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“微电子不微” 方寸之间有乾坤


从去冬到今秋,西安电子科技大学副校长郝跃教授可谓喜事连连:去年岁末,他光荣当选中国科学院院士,摘得国家授予科学家的最高学术荣誉桂冠;在这金秋十月,郝跃教授光荣加入九三学社,开启了一段新的政治生命。他的人生由此翻开了新的一页。

志存高远  “微电”报国

郝跃1982年毕业于西北电讯工程学院(西安电子科技大学前身),30多年来一直从事他所钟爱的微电子材料和器件的科学研究和人才培养。

微电子学是信息领域的重要基础学科,微电子技术就是利用微细加工方法实现电子信息系统的微型化,集成电路芯片就是微电子技术的直接产物,对信息化社会的发展起到了核心的推动作用。微电子技术是一个国家核心竞争力的体现,是国家综合国力的标志。“微电子不微”,这是郝跃院士常说的一句话。

作为这一领域的科研工作者,郝跃教授深知自己肩负的神圣使命。上世纪,信息科学技术蓬勃兴起,作为信息时代技术基础的集成电路——微电子技术成为大热门。这时,在微电子领域已崭露头角的郝跃教授敏锐地感觉到,传统的微电子技术研究已经遇到了问题。

寻找新的方向,是学术带头人郝跃直觉到的内在要求。他把目光转向化合物半导体,并最终聚焦到国际上刚起步的宽禁带半导体材料——氮化镓、碳化硅。他看到,宽禁带半导体材料研究可以把电子学与光学紧密结合,必然具备单纯的电子学或光学不具备的优势,同时也有很高的学术和应用价值,容易形成先发优势。

1996年,郝跃到美国进行学术交流,他留心考察了美国相关研究的最新动态,发现他们的氮化物宽禁带半导体材料研究也还处于起步阶段。这更加坚定了他的决心。回国后,他毅然决定,全面转向新的研究方向,宽禁带半导体材料与器件。

这无异于一颗“重磅炸弹”,在当时的学校和学院里引起了不小的震动。氮化物宽禁带半导体是个新鲜事物,没有人能预料它的发展前景。一没有研究基础,二没有经费支持,这一新的未知领域充满风险。

尽管争议很大,但是郝跃非常坚决。没有经费筹措经费,没有条件就创造条件,举全力投入。同事和学生们都感叹,郝老师胆识过人,决策果断,他看准的事情绝不拖泥带水。

短短几年的时间就已证明,当初郝跃带领他的团队爬上的这座山头是个宝藏。氮化镓、碳化硅化合物半导体材料,也就是宽禁带半导体材料,很快被定义为“第三代”半导体电子材料,它翻开了世界微电子学科和微电子产业全新的一页。

攀登科学的高峰从来没有捷径可走,成就一番事业从来不会一蹴而就。回望一路走来的艰辛,他不禁感慨万千。

刚开始关于宽禁带半导体材料氮化镓的研究,摆在郝跃面前最大的问题是没有材料生长设备。引进一套设备,当时需要700万元到800万元人民币。然而由于没有研究基础,还不能申请国家的经费支持。

怎么办?郝跃决定不等不靠,自己搭建一套设备。他从手中的项目经费中挤出部分经费,又自己垫资,东拼西凑,终于凑到200万元,由此开始了夜以继日的自主研发并搭建材料研制平台的艰苦历程。

2001年,在郝跃的带领下,我国第一代MOCVD(有机化合物化学气相淀积)设备研制成功。这套后来被学生笑称为“作坊”式的设备,满足了材料生长、表征、测试等最基本的研究需要。在这套设备上郝跃教授培养出了近百余位博士生和硕士研究生。

