子做傻瓜(老實人),不要投機取巧"。這位老師對陳星弼的影響極大,習慣獨立解題的陳星弼在之後的科研中也更能發現問題,啃下硬骨頭。"做傻瓜"的人生信條也讓他一絲不苟、踏踏實實、不計浮名。

沉痛悼念陳星弼院士

陳星弼(前排中)與部分高中同學合影(1945年)

學生時代的陳星弼對好老師總是"莫名其妙地非常崇拜",即便上了大學也是如此。對於好老師的課,他總是不計辛苦地去聽課。除了本學院的課,他還去聽機械系、土木系、測量系的課。好老師的課總是堂堂爆滿,陳星弼有時只能站在教室外趴在窗子上聽課,但是他依然樂此不疲,覺得這是"一種享受"。陳星弼也很認真地聽本系的黃席椿教授的課,他教授的"電工數學"、"電波與天線"等課程給陳星弼打下了紮實的電工基礎,他嚴謹認真、循循善誘的講課風格也在之後深深地影響著陳星弼的教學生涯。

熱血初緣半導體

1952年,陳星弼從同濟大學電機系畢業,之後他被分配到廈門大學電機系當助教。第二年,國家開始院系調整,陳星弼轉到南京工學院無線電系。在那裡,他輔導了四年電工基礎課。1956年,他被指定到新成立的成都電訊工程學院工作,同時也給了他進修新學科的機會。做了四年電工基礎的陳星弼敏銳地捕捉到半導體這一新方向,他選擇到中國科學院應用物理研究所進修半導體。他在該所兩年半的時間內,一邊工作,一邊自學了從物理系四大力學到半導體有關的專業課,他暗下決心要跨越轉專業難關,投身祖國新興的半導體事業。

1958年,在中國科學院進修的陳星弼被漂移晶體管吸引住了,當時他被指派去為計算機做半導體器件的測試。他以一個科研工作者的天賦,敏感地意識到這一領域具有極大的研究價值和發展潛能。不久,他寫了第一篇論文《關於半導體漂移三極管在飽和區工作時的儲存時間問題》,陳星弼把它投到《物理學報》,沒多久就收到了審稿意見,但是陳星弼不知道審稿人正是著名的半導體物理學家王守武先生。陳星弼認真地修改了論文並就相關問題做出瞭解釋。直到論文發表之後,陳星弼才知道王守武先生是審稿人。在該文中,陳星弼對漂移晶體管應用於計算機中的飽和區工作的存儲時間問題做出了系統的分析。後來論文被美國斯坦福大學教授畢列卡於1967年在《晶體管的電特性》中引用,日本管野卓雄教授在陳星弼發表論文4年後才發表了相關問題的論文。第一篇論文就大獲成功是陳星弼沒有想到的,但是這份成功卻無形中讓陳星弼對未來的科研之路充滿了信心和憧憬。

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陳星弼與毛鈞業教授研討工作

命運總是青睞有準備的人。20世紀60年代末70年代初的彩色電視大會戰給陳星弼提供了在科研實踐領域嶄露頭角的機會。1969年陳星弼被派往到773廠支援研製氧化鉛攝像管,一次,他通過該廠資料所的人獲知,貝爾實驗室正在研製硅靶攝像管。陳星弼向當時學校負責彩電攻關的許宗藩提出研製硅靶攝像管的建議。這一科研項目得到省國防科委的大力支持。成都電訊工程學院被四機部接管後接受的第一個科研任務就是研製硅靶攝像管。全組人經過四個月的艱苦奮戰,在733廠和970廠的配合下,終於研製出我國第一支硅靶攝像管。

陳星弼不僅個人快速成長,他在擔任三繫系主任後,帶領全系老師成功地申請到"半導體器件與微電子學"的博士點,為學校在該學科領域的發展做出了開創性的貢獻。

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陳星弼(後排左三)與半導體專業部分教師合影(攝於20世紀80年代)

"二次革命"引潮流

第一次電子革命是指由半導體微電子技術引起的變化,信息時代隨之而來。陳星弼曾生動地描繪微電子技術,"它是應用一個比頭髮絲小百倍(且越來越小)的晶體管(半導體器件)代替50年前有半個香蕉大的電子管"。

令人更加驚異的是"第二次電子革命"。這一提法最早出自B.J.Baliga,他認為用微電子技術來控制和利用電能的方法,可以稱為第二次電子革命。然而,有一個問題成為發展的瓶頸。要讓功率管實現對電能的控制,主要的方法是開關。要想實現對開關的自由控制,就要實現開關的高靈敏、智能化。但是,功率管要求耐高電壓而集成電路只能耐低電壓。國外不得不把功率管和集成電路"隔離"開來,耗費巨大成本,還"費力不討好"。陳星弼決心啃下這塊硬骨頭,要讓儀器不僅有了一個"聰明的大腦",還能做到"四肢發達",讓做開關的功率管能夠輕鬆地直接連到集成電路上。

