陈星弼：心有大我至诚报国

杨丽可

2020-03-02 10:28:39　来源：光明日报

　　闯出新路

　　陈星弼与功率器件的缘分要追溯到20世纪80年代。那时，他作为“文革”后第一批出国留学人员赴美国俄亥俄大学、加州大学伯克利分校做访问学者。

　　一个极具科研价值的问题吸引了陈星弼：以毫米为单位的小小芯片从晶圆片上划分而来，制作成各种产品，但是每个芯片都有边界，它对功率器件的性能影响如何解决呢？

　　凭借扎实功底和勤奋学习，陈星弼提出了一个独特的思路：应该有一个最佳的电荷分布，能在表面以最短的距离使击穿电压达到尽可能高的值，即最佳表面变掺杂。

　　“邂逅”功率器件，擦出火花后，陈星弼并没有顺这条新路走下去。他犹豫着，要不要回到自己最喜爱的物理学研究领域？但归国后，陈星弼强烈感受到，半导体功率器件对国家电子信息领域发展的重要，于是，他放弃原来的理想，全力投入这一领域的研究之中。

　　万丈高楼平地起，面向全新领域，陈星弼开始一砖一瓦搭建基础平台。1983年，他推动建立微电子研究所，带领大家忘我地投入科研工作。每天晚上钟声敲过十二下，学校要关门了，陈星弼才肯离开实验室，一路疾走，回到家中继续干。有时工作到凌晨两三点，有时通宵达旦，直到东方发白，才短暂休息几个小时。

　　此时的陈星弼已年过五旬，却以比年轻人更勤勉的态度、更旺盛的精力投入这一全新的事业里。于是，一条新路，在陈星弼坚实的步伐中，延伸向希望的远方。

　　陈星弼的几篇论文《P-N结有场板时表面电场分布的简单公式》《突变平面结表面电场的近似公式》等相继发表，“功率半导体器件及高压集成电路”这个崭新而陌生的词组从此与他紧紧联系在一起。1987年，微电子研究所课题达到10个，经费将近30万元。这在当时是一笔不小的数目。

　　“尤其值得高兴的是，‘半导体器件与微电子学’高分通过了博士点申请。”1989年11月，时任电子科技大学校长的刘盛纲院士，在一次校内会议上通报了学校参加全国第四批学科点评审的情况。陈星弼舒心地笑了，在同事热情的掌声中，他激动地用力皱紧眉头，眯起眼睛，不让泪水流出。

　　勇攀高峰

　　“集成电路为电子信息时代奠定了基础，就像造房子一样。网络、云等都是重要的，但基石是微电子。”陈星弼在接受记者采访时这样介绍自己的研究，“关于电子信息的发展，有两个重要的问题：一个是如何发现新的发电方法，比如太阳能电池；另一个是如何节省电能，我们所做的工作就是节省电能。”

　　陈星弼以微电子研究所为“根据地”，带领一批优秀的科研工作者在半导体功率器件领域不断奋斗，在中国首次研制了VDMOST、IGBT、LDMOST、MCT、EST等器件，并首次提出了各种终端技术的物理解释及解析理论。他想，人们希望功率器件耐压很高，接通时电阻很小，但它却有硅极限。如何实现突破呢？

　　陈星弼研究了很多终端技术理论，逐渐形成了表面耐压层结构的想法。他不分白天黑夜，泡在实验室里，甚至自己出钱租设备，助手唐茂成和叶星宁协助他到沈阳电子部47所投片。经过多次试验，陈星弼和他的研究小组终于通过改变功率管的结构，实现了复合缓冲耐压结构（现称为超结器件）。

　　超结器件导通电阻低，易驱动，速度快，引起学术界和企业界很大反响，被称作“功率器件的新里程碑”。

　　这一发明的相关专利在全世界范围内已被引用超过550次，所产生的经济效益非常明显，英飞凌、意法半导体、仙童、东芝等公司都投入生产。根据法国半导体领域的一家市场调查公司的调查结果显示，超结功率器件将以10.3%的年复合增长率迅速增长。而超结MOS器件的应用也非常广泛，包括电脑电源、照明电源、液晶电视、光伏逆变器，以及医疗、电信、工业等多类电源都有它的“身影”。

