3位獲諾貝爾獎提名的微電子器件華裔科學家

隨著「互聯網+」時代的到來，現代信息化社會飛速發展，日新月異。信息化社會的基礎是集成電路，過去幾十年來，以 CPU、存儲器為代表的集成電路基本遵循摩爾定律在飛速發展。集成電路的基本單元即各類半導體器件，例如晶體管、MOS 管，為現代電子技術奠定了基礎。許多微電子專家為半導體器件的發明和應用做出了傑出貢獻。在這些微電子專家和學者中，華人科學家起到舉足輕重的作用。本文介紹3位微電子器件領域的著名華裔科學家——施敏、薩支唐和鄧青雲在半導體器件的發明和應用以及育人方面做出的傑出貢獻。

施敏

施敏，1936 年出生於南京，祖籍吳江震澤，是微電子科學技術、半導體器件物理專家，中國台灣「中央研究院」院士、美國國家工程院院士、中國工程院外籍院士、美國電氣和電子工程師協會（IEEE）終身會士（Life Fellow）、日本應用物理學會（Japan Society of Applied Physics）國際會士。施敏1957年畢業於台灣大學，1960年獲得華盛頓大學碩士學位，1963 年獲得斯坦福大學電機博士學位，1963—1989年在貝爾實驗室工作。1967年，他發明了非揮發性存儲器（novolatile semiconductor memory，NVSM；是現在廣泛使用的快閃記憶體、優盤器件的設計原型），在電子元器件領域做出了基礎性及前瞻性貢獻。1990年，開始於台灣交通大學電子工程系任教，擔任電子與資訊研究中心主任。1998—2004年，擔任台灣交通大學聯華電子講座教授、台灣納米元件實驗室主任，卸任後擔任資深顧問。

施敏在金屬半導體接觸、微波器件、亞微米MOSFET 器件及微電子工藝等技術領域都有開創性的貢獻。1967 年，施敏與韓裔美國人姜大元（Dawon Kahng）在吃甜點時，用了一層又一層的塗醬，觸發二人的靈感，想到在金屬氧化物半導體場效應電晶體（MOSFET）中間加一層金屬層，最終發明了非揮發性存儲器。同年 5月，兩人在《貝爾系統科技期刊》（The Bell System Technical Journal）上發表第1篇關於NVSM的論文《浮閘非揮發性半導體內存細胞元件》，第1次闡述了快閃記憶體存儲數據的原理技術，隨後由貝爾實驗室取得專利。

NVSM一開始並未受到重視，直到1983年日本任天堂將其應用在遊戲機中，讓遊戲玩家在遊戲過程中可以在特定點中記錄積分，不需要遊戲角色戰亡後重新計算，才開始被廣泛注意。1989年，諾基亞（Nokia）手機為了輕巧省電採用該技術，接著該技術也被用於計算機的 BIOS（basic input output system），讓開機速度變快。20世紀90年代後，隨著消費性電子時代的到來，快閃記憶體開始大放異彩。施敏發明的 NVSM 元件被視為全球半導體產業 3個重大發明之一（另外 2 個是 1947年發明的晶體管和1959年發明的集成電路）。NVSM成為帶動世界集成電路產業的主導產品之一，是手機、筆記本電腦、IC卡、數碼相機及攜帶型電子產品的關鍵部件。

20世紀 70年代，時任中國台灣「經濟部」部長的孫運璿邀請施敏擔任「經濟部發展積體電路計劃工作小組」成員之一。施敏提出要推動半導體產業，最終使得中國台灣經濟起飛，使之一躍成為20年代 80年代「亞洲四小龍」之首，為中國台灣經濟的發展做出了重要貢獻。

施敏不僅是國際知名的微電子科學技術與半導體器件專家，還是該領域首屈一指的教育家。施敏在微電子科學技術著作方面舉世聞名，達 12部之多，愈 500萬字。施敏對半導體器件的發展和人才培養作出了巨大貢獻，其代表作《Physics of Semiconductor Devices》（1969 年出版）是工程和應用科學領域的3部經典專著之一，被譽為電子科技界的「聖經」。該書已被翻譯成 6國文字，發行量達 600萬冊，獨霸市場，經久不衰，被世界各大學廣泛用作教科書與參考書。到2018年止，該書已經被引用47500餘次。施敏的著作在國內半導體科研產業界也深具影響力。北京大學微電子所所長王陽元認為：「搞半導體的，鮮有不知施敏的。」他的著作在20世紀70年代就被引入中國大陸，對中國大陸半導體科研和產業起了很大的指導作用。當時施敏的名字並不為中國大陸所熟悉，曾被誤譯為史思萌。