与此同时,全世界范围内,宽禁带半导体的时代很快到来了。郝跃带领他的团队系统研究并揭示了GaN电子材料生长中缺陷形成的物理机理,独创性地提出了脉冲式分时输运方法、三维岛状生长与二维平面生长交替的冠状生长方法,显著抑制了缺陷产生。在此基础上,团队成功建立第一代自主国产化的MOCVD系统和低缺陷材料生长工艺,并于2005年和2007年迅速更新为第二代和第三代,解决了高性能GaN电子材料生长的国际难题。团队自主研发的MOCVD系统及关键技术已成功产业化,广泛应用于GaN半导体微波器件和光电器件制造企业。他们自主制备的高性能GaN电子材料自2003年起批量应用于国内多家研究所与大学,以及日本、新加坡等国家的一些科研机构,被国际用户评价为“特性达到了国际前沿水平”,相关成果获得了2009年国家技术发明二等奖。

2002年,GaN高亮度蓝光LED器件在郝跃的实验室成功问世。此外,他们自主建立的国产化GaN微波毫米波功率器件填补了国内空白,打破了发达国家的技术封锁与禁运,并开始用于多项雷达和测控国家重点工程。

“国家需求是我们的第一原则。”郝跃是这样说的也是这样做的。

他认为,作为发展中国家,现在我们的人力、物力和财力都十分有限,科研工作必须能够解决当前或者未来一段时期国家的重大急需。作为一个理工科大学的科研,应该以实现国家富强和国家安全为第一责任。只有当科研满足了国家需要、国防需要,个人才能最大限度地实现自身的价值,取得最大的支持。

在解决国家重大战略需求方面,郝跃带领的团队注意到半导体器件可靠性一直是航天、航空等系统中突出的薄弱环节。美国阿里安火箭100多次发射中有过8次失利,其中7次都是由个别器件故障导致的。随着电子系统复杂度的日益提高,器件可靠性问题越来越突出,对我国更是如此。郝跃多年来一直关注着这个技术难题。从上世纪末开始,团队在他的领导下系统研究了多种半导体器件的退化与失效机理,提出并建立了相应的模型,系统揭示了半导体器件退化与失效的物理本质。该项成果获得了1998年的国家科技进步奖三等奖。

早在2001年,郝跃和他的团队首次提出并建立了高可靠性的自对准槽栅半导体器件结构与制造工艺,使器件可靠性提高近2个数量级,这项成果成功用于国际知名集成电路制造企业的高可靠集成电路大生产。该项成果获得了2008年的国家科技进步奖二等奖。

这些科研成就使他荣获了2010年度的何梁何利科学与技术奖。

梅花香自苦寒来

郝跃说,我们这一代人的命运始终与国家的命运紧紧地联系在一起。

祖籍安徽阜阳的郝跃,1958年出生并成长于重庆,回忆起童年的时光,他感到家庭对他的影响很大,身为军人的父亲,尽管没有多少文化,但人生经历却告诉他知识的重要性,所以对孩子要求很严格;母亲是一所地质学校的老师,十分重视对他和两个妹妹的教育。

“文革”期间,父母双双受到冲击,整整十年,他们兄妹三人在没有人照顾,没有人交流,也没有人教育的时光中度过,所幸的是,家里有整整一屋子的书。有书的孩子精神是富有的。这些书籍陪伴着他们度过了一个又一个孤独的少年时光。知识的种子在那时也深深地扎根在郝跃幼小的心灵中。

他天资聪颖,小学和中学共跳了二级,高中毕业时他才15岁,那是1973年。郝跃虽然很想当一名工人,但当年招工要求年满16岁,他没有失望,年少的他很快沉迷于另一个梦想世界--无线电、电工等专业技术。对于当时被称之为"电工"的职业,郝跃产生了浓厚的兴趣,他想,虽没有工作,但不能浪费时间,必须抓紧时间掌握一门技术,日后总会有用的。就这样,他去了一家小工厂,当了一名不拿工资的学徒工。仅一年,聪明的郝跃就把一些日常的电工技术摸得滚瓜烂熟。

    终于,在期待中他等来了16岁。可是,这时再也没有招工的机会了,必须下农村,郝跃想当工人的愿望彻底破灭了。1974年9月,在上山下乡的热潮中,郝跃迎来了他人生的又一个重要角色—知识青年上山下乡当农民。

