芯片戰爭-40：新中國建立半導體“硅”工業體系

芯片戰爭-40：新中國建立半導體“硅”工業體系

科技真相 科技紅利及方向型資產研究 2019-09-01

中國半導體產業的思考—隨筆之《芯片戰爭——亮劍！國運之戰》

芯片戰爭40—新中國建立半導體“硅”工業體系

（黎明之前，1950-1959年）

中科院應用物理所組建半導體研究室，第二機械工業部第11所組建半導體研究室；五校聯合專門辦學培養第一批半導體專業畢業生共240名。北京電子管廠和718廠硅車間合併為十分廠。774廠半導體車間向全國技術轉移。新中國建立自己的半導體硅工業體系。

第二章 黎明之前

第二十六節：新中國建立半導體“硅”工業體系

1956年，以王守武先生為首的中科院應用物理研究所“半導體研究室”，設立三個小組（分別為：半導體材料、器件、光熱電），開始重點研究半導體“鍺”晶體管，其中由湯定元先生牽頭負責區熔提純，由王守武先生牽頭負責單晶生產。

半導體研究室，不僅在中科院應用物理所內開展半導體科學技術研究，還擔負著聯合全國各研究機構、大學和工業部門的有關單位和人員的集體攻關，共同完成“十二年科學遠景規劃綱要”中的相關任務，同時還承擔著新中國半導體科學技術發展培養研究人才的任務。

第一組：半導體材料和物理組，組長為王守武先生；第二組：半導體器件組，組長為吳錫九先生；第三組：半導體電子學組，組長為成眾志先生。

圖：關於中科院成立“半導體研究室”的指示文件

1956年，在第二機械工業部第11研究所，組建了半導體研究室（第四研究室），由武尓楨先生負責主持研究工作。

1957年，新中國第一次大規模培養了自己的第一批半導體專業人才。當年這一批畢業的學生中，有許多仍是我們今天仍耳熟能詳的名字，至今，他們仍活躍在中國半導體產業的各個領域並貢獻著各自的力量。

比如，中科院院士王陽元先生（北京大學微電子所所長、中芯國際董事長）、工程院院士許居衍先生（華晶中央研究院院長）、電子工業部總工程師俞忠鈺先生（華虹設計董事長）、國家863計劃專家顧問組副組長馬俊如先生（國家外專局局長）、中科院院士秦國剛先生（北京大學教授，為中國半導體材料做出突出性貢獻）、中科院院士陳星弼先生（成都電子科技大學微電子所所長）等等。

五校聯合半導體專門辦學從1956—1958年，系統化的培養了新中國第一批半導體專業畢業生，一共240名。

圖：1957年，五校聯合半導體專門辦學，新中國培養了自己的第一批半導體專業人才

1957年，北京電子管廠通過從菸灰中還原氧化鍺，再通過區熔法提純，拉出了鍺單晶，並由中科院應用物理研究所（主要是王守武為首的半導體研究室）和二機部十局第十一所（總工程師為武尓楨）共同開發鍺晶體管；攻關總負責人是王守武和武尓楨。

其中最重要的鍺單晶爐，由王守武負責設計；區熔法提純工藝由湯定元負責。同年，中國人相繼研製出鍺點接觸半導體晶體管—二極管和三極管。中科院其他參與人員主要還有吳錫九、廖德榮、鄧先燦、常正華、陳瑩瑜、劉家樹、過雋石、魏淑青、周率先、劉穎等人。

北京電子管廠對半導體技術的關注還要追溯到第一任廠長周鳳鳴同志在蘇聯實習的時候。1957年夏，周鳳鳴派工程師王正華同志去北京師範大學參加半導體物理學習班（就是王守武先生等人舉辦的中科院半導體培訓班），回來後即籌建了北京電子管廠的半導體實驗室，開始了對鍺材料和鍺晶體管的研發。

後來，1958年9月，北京電子管廠的技術人員根據蘇聯提供的圖紙完成了區域提純機的製造，能將99.9％的鍺錠提純為99.9999%以上的高純鍺。

再後來，1959年2月，工廠拉出了第一根鍺單晶—這是中國半導體工業界拉出的第一根鍺單晶，由此，中國半導體晶體管的研製完成了從科學界向工業界技術遷移的過程。同時，北京電子管廠制定出一套充分利用中國特色的提純的鍺錠和銻進行摻雜拉晶的計算方法，並制定出製造二極管、三極管的鍺單晶技術要求。因此，雖然1960年蘇聯停止供給鍺材料的情況下，也沒有影響鍺器件的正常生產。