　　为此，国内外专家对陈星弼及其发明都给予了高度评价——

　　美国德克萨斯大学电子工程系终身正教授周电说：“陈院士的发明是中国人民的智慧瑰宝，也是全世界人民的共同智慧财产。”“该专利发明标志着半导体功率器件发展进入了一个叫作‘超级结’功率器件的新时代。”

　　加拿大科学院院士、前院长、中国科学院外籍院士Jamal教授说：“事实上，在功率器件领域，他（陈星弼）曾通过出色的研究工作单枪匹马让中国的研究进入国际学术舞台。与我们现在的科研条件相比，他是在资源极其有限的情况下实现这一巨大成就的。”

　　然而，陈星弼对超结器件仍不满意，耿耿于怀的是它的缺陷。2000年后，他又发明了高K电介质耐压结构、高速IGBT、两种多数载流子导电的器件等，这使我国高压（功率）集成电路在一个新的、更先进的起点上起飞。

　　科研人生

　　2015年，陈星弼荣获国际功率半导体先驱奖，他谈到了自己对科研的热爱：“和我同龄的很多人都已经过上了清闲的退休生活，但我却很享受奋战在第一线的状态。我觉得吃喝玩乐才没意思呢，在科学的路上，遇到困难、解决困难就是一种幸福。”

　　陈星弼是从20世纪50年代开始走上了这条“幸福”之路的。那时，他刚从同济大学毕业，在南京工学院电机系任助教，又北上中科院进修。他被漂移晶体管吸引住了。这在当时是新兴事物，正逐渐替代饱和晶体管。

　　陈星弼利用假期进行推导，不久，他的第一篇论文《关于半导体漂移三极管在饱和区工作时的储存时间问题》发表于1959年的《物理学报》之上，这是国际上首次指出集电区中少数载流子存储效应对开关性能影响的重要文章。

　　结束在中科院的进修后，陈星弼来到巴蜀大地。此时，按照周恩来总理的亲自部署，交通大学（现上海交通大学、西安交通大学）、南京工学院（现东南大学）、华南工学院（现华南理工大学）的电讯工程有关专业西迁成都，合并创建成都电讯工程学院（现电子科技大学，简称成电）。陈星弼把对祖国的深情和对科研的热爱都融入这所新学校的建设之中，开始了自己六十余年的成电生涯。

　　在陈星弼的建议和努力下，成电于20世纪70年代接到了研制硅靶摄像管的科研任务。硅靶靶面研制小组成立后，陈星弼做了理论论证，提出工艺和测量方面进行攻关的三大难题。全组人员经过四个月的艰苦奋战，在733厂和970厂的配合下，终于研制出我国第一支硅靶摄像管。

　　即使在那样的特殊年代，陈星弼也克服一切困难，醉心科研。在测量半导体的电阻率时，他发现了一个问题。平时，最常用的方法是“四探针法”，通常所用的理论计算方式必须假设均匀材料。陈星弼却发现实际情况和假设有差别。这一问题激发了他强烈的研究欲望。他利用业余时间研究电阻率，最后利用传统的电荷镜像法，颇具匠心地创造了一种在一维方向介质是不均匀的镜像电荷的方程。

　　从漂移晶体管到硅靶摄像管，再到后来创造辉煌的半导体功率器件，陈星弼一直葆有对科研的无限热爱和克服科学困难的壮志雄心。他说：“科研之初，就像贝多芬《命运》交响曲的第一乐章，我们挣扎、追寻、研究和争辩，内心有苦也有乐。然而通过不懈的努力，终于征服了种种障碍，并且在某项研究中取得了成功，这又像《命运》交响曲的第四乐章。”

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编辑：迟语洋

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