院士郑有炓:翻过最高的山 遇见最美的风景

 
郑有炓院士
 
 
为了作好专业报告,郑有炓院士在查阅汉语拼音资料。

  【编者按】学为人师,行为世范。中国科学院院士、中国工程院院士是我国科技界的最高学术荣誉。“院士”用他们独特的生命历程和执着探索精神诠释了伟大和崇高。

  《仰止——记者眼中的智者风骨》系列报道,将聚焦100名江苏籍和驻江苏的两院院士,在介绍他们学术贡献的同时,着力再现他们的人格魅力,用充满真性情的生动故事,展现智者风骨、大师情怀,力求揭示他们非凡的科学人生给予我们的深刻感悟。

  此地多山丘,山间偏僻,经常出没强盗和野兽。“阿斗,走慢些,天太黑,我害怕!”“这个字不念斗,念炓(Liào)!”天刚蒙蒙亮,崇山峻岭间,传来两个孩子的对话。

  儿时的郑有炓从福建省三明市大田县去永安县上高中,没有公路,他就与几个小伙伴相互鼓励着,翻过一座座高山,奔向他们心心念念的知识殿堂。

  时光飞逝,郑有炓身上那股吃苦耐劳、对科学不断探索的精神,一直都在。

  嘿,奇妙的“电”

  真的很难想象!我兴奋得不得了,一晚上都没睡觉,一个劲儿地想,这个“电”是多么奇妙啊!它从哪儿来?它为什么会发光?它还能更亮吗?我越想越兴奋,越兴奋就越想弄明白,只盼着第二天早早到来,天一亮,就去县里的发电厂看看。

  1935年,大田这个小山城里还没通上电,那时,家家户户照明用的只有煤油灯。10月,山风微凉,大田一户普通人家里,伴着摇曳的光亮,郑有炓出生了。

  本以为黑夜里最亮的是天上的星月,不承想,一根拉拔后的钨丝却带来了意想不到的光亮。电灯来了!郑有炓刚上小学四年级,家里通上了电,原本看书用的煤油灯被白炽灯取代。刚通上电的夜里,郑有炓失眠了,与其说是睡不着,不如说,他压根就不想睡——电太奇妙了,从未有过的好奇与兴奋挑拨着这位小小少年的每一根神经。

  自此,郑有炓对电产生了向往,近乎痴迷。初中上学,物理这门不同于语文、数学的新课让他极为感兴趣,“我有太多关于电的疑问,这门课正好就是讲解这些内容的,所以当时对我来说,物理就是电,电就是物理。”当然,正是因为兴趣,初中,郑有炓的物理学得最好,到了高中,更是如此。那时教物理的永安中学陈天生老师每次批改郑有炓的试卷总比他人更苛刻一些,“总不能老是满分吧,总有可以扣分的地方吧。”偏偏,每次都让他“失望”。

  一有空,郑有炓就往县里的发电厂跑,去观察厂里怎么发电,而后电又是怎么被输送出去的。回来后,他就琢磨组装了一大堆关于电的“小发明”,倒也没耽误学校的正常学习。

  1953年,高考结果在报纸上“放榜”,郑有炓早早地到邮局门口等着,一拿到报纸就逐条逐列地寻找自己的名字,“呵,南京大学物理系,郑有斗(火字旁),没谁了,这人肯定是我!”他兴奋得不得了,自己的物理梦终于圆了!