1957年11月，中科院半導體器件實驗室，中國第一隻晶體三極管誕生了。

湯定元先生，畢業南京大學物理系，1948年留學美國，留美期間，發現金屬鈰的新穎相變首創的金剛石高壓容器，現已發展成為高壓物理研究的重要儀器。

圖：湯定元先生

湯定元先生1951年回國後，長期從事半導體光電物理與器件的研製。中國紅外物理和技術的創建人，中國半導體光電器件的開創者。領導並參與研製成功十種光電器件和紅外探測器，部分用於人造衛星、軍民用高科技裝備中，為新中國“兩彈一星”的成功研製作出了突出貢獻。

圖：湯定元先生以及國產FN-16肩扛式紅外製導防空導彈的導引頭

湯定元先生開創了窄禁帶半導體的系統研究。有13項創新成果被收入國際權威科學手冊中。隨後，創建了中國科技大學半導體教研室。

洪朝生先生，畢業清華大學電機系，獲得美國麻省理工學院理學博士，加入中科院半導體研究所後，負責組建低溫物理實驗，1956年領導建造氫、氦液化系統，帶領團隊研製了中國第一臺氫液化器，中國第一臺氦液化器。

圖：1948年洪朝生先生在美國麻省理工學院實驗室

這個時期，洪朝生先生參與了錢學森先生領導的我國導彈工程研製任務，負責導彈實驗基地高能液體燃料的實驗，先把溫度降到零下180攝氏度左右試驗液氧，再把溫度降到零下250多攝氏度左右試驗液氫，為1960年我國的第一枚導彈的發射成功做出了重要貢獻。

圖：新中國第一臺長活塞膨脹機式氦液化器，為1960年我國的第一枚導彈的發射成功做出了重要而巨大的貢獻

隨後，洪朝生先生負責組建了中國科技大學低溫物理專業。

在硅單晶研製方面，中國人比美國人晚一年時間而已，1959年，中國成功拉制出了硅單晶。同年，清華大學的李志堅博士成功研製出了高超純多晶硅。

新中國半導體從頭開始就走了一條和美國人不一樣的獨立自主之路，硅單晶的研製最為典型。這其中，林蘭英先生居功至偉，可以說，她是當之無愧的“中國半導體材料之母”。

在研製硅單晶時，為了防止氧化物等雜質在高溫加熱時對所提拉單晶的汙染，進而影響了單晶的質量，在製備硅單晶的工藝中，都是以氬氣充當爐膛的保護氣體。可這種氣體當時在國內還不能生產，又屬於西方對華禁運名單。沒有氬氣，硅單晶的研製幾乎不可能成功，這是西方的共識，但老一輩種花家半導體人就是不服輸，在林蘭英先生的帶領下，中國人創造性的提出了—高壓真空法，採用機械抽氣機加上油擴散泵來抽取真空，並讓爐子處於真空狀態，通過反覆實驗，所有研究人員經常夜以繼日、加班加點，一日三餐都在辦公室，困了就打地鋪。

圖：1958年，林蘭英博士帶領團隊成功研製中國人第一根硅單晶

林蘭英先生帶領葉式中、汪光川等人，經歷了無數次失敗和挫折，克服了重重苦難，最終在中科院北京應用物理所，當那根長度8釐米、直徑2英寸、烏光鋥亮的圓柱體出現的時候，實驗室裡一片寂靜，所有人眼中溢滿淚水。

這一刻，1958年國慶前夕，中國人有了自己的第一根硅單晶。

林蘭英先生，畢業於福建協和大學，第一個獲得美國賓夕法尼亞大學博士（固體物理學）的中國人。1957年，林蘭英回國，負責中科院“半導體研究室”的硅材料的研製工作。

圖：1955年6月林蘭英獲得美國賓夕法尼亞大學固體物理學博士學位的留影

林蘭英先生是中國半導體材料之母、中國太空材料之母。中國半導體工業的開拓者之一，負責研製中國第一根硅單晶、第一根無錯位硅單晶、第一臺高壓單晶爐、第一片單/雙異質結SOI外延材料、第一根GAP半晶等。

林蘭英先生為新中國微電子和光電子學的發展奠定了基礎；負責研製的高純度汽相和液相外延材料達到國際先水平。她先後四次獲中科院科技進步獎一等獎，兩次獲國家科學技術進步獎二、三等獎，1996年獲何梁何利科技進步獎，1998年獲霍英東成就獎，並受到中央三代領導人的關懷和接見。