施敏著作等身，春風化雨，桃李滿天下，培養了大批微電子領域棟樑之才，業界許多知名人士都是施敏的學生。他教過的學生逾萬人，其實驗室如同台灣半導體產業人才搖籃，成為台灣半導體行業的根基。台灣現有蓬勃發展的半導體產業以及傲視國際的半導體人才，施敏功不可沒。盧超群說，「施教授的學生已經八代」，個個有成就。他不僅是台灣之光，也是全球半導體研發與教育之光。

施敏曾應邀先後在劍橋大學、東京大學、香港大學等著名高校作講座，近 20年來，施敏應邀多次來中國大陸講學，參加中國微電子器件、IC行業研討會。他曾一再表示願為中國微電子產業的發展提供諮詢。

2000 年初，他在大陸的交流從蘇州大學開始。2002年 10月 14日至 11月 7日間，施敏應蘇州市政府、蘇州大學和蘇州旺宏微電子公司之邀，專程來到蘇州大學，為電子信息學院微電子專業學生作了為期 3周的講學，並應蘇州市政府的邀請參加蘇州市第 2屆電子信息博覽會高峰論壇（當時的蘇州市市長、現國家商務部部長陳德銘起到了重要的橋樑作用）。筆者作為當時的學術活動具體安排者，有幸全程參與了施敏在蘇州的相關活動。

聘請如此重量級的人物來蘇州大學作3周的講學，得到了當時一起來參加電博會高峰論壇的國內一些著名科學家的高度評價。張學光副校長在開學典禮上致辭：「在蘇州大學百年發展史上也是首開先例，可謂開百年蘇大學風之先。」施敏帶來了世界微電子科研、產業最新的發展動態，彷彿一股春風吹進了蘇州大學這所古老而又充滿朝氣的校園，推進了學校微電子專業的教學、科研等建設步伐。

施敏是世界微電子學術界及工業界公認的仰之彌高的領軍人物，長期工作于貝爾實驗室。他非常願意為培養中國微電子專業人才、為家鄉的建設貢獻力量。施敏訪問蘇州大學的一個成果是，將新近出版的第2 版《Semiconductor Devices：Physics and Technology》（《半導體器件物理與工藝》）的中文版交由蘇州大學電子信息學院翻譯並由蘇州大學出版社出版。

2002年後，施敏又多次到蘇州大學指導工作，耳提面命使筆者受益匪淺。施敏還多次回吳江考察，受到熱烈歡迎。2019年 5月，應邀參加南京2019世界半導體大會，並作主題演講。

任何人能在「發明」「著作」或「人才培養」三方面之一有所成就已屬不易，但施敏先生卻是集這三大貢獻於一身的人！

施敏獲得各類科研獎勵舉不勝舉，例如 1991年獲得國際電氣和電子工程師協會（IEEE）電子器件Ebers 獎等。 1986—1990 年，施敏擔任《IEEE Electronics Device Letter》主編，該期刊是微電子領域最高級別期刊。2017年，他與 Gordon Moore（摩爾定律之父，Intel創始人之一）共同獲得美國電子和電氣工程師協會尊榮會員（IEEE Celebrated Member）稱號，目前全球僅有 10 位科學家獲此殊榮，包括 1973年諾貝爾物理獎得主 Leo Esaki、2000年諾貝爾物理獎得主Herbert Kroemer及 2009年諾貝爾物理獎得主 GeorgeE. Smith。施敏的發明與成就倍受世界推崇，是少數當選中國工程院外籍院士、中國台灣「中央研究院」院士、中國台灣工研院院士、美國國家工程院院士的多院院士的華人科學家；獲頒全球「快閃記憶體高峰會」（Flash Memory Summit）終身成就獎。目前，施敏因 NVSM的發明已被「諾貝爾物理學獎」提名 3 次。提名者為丁肇中教授（獲1976年諾貝爾物理學獎）。

施敏教授為人隨和，平易近人，風趣幽默。在蘇州大學校講學期間，跟筆者閑談獲諾貝爾獎提名的感受時說，他的願望是要長壽，向Kilby 看齊。Kilby於 2000年因集成電路的發明而獲得諾貝爾物理獎，本應獲獎的 Noyce（Intel的創立者之一）因肺癌去逝而與之失之交臂。與施敏一起發明NVSM的韓裔美國人Dawon Kahng 也因肺癌去逝。施敏還強調，科學研究成果的獲得，除了運氣外，刻苦努力是必須的。