經過多年的試驗,陳星弼通過改變功率管的結構,發明了複合緩衝耐壓結構,現稱為超結器件(SUPER-JUNCTION)。它的優點是導通電阻低,易驅動,速度快。該技術已經獲得美國和中國發明專利。自1998年起,國外已有8家公司在製造。這個方法的工藝被改進後,成本大大下降,目前已成為一種重要產品,科技成果轉化市場規模每年超過10億美元。

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陳星弼在伯克利校門前留影(攝於1981年)

美國得克薩斯大學電子工程系終身教授周電在中美兩國法庭提交的專家證詞中證實陳星弼的發明"第5216275號美國專利被此後的220多項美國專利所引用"。美國專家Michael W. Shore在給電子科技大學的信中提到,陳星弼的成果已經在世界範圍內產生了20億美元的商業價值。

陳星弼對超結器件仍然不滿意,他耿耿於懷的是它的缺陷。他又研製成功了"具有異型摻雜島耐壓結構"。它適用於各種材料的各種功率器件,屬於耐壓結構上的創新。利用這一發明技術,耐壓450V的器件只需不到30μm的外延層。同時利用這一發明不僅可使功率MOST導通電阻下降一倍(過去雜質分佈優化理論的極限只不過比均勻分佈的下降10%),而且用在470V耐壓的二極管上其開關速度及導通壓降與東芝公司的200V器件一致。

20世紀90年代初,行業內專家認為,陳星弼的幾項發明成為第二次電子革命的突破口,這一創新在十年內將無人能突破。

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陳星弼院士入選ISPSD首屆名人堂

有人曾經問過陳星弼:"你做科研的動力是什麼呢?"陳星弼的回答是,"是對未知世界的好奇心,而不是為了生存、吃飯或者金錢。"而為科研付出的代價,陳星弼也深有感觸。"科研需要你將所有精力、時間投入其中。只有不停地想,吃飯、走路的時間都不放過,才有可能在一剎那突然想出來。""科研沒有運氣,"陳星弼說,"要做出成績來,只有不停地努力。"

丹心一片育桃李

如果說陳星弼這一生有兩件事不能割捨,除了科研之外,就是他對學生的愛。

1959年,剛回到成都電訊工程學院工作的陳星弼給半導體材料與器件專業6539班上專業課《半導體物理》。那時年輕的陳星弼上課從不帶講稿,他總是從身上摸出一張香菸盒大小的紙片,滔滔不絕地講起來,偶爾看看紙片上的備忘摘錄。原三系總支書記劉清泰清楚地記得陳星弼給他們上課時的小卡片,"非常小的活頁紙,正反兩面都寫,提綱挈領"。

而他們不知道的是,對知識信手拈來的背後其實是陳星弼的勤奮。夜深人靜時,他擰亮檯燈,在紙上沙沙地寫著教案。什麼內容該講?旁枝末節過多會否沖淡主題?開課之前陳星弼總是將教案熟悉到極致,所有理論體系、知識案例都在他的腦海裡形成一個嚴密的體系,走上講臺,要講的內容像水流一樣涓涓不息地流淌出來。陳星弼認為要教好書,不僅要把所教內容融會貫通,還要考慮學生如何能最好地接受。為了實現最好的教學效果,授課前,陳星弼要先講給夫人聽,已是成電一系教師的唐俊奇既當學生又做最挑剔的評審,陳星弼的語言裡摻雜著上海話和四川方言,唐俊奇糾正他的發音錯誤,夫妻倆再細細推敲每一個例子是否準確,琢磨每一句話的最佳表達方式,實現最好的課堂效果。

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陳星弼院士指導學生學習

陳星弼很看重學生的底蘊和文化素養的培養。他認為要成為人才,不能光是隻顧眼前的專業,一定的底蘊是必不可少的。學生朱翔回憶起讀研究生的時候,陳院士總是要求大家背誦《岳陽樓記》《出師表》《蘭亭集序》等古文,即便是畢業了好多年,還是能張口就來。當時不懂這樣的做的意義,有了更多的生活經驗之後,才懂得陳院士的良苦用心。

陳星弼不僅在學生學業方面盡職盡責,在學生遇到生活上的問題之時更是傾囊相助。有一次,一個春節回家的學生因為種種原因錯過了火車,臨時補票後匆忙搭上了另一班火車,回到家之後他收到的第一條短信居然是陳院士發來的,"知你誤了火車,到家否?甚念。"寥寥數字,是一位耄耋老師對學生的牽掛和關懷。還有一次,陳院士的學生在聊天時偶然間提起了父親患有糖尿病,結果沒過幾天,陳院士便找到那個學生,給了他一些對於治療糖尿病很有益處的藥,要他寄回家裡去。面對這樣的關懷,又有誰能不動容?以至於陳院士教書幾十載,一屆一屆的學生都對他的教誨感念不忘,懷抱著師恩繼續在科學道路上不畏勞苦勇於攀登。

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陳星弼院士作《做人與成才》講座

正如那句馬克思的名言,"科學絕不是一種自私自利的享樂。有幸能夠致力於科學研究的人,首先應該拿自己的學識為人類服務。" 從實驗室到三尺講臺,陳星弼把自己的一生都獻給了他滿懷熱愛的祖國。

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