在新中國半導體工業發展歷史上，林蘭英先生對於中國硅材料的開創和發展貢獻居功至偉，是當之無愧的“中國半導體材料之母”。

隨後，中國半導體科學界和工業界再次發揮緊密結合的攻關，進一步完成硅晶體管在軍事工業領域的應用。

1958年，718廠（華北無線電器材聯合廠）開始對硅材料和硅器件進行研發，這是中國半導體工業界第一次對半導體“硅”工業的研製生產。1959年9月9日，該廠的硅半導體車間拉出來中國半導體工業界的第一根硅單晶。

1959年，北京電子管廠的王正華同志接受解放軍總參謀部仿製響尾蛇導彈的任務，並帶回的4只半導體二極管為樣品，一個月之內要求做出管子。同年，北京電子管廠的廠長周鳳鳴同志帶領王正華接受北京市要求研製硅單晶的任務，按照帶回的拉制爐藍圖製造爐子，開始研製硅材料和硅器件（曾試製硅合金三極管）。

這一時期，北京電子管廠從事半導體生產的職工已有200人，年產二極管近100萬隻，三極管3萬隻，鍺單晶和零部件全部自己生產。

1964年2月，四機部決定調整半導體廠點。6月，四機部決定把718廠（國營華北無線電器材聯合廠）的硅半導體車間劃給北京電子管廠，組成了十分廠，進一步統一加強中國半導體“硅”工業體系的研製和生產力量。

當時新組建的北京電子管廠，由七車間負責半導體材料的生產，三車間負責硅二極管及平面管，四車間負責鍺合金擴散管，十車間負責鍺低頻管，半導體實驗室負責硅平面管和集成電路的試製。同年，北京電子管廠組建年產300萬隻鍺低頻小功率管生產線並於1965年投產。

至此，北京電子管廠（國營774工廠）從開始由一個單一的電真空廠變成了既能大量生產電子管又能大量生產半導體器件的大型電子企業。到1972年7月，半導體分廠擴大為11個車間。至此，北京電子管廠的半導體器件品種、質量和產量發展很快便居於全國領先地位，成為當時新中國研製生產半導體器件的主要基地之一。

到了上世紀60-70年代，四機部為了進一步推動全國半導體器件工業能夠迅速發展，不斷要求774廠向全國各地移交鍺、硅器件的生產線。從1967—1968年，774廠陸續將幾條鍺管生產線移交給地方工廠，自己只剩下一條鍺低頻小功率管生產線。

1967年，遵照四機部的決定，774廠將新組建的硅二極管全部內遷貴州凱里成為873廠（永光電工廠），同時輸送幹部67人，技工113人。

1968年，四機部把銀川新立織造廠改建為4430廠（寧光電工廠），生產半導體器件，774廠將從日本引進的成套設備支援了4430廠，並輸送幹部58人，工人85人。

1971年，774廠援建貴州083基地的4433廠（風光電工廠，地點在貴州都勻，生產半導體器件），並輸送30多名技術骨幹。4433廠的第一任廠長由曾擔任774廠副廠長（主要負責774廠半導體分廠的建設和生產管理）和廠長的林巍同志擔任。

圖：周總理視察774廠

再後來，到了1984年，北京電子管廠根據上級部門的要求再次將半導體鍺器件生產線（1G2）分別移交給了

江蘇南通晶體管廠和山東臨沂半導體二廠進行生產。

至此，結束了北京電子管廠的鍺器件生產的光榮的歷史使命。

根據不完全統計，從1956年到1984年的28年間，北京電子管廠（774廠）援建部屬的廠、所合計18個，援建地方的廠、校合計13個；一共輸送各類幹部約2186名（其中：中層以上幹部140人，工程技術人員1181人）、技工1362名。在774廠歷年開發出來的500多個產品中，有230多個被上級主管部門劃撥到其他企業生產。。。

上世紀70年代，北京電子管廠編寫了一部教材—《硅鍺單晶的製備》，成為中國半導體工業界的經典教材。

圖：北京電子管廠編寫的《硅鍺單晶的製備》

可以說，繼美國人之後，在半導體晶體管，特別是硅晶體管等領域的成功研製，中國人半導體人獨立自主的實現了自身國家初步的半導體——硅工業體系的建設。

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