  走,一路向北

  如果说考进南大物理系是圆了我的物理梦,那么到北大物理系攻读五校联合半导体专业则开启了我一生研究半导体的征途。我们心底都明白,国家需要半导体,国家需要我们,于是我们一路向北,一路欢唱,每个人都怀揣着一腔为国家做大贡献的热血。就这样,一念定终生,三生有幸,我与半导体结缘了。

  坐罢汽车坐火车,郑有炓到了南大后发现,这里比他想象的还要好,简直就是天堂——饭堂提供的饭菜丰富又营养,还全免费,不仅如此,以前出名的教授只是书里知道,现如今,可是真真切切地看到人了!郑有炓心潮澎湃,暗暗下定决心,要好好把握机遇,发奋图强,努力学习,报效祖国。

  1956年,机遇不期而至。周恩来总理主持制订国家科学技术发展十二年规划,“发展半导体技术”被列入最急迫需要国家支持的“四大紧急措施”之一。据此,高教部决定从当年秋季开始,抽调北京大学、复旦大学、南京大学、厦门大学和吉林大学(当时的东北人民大学)等五所高校物理系部分师生,集中在北京大学物理系创办“五校联合半导体专业”,培养国家急需的半导体专门人才。在南京大学的抽调生里,就有郑有炓。

  “非常兴奋,国家培养半导体人才在当时已经成为一种紧急措施,能够参与到这一环节,很幸运!”南京大学师生组团北上,路上,郑有炓跟其他同学一样,禁不住唱起了歌。

  到了北大,又见了另一番风景——大师级别的名师比比皆是,动不动就是德国、法国留学回来的。“那时搞量子力学研究的杨立铭教授刚回国不久,由于他的嗓子不太好,因此我们每次上他的课,都要抢第一排的座位。他为了让我们听得清楚,在黑板四周安装了多个拾音器,讲课还用上了扩音喇叭,即便是这样,声音也不大,几乎每次上课助教周光召老师都要帮他复述一遍。”为了争这第一排的座位,郑有炓都会赶在吃早饭之前行动,“当时买了一个黄书包,里面布袋子装着碗筷,图方便,随身带着。”除了上课抢座位,图书馆看书也要抢座位,“那时候可稀奇了,北大图书馆,每个位子上都有一个45瓦的小台灯,当然位子也很紧张。”

  1957年,郑有炓在五校联合半导体专业毕业留校后,又去中国科学院应用物理研究所实习了一年。在北京的这两年时间里,他除了去过一次天文馆,其他时间都用在了埋头读书和做实验上。

  苦,挡不住路

  1986年,大洋彼岸的郑有炓,登上班机,结束了对美国纽约州立大学的访问回国。这段经历,让他的视野更加开阔了。

  在美国访学时,郑有炓就暗暗定下了目标,要继续在低维半导体这一前沿领域开展研究。那时,镓砷材料体系国际、国内都研究得很深入,而锗硅异质结构材料的研究还处于萌芽阶段。郑有炓选择“拓荒”——致力在锗硅异质结构材料研究方面有所作为。

  当时,用于研究的国外设备价格很高,加上巨额的转运费,买不起也用不起。没有条件,创造条件也要上!郑有炓他们硬是咬着牙,挤出经费在南京734厂买了一台苹果电脑,师生齐动手,构建了锗硅材料生长的计算机精密控制系统,之后又分头到北京、沈阳、上海、淄博等地,四处寻找器材,构建用于锗硅材料生长的复杂装置。郑有炓至今还记得那时在南京电子管厂,师生穿着背心一起拖着板车,一鼓作气,将加工的机柜运回实验室的场景。

  经过将近两年时间的筹建,谁也没有想到,仅仅花费了十多万元,郑有炓他们就研制出了一套计算机控制的光辐射加热超低压CVD材料生长设备,制备出了优质的锗硅异质结构、超晶格、量子阱材料与器件,其团队也成为半导体研究领域的“国家队”。

  那段时光,镌刻着郑有炓特别的记忆。“材料生长设备压缩空气机,轰轰地响,为此我们还遭到不少‘投诉’,换了不少次实验室。”他打趣地说,最终定址选在了医学院的一间实验室楼上。“后来我发觉,这楼下就是医学院的解剖实验室,我让男同学们千万不要告诉女同学,因为生长材料通常是通宵达旦,不然她们都不敢来做实验了,哈哈哈!”