任何苦难和经历都是一所很好的学校。知青岁月虽然艰苦,但却磨练了温顺懦弱的郝跃,成就了一个意志坚强,坚韧果断,进而最终攀越科学高峰的科学家郝跃。

郝跃当时下乡到的是云南省一个半山区的知青队里。因为他是队里唯一的高中生,还懂得一套电工技术,所以,受到了重用,被选为知青生产队的队长。年少的他毅然担当起了百号人的生产队的掌门人,四时农耕,百姓生活,家长里短,处理起来容不得他拖泥带水,性格懦弱的郝跃,从这时起他的身心得到了全面锻炼。

下乡的日子过得非常艰苦,16岁的郝跃当时非常瘦小,但常常要背百十公斤超过他体重一倍的木柴翻山越岭,有一次当他中途休息完,再弯腰背起一捆巨大的木柴时,由于惯性,木柴越过他的头顶,直接顺着路旁的悬崖翻滚而下,那个情景,现在他回想起都觉得后怕。

知青的日子虽然充满了艰辛,但也给他留下了美好。当时,队里买来了一批图书,心灵孤寂的知青们,便争着抢着去寻觅自己喜欢的读物。从不争强好胜的郝跃,最后一个走进图书室时,书架上的书已快拿空了,所有的小说等文学文艺书籍早被一抢而光。他抬头一看,在书架的最顶层,整整齐齐地摆着一排数理化丛书却无人问津。郝跃的眼睛一亮,他高兴地扑了过去,像发现宝藏似的各取了一本,然后用绳捆了一大包收藏了起来。他当时的想法其实很简单,这些书,以后肯定对自己有用处。

    上天总是眷顾有准备的人。果不其然,一年半后,即1976年2月,郝跃被招工进云南省第17地质队,在地处西双版纳的艰苦环境里,那套他当年在知青队得到的数理化丛书,陪伴着他开始了自己的勘探人生。又一年后,也就是1977年,国家恢复了高考制度,他感到了从未有过的兴奋,“文革”10年,读书无用的思想在一些人头脑中早已根深蒂固,这时候很多人想复习高考,却都找不到资料,他庆幸自己比别人先走了一步,庆幸自己在艰苦的地质勘探工作之余,能有一套自己的书,可以挑灯夜读。他凭着坚韧的毅力,白天工作,晚上学习到2、3点,最终成就了自己的大学梦。

回忆起在大学争分夺秒的学习情形,以及在西安交大读博期间导师的谆谆教诲,他终身难忘。

作为“文革”后的第一届大学生,大家学习都很认真。那时候西电这块经常停电,一旦停电,大家就拿出蜡烛,点起来继续学习。远远望去,学校校园老大楼、西大楼和东大楼灯火(蜡烛)通明,每个人都想把“文革”中逝去的时间“夺”回来。那一代人,在灵魂里面灌注的关于报效祖国、献身科技、为人民服务的思想,虽然很朴素,但是却很强烈。

1987年,郝跃到了西安交通大学攻读计算数学博士研究生。别人都是先学理后学工,他之所以反过来读,是为了想读一些在工科方面不可能学到的东西,改变一下自己的思维方式,使自己能够在逻辑和严谨方面更深入一些。交大读博的经历,他不仅收获了学业,也结识了日后对他人生产生重要影响的恩师九三学社社员、数学家游兆永先生。导师严谨的治学精神,诲人不倦的科学态度,都对他成就今后的人生产生了重要影响。在这里,他也养成了从事科学研究必备的严谨思维。

执着成就事业

2013年12月,郝跃迎来了人生辉煌的时刻,他光荣当选中国科学院院士。面对这份沉甸甸的荣誉,淡泊低调的郝跃心中无限感慨。在他心中,这份荣誉是西安电子科技大学几代微电子人共同奋斗的结果。从他的老师开始,他们从1958年建立半导体专业开始,这个努力就没有断过,这是一个量变产生质变,一个累积沉淀的过程,是西电的所有微电子人共同的荣誉。

