芯片战争-40：新中国建立半导体“硅”工业体系
原创 科技真相 科技红利及方向型资产研究 2019-09-01
中国半导体产业的思考—随笔之《芯片战争——亮剑！国运之战》 芯片战争40—新中国建立半导体“硅”工业体系（黎明之前，1950-1959年） 中科院应用物理所组建半导体研究室，第二机械工业部第11所组建半导体研究室；五校联合专门办学培养第一批半导体专业毕业生共240名。北京电子管厂和718厂硅车间合并为十分厂。774厂半导体车间向全国技术转移。新中国建立自己的半导体硅工业体系。 正文： 第二章 黎明之前第二十六节：新中国建立半导体“硅”工业体系 1956年，以王守武先生为首的中科院应用物理研究所“半导体研究室”，设立三个小组（分别为：半导体材料、器件、光热电），开始重点研究半导体“锗”晶体管，其中由汤定元先生牵头负责区熔提纯，由王守武先生牵头负责单晶生产。 半导体研究室，不仅在中科院应用物理所内开展半导体科学技术研究，还担负着联合全国各研究机构、大学和工业部门的有关单位和人员的集体攻关，共同完成“十二年科学远景规划纲要”中的相关任务，同时还承担着新中国半导体科学技术发展培养研究人才的任务。 第一组：半导体材料和物理组，组长为王守武先生；第二组：半导体器件组，组长为吴锡九先生；第三组：半导体电子学组，组长为成众志先生。 图：关于中科院成立“半导体研究室”的指示文件
1956年，在第二机械工业部第11研究所，组建了半导体研究室（第四研究室），由武尓桢先生负责主持研究工作。 1957年，新中国第一次大规模培养了自己的第一批半导体专业人才。当年这一批毕业的学生中，有许多仍是我们今天仍耳熟能详的名字，至今，他们仍活跃在中国半导体产业的各个领域并贡献着各自的力量。比如，中科院院士王阳元先生（北京大学微电子所所长、中芯国际董事长）、工程院院士许居衍先生（华晶中央研究院院长）、电子工业部总工程师俞忠钰先生（华虹设计董事长）、国家863计划专家顾问组副组长马俊如先生（国家外专局局长）、中科院院士秦国刚先生（北京大学教授，为中国半导体材料做出突出性贡献）、中科院院士陈星弼先生（成都电子科技大学微电子所所长）等等。 五校联合半导体专门办学从1956—1958年，系统化的培养了新中国第一批半导体专业毕业生，一共240名。 图：1957年，五校联合半导体专门办学，新中国培养了自己的第一批半导体专业人才
1957年，北京电子管厂通过从烟灰中还原氧化锗，再通过区熔法提纯，拉出了锗单晶，并由中科院应用物理研究所（主要是王守武为首的半导体研究室）和二机部十局第十一所（总工程师为武尓桢）共同开发锗晶体管；攻关总负责人是王守武和武尓桢。其中最重要的锗单晶炉，由王守武负责设计；区熔法提纯工艺由汤定元负责。同年，中国人相继研制出锗点接触半导体晶体管—二极管和三极管。中科院其他参与人员主要还有吴锡九、廖德荣、邓先灿、常正华、陈莹瑜、刘家树、过隽石、魏淑青、周率先、刘颖等人。 北京电子管厂对半导体技术的关注还要追溯到第一任厂长周凤鸣同志在苏联实习的时候。1957年夏，周凤鸣派工程师王正华同志去北京师范大学参加半导体物理学习班（就是王守武先生等人举办的中科院半导体培训班），回来后即筹建了北京电子管厂的半导体实验室，开始了对锗材料和锗晶体管的研发。后来，1958年9月，北京电子管厂的技术人员根据苏联提供的图纸完成了区域提纯机的制造，能将99.9％的锗锭提纯为99.9999%以上的高纯锗。再后来，1959年2月，工厂拉出了第一根锗单晶—这是中国半导体工业界拉出的第一根锗单晶，由此，中国半导体晶体管的研制完成了从科学界向工业界技术迁移的过程。同时，北京电子管厂制定出一套充分利用中国特色的提纯的锗锭和锑进行掺杂拉晶的计算方法，并制定出制造二极管、三极管的锗单晶技术要求。因此，虽然1960年苏联停止供给锗材料的情况下，也没有影响锗器件的正常生产。 1957年11月，中科院半导体器件实验室，中国第一只晶体三极管诞生了。 汤定元先生，毕业南京大学物理系，1948年留学美国，留美期间，发现金属铈的新颖相变首创的金刚石高压容器，现已发展成为高压物理研究的重要仪器。 图：汤定元先生 