薩支唐

薩支唐，1932 年出生於北京，美國物理學家、微電子學家，美國佛羅里達大學教授，美國國家工程院院士（1986 年）、中國台灣「中央研究院」院士（1998 年）、中國科學院外籍院士（2000年）。1949年，薩支唐赴美國就讀於伊利諾伊大學，1953年獲得學士學位後到斯坦福大學學習。1956 年，在斯坦福大學獲得博士學位。之後，他與 William Bradford Shockley（晶體管發明者，諾貝爾獎獲得者）在工業界共同從事固態電子學方面的研究。1959—1964年，他供職於仙童公司。1964年，他來到伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校任物理系和電子及計算機系教授，在 26 年間培養出 40 多名博士。1988 年起，他在佛羅里達大學任教。2000 年當選為中國科學院外籍院士。2010 年，在廈門大學擔任廈門大學物理與機電工程學院教授。

薩支唐長期致力於半導體器件和微電子學研究，對發展晶體管、集成電路以及可靠性研究作出了里程碑式的貢獻。在仙童公司期間，薩支唐帶領一支 64 人的研究團隊從事第一代硅基二極體、MOS 晶體管和集成電路的製造工藝研究，是半導體工業先驅之一。薩支唐於 20 世紀 60 年代末與Wanlass 一起，首先提出 CMOS（complement metal oxide semiconductor，互補金屬氧化物半導體器件）結構。他提出了半導體 p-n結中電子-空穴複合理論；開發了半導體局域擴散的平面工藝和 MOS、CMOS 場效應晶體管，並提出 MOS 晶體管理論模型；發明了探測半導體中微量缺陷的深能級瞬態譜（DLTS）方法；發現了氫在硅中對受主雜質的鈍化作用；致力於亞微米 MOS 晶體管的可靠性研究。CMOS器件的發明對後來微電子器件、集成電路的設計、製造起到了決定性的引領作用，影響巨大。可以說，目前的 CPU、存儲器等集成電路器件，都是基於該器件的技術。該技術最重要的特點是理論上來講，器件的靜態功耗為 0。這是現代電子器件、集成電路設計最重要的評價指標。同時，他還推導出了著名的薩氏方程。

薩支唐是改革開放以後最早與中國進行科技合作與交流的美國科學家之一。他曾多次訪華，作了 20餘次系列講座，先後指導了10多名中國研究生，還多次協助在中國舉辦國際學術研討會。薩支唐是北京大學、清華大學、廈門大學的榮譽教授，中國台灣新竹交通大學榮譽博士（2004）、中國國家榮譽博士（2010，廈門大學提名）。薩支唐的《Fundamental of solid-state electronics》（《固態電子學基礎》）被翻譯為中文版（2003年），在中國大陸微電子專業中作為教材和參考書，廣為流傳，受到好評，為中國的人才培養作出了貢獻。

薩支唐先後獲得的各類榮譽不勝枚舉，曾獲美國半導體工業協會（SIA）最高獎等多項獎勵。他是 1965—1978年世界前 1000名最常被引用的科學家。薩支唐已獲諾貝爾物理獎多次提名。

鄧青雲

鄧青雲，1947 年出生於香港元朗，美籍科學家，現任香港科技大學賽馬會高等研究院東亞銀行教授、美國羅徹斯特大學榮休教授。他是美國物理學會會士、美國信息學會院士，2006年因在有機發光二極體（OLED）和異質結有機太陽能電池（OPV）上取得的開創性成就被選為美國國家工程院院士、香港科學院創院院士，被譽為「OLED 之父」。1967年，鄧青雲離開香港到英屬哥倫比亞大學修讀學士課程,1970年以一級榮譽取得化學理學學士學位，1975 年在康奈爾大學取得物理化學博士學位。畢業後他加入柯達研究實驗室，開始了在柯達長達 31年的研究生涯。鄧青雲在2003年成為柯達研究實驗室特聘研究員。他於 2006年從柯達榮休後，成為美國羅徹斯特大學 Doris Johns Cherry化學工程學系教授。鄧青雲於 2013年加入香港科技大學。

鄧青雲是國際著名材料物理學家和化學家，以有機光電子學的研究聞名全球，其中以有機發光二極體（OLED）的發明最為矚目。他在美國柯達研究實驗室擔任研究員時，於 1986—1989 年，發明了OLED和有機太陽能電池，帶動了有機光電子學的發展。

OLED 是近幾十年來快速發展起來的有巨大前景的新型平板顯示技術。目前已經實現了全彩色 OLED顯示，小尺寸的 OLED彩色顯示屏已經被應用在手機顯示屏、數碼相機及平板電腦上。OLED獲得如此多的研究和應用，緣於它突出的技術特點和巨大的應用前景，包括：（1）材料選擇範圍寬，採用有機物作為發光材料，理論上可實現任意顏色顯示；（2）驅動電壓低，通常直流電壓 3~10V即可；（3）發光效率和發光亮度高；（4）固態主動發光、視角廣（>170°）；（5）響應速率快（<1 μs）；（6）工藝相對簡單、成本低；（7）超薄、重量輕；（8）溫度性能穩定，耐低溫（-40 ℃）；（9）器件可做在柔性襯底上，可彎曲、摺疊實現柔性顯示或照明，還可實現大面積顯示和照明等。OLED 是目前替代LCD的主要產品，從 2017年開始，市場佔有率穩步提高。