  一穷二白,挡不住前行脚步,执着让郑有炓收获了成功。“我坚信,对该研究方向的判断是正确的。”谈起当年,他的眼中至今还流露出那份坚定。慧眼识势,果然,在之后的十多年,锗硅异质结构材料,依然没有过时,仍是半导体研发的热点。

  科研经费短缺,国外好的设备价格昂贵,买不起也用不起。我们狠下决心,咬着牙,在南京734厂买了一台苹果电脑;没有加工设计设备,就去南京电子管厂,穿着背心,拖着板车,用草绳捆着,一鼓作气,将加工机柜运回实验大楼。就这样,用有限资源,创造了无限可能,登顶低维半导体科技高峰,并在多项研究中跻身前沿。

  超,跻身前沿

  那时,去国外开展交流研究,对方很是小心谨慎,不给参观实验室,只给瞅一眼样品,但我们还是挺了过来,实现了自己的“大发展”。如今,学生多、教师多,青出于蓝,研究队伍迅速成长起来,硬是从缝隙间挤了进去,在第三代半导体研究的前沿领域站住了脚。

  锲而不舍的钻研劲头,让郑有炓无时无刻不处于“警备”状态。国门外,别人在研究什么,准备研究什么……一点点信息,都会挑动他敏感的神经。

  1993年,日本科学家用氮化镓材料做出了高亮度蓝光LED,随即在全球范围掀起了以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体研究热潮。两年后,作为我国专家组成员,郑有炓受托开展国际调研,主持软课题,提出“我国发展氮化镓半导体技术的建议”,上报给国家有关部门。白手起家,无经验可循,国外的技术封锁,不但没有影响到郑有炓的研究,反而激发了他的斗志。继锗硅技术后,郑有炓又马不停蹄地做起了第三代半导体研究。

  如今,虽然年过八旬,郑有炓还经常东奔西走,去园区、企业,到产业一线作报告,极力推动我国第三代半导体技术的发展。“我记不清做过多少次报告了,但每次都保证有两个小时的时长。”郑有炓的这些报告,都是他精心制作的。郑有炓常对自己的学生说:“不能一个报告到处讲、重复讲,要结合单位的需要,考量受众基础,设计报告内容。”准备电子版的报告往往要花很长时间,一遍又一遍地推敲写作,抢时间开夜车是少不了的。郑有炓风趣地说:“我出差坐飞机,从不怕误点,这时间正好可以静心准备报告。”

  “刚入半导体领域,这是一个新的学科;研究深入时,又正是国家需要之际。”此话说得云淡风轻,但途中的辛劳只有郑有炓自己知道。俗话说,成功总是青睐有准备的人,自强不息、顽强拼搏,才是成功的真正秘诀。“与那时相比,现在的科研环境好了不少,经费也宽裕,年轻人更要珍惜。如今,我们建立了自己的研究基地,也有了自己的实验室,还有这么多年轻人一起去闯,攀登科学高峰,条件好了,但艰苦朴素、勤奋刻苦仍不能丢!”郑有炓说。

  学生眼中的郑有炓平易近人、亲切热情,还十分关注团队建设。郑有炓营造的团结、融合、宽松、活泼的学术氛围,更是凝聚了一批人才。他的团队中,如今已拥有一批副教授,又先后成长出7位杰出青年和5位长江学者。

  有着60余年半导体研究生涯的郑有炓院士深有感触地说:“科学的道路总是不平坦的,过了一山又有一山,但攀登高峰实在是其乐无穷!”