汤定元先生1951年回国后，长期从事半导体光电物理与器件的研制。中国红外物理和技术的创建人，中国半导体光电器件的开创者。领导并参与研制成功十种光电器件和红外探测器，部分用于人造卫星、军民用高科技装备中，为新中国“两弹一星”的成功研制作出了突出贡献。 图：汤定元先生以及国产FN-16肩扛式红外制导防空导弹的导引头 
汤定元先生开创了窄禁带半导体的系统研究。有13项创新成果被收入国际权威科学手册中。随后，创建了中国科技大学半导体教研室。 洪朝生先生，毕业清华大学电机系，获得美国麻省理工学院理学博士，加入中科院半导体研究所后，负责组建低温物理实验，1956年领导建造氢、氦液化系统，带领团队研制了中国第一台氢液化器，中国第一台氦液化器。 图：1948年洪朝生先生在美国麻省理工学院实验室
这个时期，洪朝生先生参与了钱学森先生领导的我国导弹工程研制任务，负责导弹实验基地高能液体燃料的实验，先把温度降到零下180摄氏度左右试验液氧，再把温度降到零下250多摄氏度左右试验液氢，为1960年我国的第一枚导弹的发射成功做出了重要贡献。 图：新中国第一台长活塞膨胀机式氦液化器，为1960年我国的第一枚导弹的发射成功做出了重要而巨大的贡献 
随后，洪朝生先生负责组建了中国科技大学低温物理专业。 在硅单晶研制方面，中国人比美国人晚一年时间而已，1959年，中国成功拉制出了硅单晶。同年，清华大学的李志坚博士成功研制出了高超纯多晶硅。 新中国半导体从头开始就走了一条和美国人不一样的独立自主之路，硅单晶的研制最为典型。这其中，林兰英先生居功至伟，可以说，她是当之无愧的“中国半导体材料之母”。 在研制硅单晶时，为了防止氧化物等杂质在高温加热时对所提拉单晶的污染，进而影响了单晶的质量，在制备硅单晶的工艺中，都是以氩气充当炉膛的保护气体。可这种气体当时在国内还不能生产，又属于西方对华禁运名单。没有氩气，硅单晶的研制几乎不可能成功，这是西方的共识，但老一辈种花家半导体人就是不服输，在林兰英先生的带领下，中国人创造性的提出了—高压真空法，采用机械抽气机加上油扩散泵来抽取真空，并让炉子处于真空状态，通过反复实验，所有研究人员经常夜以继日、加班加点，一日三餐都在办公室，困了就打地铺。 图：1958年，林兰英博士带领团队成功研制中国人第一根硅单晶 
林兰英先生带领叶式中、汪光川等人，经历了无数次失败和挫折，克服了重重苦难，最终在中科院北京应用物理所，当那根长度8厘米、直径2英寸、乌光锃亮的圆柱体出现的时候，实验室里一片寂静，所有人眼中溢满泪水。这一刻，1958年国庆前夕，中国人有了自己的第一根硅单晶。 林兰英先生，毕业于福建协和大学，第一个获得美国宾夕法尼亚大学博士（固体物理学）的中国人。1957年，林兰英回国，负责中科院“半导体研究室”的硅材料的研制工作。 图：1955年6月林兰英获得美国宾夕法尼亚大学固体物理学博士学位的留影 
林兰英先生是中国半导体材料之母、中国太空材料之母。中国半导体工业的开拓者之一，负责研制中国第一根硅单晶、第一根无错位硅单晶、第一台高压单晶炉、第一片单/双异质结SOI外延材料、第一根GAP半晶等。林兰英先生为新中国微电子和光电子学的发展奠定了基础；负责研制的高纯度汽相和液相外延材料达到国际先水平。她先后四次获中科院科技进步奖一等奖，两次获国家科学技术进步奖二、三等奖，1996年获何梁何利科技进步奖，1998年获霍英东成就奖，并受到中央三代领导人的关怀和接见。 在新中国半导体工业发展历史上，林兰英先生对于中国硅材料的开创和发展贡献居功至伟，是当之无愧的“中国半导体材料之母”。 随后，中国半导体科学界和工业界再次发挥紧密结合的攻关，进一步完成硅晶体管在军事工业领域的应用。