儘管人們對電致發光（electroluminescence,EL）的研究可以追溯到20 世紀20 年代，但現代意義上的 OLED 的發明歸之於鄧青雲。現在學術界一致認為，鄧青雲的發現及其後續研究的路徑，例如有機發光染料摻雜改變發光顏色等，為後來OLED 和 OPV 的研究指明了方向。可以毫不諱言地說，現在的 OLED和 OPV的研究框架，基本都是基於鄧青雲打下的研究基礎，是對其結構的優化和新材料的採用。鄧青雲發明的有機太陽能電池和OLED，對科學技術發展做出了突出貢獻併產生了巨大的社會經濟價值，引領了該產業的發展方向，創造了上千億美元的全球市場。

鄧青雲獲獎頗多。2011年獲得沃爾夫化學獎（其重要性在化學領域僅次於諾貝爾獎）。2014年，鄧青雲獲得湯森路透引文桂冠獎。鄧青雲曾獲前僱主伊士曼柯達公司頒發的傑出發明家獎，亦獲得羅切斯特知識產權法律學會的年度發明家獎，被美國消費電子協會列為名人堂人物。2019年 6月14日，鄧青雲因其為高效 OLED的誕生及應用做出的開創性貢獻，榮獲素有「日本諾貝爾獎」之稱的京都獎（Kyoto Prize）先進技術獎。2014年，鄧青雲獲諾貝爾化學獎提名。

鄧青雲 2011 年受聘為蘇州大學講座教授，自此交流頗多。鄧青雲於 2013 年在蘇州大學建立「鄧青雲國際聯合實驗室」，2015 年受聘為蘇州大學國際顧問。鄧青雲作為實驗室的負責人，為聯合實驗室集聚了一批國際上相關領域的頂尖科學家，已在相關領域獲得重要研究成果。同時，鄧青雲經常對蘇州大學的年輕教師和研究生進行直接指導，對蘇州市 OLED產業化發展提供極為有益的幫助，在培養蘇州 OLED研究領域的青年學者、促進蘇州與國際領先 OLED 研究團隊的交流合作方面發揮了重要作用。鄧青雲還推薦多位國際知名 OLED專家，前來蘇州大學進行學術交流。2019年 8月，他被聘為蘇州市榮譽市民。

在與筆者交往過程中，鄧教授談起對科學發明也頗有心得。他說科學新發現有時有一定的偶然性。他以自己為例。1975年剛博士畢業的鄧青雲加入到柯達實驗室，當時的主要工作是有機太陽能電池的研發，並沒有從事 OLED的研發。1979年的一天晚上，鄧青雲在回家的路上忽然想起有東西忘記在實驗室，於是就返回實驗室，他發現在黑暗中有一個亮亮的東西。追本溯源，最終發明了OLED。這個意外驚喜為 OLED 的誕生拉開了序幕，而他也因此被稱為「OLED之父」。

當今信息化社會，集成電路工業飛速發展，關係到世界範圍內各大主要經濟體的發展前景。以計算機、手機設備晶元為代表的微電子器件，更是各國發展的重點，也關係到中國在 21世紀下一步的發展。在 IC 產業發展的過程中，中國在相當長的一段時間內落後於世界發展水平。經過改革開放40年的發展，特別是在2000年後，中國的技術發展有了長足的進步，這離不開一些在世界微電子領域作出傑出貢獻的華裔科學家，包括本文列出的 3位傑出代表。事實上取得諾獎級發明成就的華人微電子科學家遠不止這3位，還有如因發明FinFET而獲得美國國家科學技術獎的胡正明（該項發明使得摩爾定律得以延續）、發明分子束外延的卓以和、發明半導體量子阱及超晶格的張立綱等科學家，他們不僅為國內提供諮詢，有的還直接參与到人才培養中來。他們的成就不僅昭示著華人有能力、有才智發展好IC產業，而且還能勇立潮頭。（責任編輯 王志敏）

作者簡介：錢敏，蘇州大學文正學院電子信息工程系，蘇州大學電子信息學院微電子系，副教授，研究方向為微電子器件、OLED/OPV及集成電路。

基金項目：江蘇省政府出國留學基金項目；蘇州大學文正學院高等教育教改項目（17WZJG0017）；江蘇省高校優勢學科建設工程項目；江蘇

省高等學校自然科學基金項目（19KJD510006）

註：本文發表於《科技導報》2019 年第19期，敬請關注。