郝跃常对年轻老师说,走向科学这条路,就不要被眼前的利益所迷惑,不要为遭受挫折而沮丧,不要因暂时失败而一蹶不振。这也是他人生的写照。

由于郝跃在学校的行政和科研工作中成绩突出,他曾经有机会去某个省上厅当厅长,都下文了,可他离不了自己深爱的微电子,他要做学问,于是选择了放弃;也有别的高校请他去当校长,想来想去,他也放弃了,他说,“西电是成就我的地方,我科研的根在这里,我舍不掉。”经得住诱惑,始终坚持自己看准的目标和方向,不要因为各种各样的诱惑而改变,一般人做到这点确实很难,但这却是成功所必须的。很多人偏离了自己的发展方向,往往就是因为不能正确处理眼前的各种诱惑,急功近利的思想比较严重。

工作中勤奋忘我的郝跃,觉得最亏欠的是自己的家人。好在他有一个理解和支持他的妻子和女儿。尽管错过了女儿成长过程中许多幸福的点点滴滴,但身教胜过言传。父亲积极进取的人生态度、踏实严谨的科学态度深深影响着女儿,他的女儿也深深地喜欢上了材料物理学,在英国剑桥大学求学并完成了材料物性与材料缺陷机制的博士研究,并于英国帝国理工大学完成博士后任务后,女儿应邀到美国伊利诺伊大学做研究工作。

天道酬勤。今天的郝跃已经在世界微电子领域崭露头角,他作为首席科学家主持完成了国家重大基础研究(973),以及国家科技重大专向、863高科技项目和国家自然科学基金等重点和重大课题。他先后在国内外重要学术刊物发表论文300余篇,出版著作9部,获得国家和国际发明专利100余项,他还是多个国际会议的大会主席和程序委员会主席。

一片丹心谱新曲

象牙塔里的郝跃,在成就科学事业的同时,还时刻把关注的目光投向他深爱的这片土地,关注着国家的民主政治进程。

1998年3月,他以无党派民主人士身份光荣当选第九届全国政协委员,也由此开启了他参政议政、共襄国事的履职历程。他相继担任第十届全国政协委员、第十一届全国人大代表。作为全国人大代表、政协委员,他认真履行职责,积极建言献策。发挥身处教育科技领域这一优势,在科技创新、科技成果转让、以及自主品牌创立等方面发表真知灼见,引起相关部门的重视。

一滴水只有融入大海,才会汇聚出无穷的能量。同样,个人的力量总归是有限的,为了在中国的民主政治进程中发挥更大的作用,郝跃将热切的目光投向了民主党派。

因为有机会同九三学社中央主要领导、社陕西省委主要领导等九三学社同志接触、相知、相交,郝跃对九三学社有了比较深入的了解;同时,九三学社人才济济,在国家政治生活中发挥的重要作用,组织工作充满活力,恩师游兆永先生及身边的九三人严谨治学、积极进取、奋发向上的精神风貌也在深深的吸引着郝跃,使他作出了人生的重大决定:加入九三学社。

2014年10月,在这个天高云淡的金秋时节,九三学社张开她温暖的怀抱迎接这位优秀的新社员,郝跃有幸成为九三学社的第69位院士社员、陕西省的第6位院士社员。新入社的郝跃难掩激动之情。加入九三学社开启了自己政治生命的新征程,他感谢各级领导和同志们对他的关心和支持。结合自己多年来参加全国人大和全国政协工作的情况,郝跃对九三学社履行参政议政、民主监督职能有自己的想法和建议,表示要为九三学社尽力多做一些事情,在九三学社这个大家庭,为祖国的繁荣富强做出更大贡献,祝愿九三学社越来越好。 

“心有多大,梦想就有多大”。追寻心中的梦想,一路走来,郝跃时刻准备着,年少的时候饱览群书,当农民、做工人,也难抑制他心中那棵不断成长的知识的参天大树。今天,站在世界微电子科技的前沿,他又为自己提出了新的人生目标,那就是让中国成为一个世界微电子大国和强国。

小小芯片,承载了郝跃院士的无限追求,事业人生。衷心祝愿郝跃院士梦想成真,为我国的微电子事业,为多党合作事业做出新的更大的贡献!(张雅宁)