1958年，718厂（华北无线电器材联合厂）开始对硅材料和硅器件进行研发，这是中国半导体工业界第一次对半导体“硅”工业的研制生产。1959年9月9日，该厂的硅半导体车间拉出来中国半导体工业界的第一根硅单晶。 1959年，北京电子管厂的王正华同志接受解放军总参谋部仿制响尾蛇导弹的任务，并带回的4只半导体二极管为样品，一个月之内要求做出管子。同年，北京电子管厂的厂长周凤鸣同志带领王正华接受北京市要求研制硅单晶的任务，按照带回的拉制炉蓝图制造炉子，开始研制硅材料和硅器件（曾试制硅合金三极管）。这一时期，北京电子管厂从事半导体生产的职工已有200人，年产二极管近100万只，三极管3万只，锗单晶和零部件全部自己生产。 1964年2月，四机部决定调整半导体厂点。6月，四机部决定把718厂（国营华北无线电器材联合厂）的硅半导体车间划给北京电子管厂，组成了十分厂，进一步统一加强中国半导体“硅”工业体系的研制和生产力量。当时新组建的北京电子管厂，由七车间负责半导体材料的生产，三车间负责硅二极管及平面管，四车间负责锗合金扩散管，十车间负责锗低频管，半导体实验室负责硅平面管和集成电路的试制。同年，北京电子管厂组建年产300万只锗低频小功率管生产线并于1965年投产。 至此，北京电子管厂（国营774工厂）从开始由一个单一的电真空厂变成了既能大量生产电子管又能大量生产半导体器件的大型电子企业。到1972年7月，半导体分厂扩大为11个车间。至此，北京电子管厂的半导体器件品种、质量和产量发展很快便居于全国领先地位，成为当时新中国研制生产半导体器件的主要基地之一。 到了上世纪60-70年代，四机部为了进一步推动全国半导体器件工业能够迅速发展，不断要求774厂向全国各地移交锗、硅器件的生产线。从1967—1968年，774厂陆续将几条锗管生产线移交给地方工厂，自己只剩下一条锗低频小功率管生产线。1967年，遵照四机部的决定，774厂将新组建的硅二极管全部内迁贵州凯里成为873厂（永光电工厂），同时输送干部67人，技工113人。1968年，四机部把银川新立织造厂改建为4430厂（宁光电工厂），生产半导体器件，774厂将从日本引进的成套设备支援了4430厂，并输送干部58人，工人85人。1971年，774厂援建贵州083基地的4433厂（风光电工厂，地点在贵州都匀，生产半导体器件），并输送30多名技术骨干。4433厂的第一任厂长由曾担任774厂副厂长（主要负责774厂半导体分厂的建设和生产管理）和厂长的林巍同志担任。 图：周总理视察774厂 
再后来，到了1984年，北京电子管厂根据上级部门的要求再次将半导体锗器件生产线（1G2）分别移交给了江苏南通晶体管厂和山东临沂半导体二厂进行生产。 至此，结束了北京电子管厂的锗器件生产的光荣的历史使命。 根据不完全统计，从1956年到1984年的28年间，北京电子管厂（774厂）援建部属的厂、所合计18个，援建地方的厂、校合计13个；一共输送各类干部约2186名（其中：中层以上干部140人，工程技术人员1181人）、技工1362名。在774厂历年开发出来的500多个产品中，有230多个被上级主管部门划拨到其他企业生产。。。 上世纪70年代，北京电子管厂编写了一部教材—《硅锗单晶的制备》，成为中国半导体工业界的经典教材。 图：北京电子管厂编写的《硅锗单晶的制备》 
可以说，继美国人之后，在半导体晶体管，特别是硅晶体管等领域的成功研制，中国人半导体人独立自主的实现了自身国家初步的半导体——硅工业体系的建设。 感谢您一直以来、长期持续关注《中国半导体产业的思考——随笔》和《芯片战争——亮剑！国运之战》相关系列报告以及敬请您持续关注后续系列！ 如果您喜欢本文，欢迎转发和转载。谢谢。 注1：本文部分图表、数据等引用于互联网、公司公告等；注2：本文相关专利信息和说明等引用于互联网以及国家相关专利机构等；注3：本文相关公司信息、产品等引用于互联网，外媒、公司公告等；注4：本文相关行业数据、产业信息等来自国家统计局、工信部等；