  谈到自己的大学论文,郑有炓院士如数家珍。

  郑有炓院士大学时期的论文手稿。

  穷,信心还在

  1958年,五校联合半导体教研室完成任务按计划解散,五校老师担着将半导体专业“开枝散叶”的任务回到了各自的学校。在教研组主任吴汝麟教授和熊子璥教授的带领下,郑有炓作为刚毕业的年轻教师之一也投入到了南京大学半导体物理专门化建设中。

  “我们五个人组成了一支团队,人少,条件也跟不上,当时,全国各行各业都掀起了赶超热潮。”郑有炓觉得这是个机遇,“半导体这样一个新兴高新技术领域,很自然地就成了当时的热门,刚刚自主新建的南京大学半导体学科就顺势被推上了热潮。一批物理系四年级和三年级的学生走进半导体实验室,分成多个科研小组,日日夜夜,热火朝天地‘大干’半导体技术,实验室也从最初的两间发展到四间。”郑有炓与学生们打成一片,自己动手、安装设备、购买器材,研究对象也从氧化亚铜整流器、锗晶体二极管,一直到半导体收音机、音频放大器、放射性探测器。“记得很清楚,当时研制玻璃封装的点接触锗晶体二极管,在南京大学的那栋北大楼二楼东头一个实验室里,我们为了最后的攻关熬了一天一夜。”郑有炓回忆。

  1960年,全国粮食困难,时至今日,郑有炓依然记得当时吃树叶、喝酱油水的场景,“那个时候,我们一个月发一张饼干票,用这张票可以买到一小包饼干,买完回来,人还没回来呢,饼干就已经吃完了。”困难时期,甚至都拿不出一本教材,郑有炓和教学小组的老师决定,从查文献看国外参考书入手,自己编写教材,“那时印刷技术很陈旧,我们先是在钢板上用蜡纸手工刻字,然后用油墨印在纸张上,所用的印刷纸又都是略带黄色的粗糙纸张,因此一本本教材讲义总是厚厚的,由于实在太厚,就将它分成上、下册或上、中、下三册分装。”

  郑有炓始终觉得,困难并不是绝对的,机遇往往就夹杂其间。“我们这个师生实践小分队,先后去了南京半导体厂、常州半导体厂、苏州半导体厂,通过不同的厂子,第一次实实在在地了解了半导体器件、集成电路的制备过程,加深了理论与实际的联系,真正有了‘实战’经验。”有意思的是,在常州半导体厂实习期间,郑有炓带着学生利用自己生产的MOS分频电路,研制了一座在当时颇具新意的“数字电子钟”。

  怎样让一个尖端的、国际前沿的专业在毫无基础的情况下落地发展?这个过程很艰苦,因为不管是从哪方面来看,在当时都是“一张白纸”,我们必须在这张“白纸”上,画出点、线、面,甚至还要有图形和色彩,压力很大,偏偏社会变化的浪潮又一波波地袭来,困难可想而知,但即便是这么穷,我们照样有信心。

  【院士介绍】

  郑有炓,中国科学院院士,南京大学电子科学与工程学院教授、博士生导师。历任国家重点基础研究发展计划(973计划)信息领域专家咨询组副组长、国家863计划光电子主题专家组专家、国家自然科学基金委信息科学部专家咨询委员会委员,现兼任中国有色金属学会宽禁带半导体专业委员会主任、中国电子学会半导体集成技术专业委员会委员、科技部“第三代半导体材料”顾问专家组组长、国家半导体照明研发及产业联盟指导委员会委员、国家第三代半导体产业技术创新战略联盟名誉理事长及技术委员会主任。

  郑有炓还兼任8个国家或省部级重点实验室学术委员会或程序委员会委员。长期致力于半导体材料与器件物理研究,近年来主要从事Ⅲ 族氮化物、氧化物等宽禁半导体材料与器件研究。与合作者发表SCI收录论文500余篇;出版的著作中,主编1部、合作编著2部;获国家自然科学二等奖、国家技术发明二等奖和三等奖各一项、江苏省科技进步一等奖2项、教育部自然科学一等奖2项以及其它省部级科技进步奖7项,还获光华科技基金一等奖和江苏省人才培养教学成果一等奖。