我和我的祖国:北大老同志庆祝新中国成立70周年回忆文集
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在职四十年

大学毕业了,我很高兴留在物理系工作。去农村劳动锻炼一年之后,我被分配在黄昆先生领导的固体能谱研究室。

我在固体能谱研究室工作虽然不到两年,但感受到这里的严谨学风:“分析问题从第一原理出发,注重概念准确”,这使我受益不少。当时每周有一次例会,分别报告自己的工作,或者报告阅读的文献。文献多数是英文的,可我们学的是俄文,只在大学五年级才上了一年的英文课。没办法,只有硬啃了。单词卡记了一摞又一摞,连走路都拿出来背,那两年真是比上学的时候还用功。

1969年,学校在昌平校区(当时叫200号)成立电子仪器厂,从数学系计算数学专业、电子系(当时叫无线电电子学系)计算机专业、物理系半导体专业抽调教员,研制百万次通用数字计算机及其集成电路。我们是学半导体的,就参加建立半导体工艺线的工作。

用了一年多的时间,工艺线建成了,并且成功制作了双极型晶体管和小规模集成电路,真是不容易。

这是一条小而全的工艺线,从拉单晶硅、切片抛光、制光刻版、外延、封装、测试、老化等外围工艺,到薄膜生长、图形光刻、掺杂扩散等核心工艺,几乎包括了全套的半导体工艺。虽然精度和效率都不高,但对工艺研究和工艺教学还是有用的。我就是在建线过程中,熟悉了集成电路的工艺,到现在一闭眼还能想得出它是什么样子。

记得是在1972年,工艺线成功制作了50位PMOS动态移位寄存器集成电路。其中的器件是P沟道MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)。MOSFET与以前的双极型不同,是单极型器件,分PMOS和NMOS。关于这种器件的构想,早在20世纪30年代就有了,可是直到60年代,国际上才把比较容易的PMOS制作出来。

大概又过了四年,我们的工艺线成功实现了难度比较大的N沟道硅栅MOSFET工艺,这在当时是比较先进的,对国内的集成电路工艺起到了推动作用。记得上海的上无十四厂等集成电路大单位都派人来交流学习。

1978年,学校成立了计算机科学技术系,系里有计算机专业和我们的微电子学专业,这好像是国内第一个以“微电子学”命名的专业。

1981年我得到一个去加拿大不列颠哥伦比亚大学(UBC)进修两年的机会,方向是半导体器件物理。去了一段时间,我了解到那里的IC(集成电路)设计,包括电路计算、芯片布图,都用上了计算机,技术水平虽然比不上硅谷,但还是比国内先进。在去UBC之前,我也做过一点IC设计,都是手工的,手工计算、手工画图,不仅效率低,而且容易出错。因此,我就想把进修方向由器件物理改为IC设计,不过这需要经领导同意。我就给王阳元老师写信,说了这个想法。王老师回信表示支持我改为IC设计方向,因为正缺少做IC设计的人手。

1983年回国后,我就参加到IC设计组的工作中,主要任务是确定项目和开设课程。开课比较好办,自己能开的就自己开,开不了的就到外边请人。第一年的IC逻辑仿真与验证课,就是请中科院计算所的老师讲的。学校里能上机练习的就在学校上,学校里上不了的,就用外单位的设备。第一年的IC版图编辑和验证,就是在中科院微电子所(当时是109厂)做的上机练习。然而,确定项目的任务,就比较困难了,因为我们IC设计的基础比较薄弱,也没有相应的设备,很难申请到项目,所以没能赶上“七五”计划的“班车”。

1987年北京市科委实施高技术实验室计划,我们的申请获准,在北大成立了“北京市软件固化高科技重点实验室”,研究软硬件协同设计方面的课题,并且得到了经费支持。这是IC设计得到的第一笔经费,添置了ICCAD(集成电路计算机辅助设计)等设备,总算有了IC设计的基本条件。我们非常感谢北京市科委给予的大力支持。

根据当时的工艺水平和ICCAD系统的功能,IC设计组选定ASIC(专用集成电路)设计方法研究为课题,并开展单元电路建库的设计研究,为国内IC厂家建立支撑条件。后来这个课题得到“八五”科技计划的支持,成为“八五”项目。为了更好地发挥我们的物理基础,我们把IC设计由纯数字电路向数模混合方向调整了一下,到了90年代中期,就开始承担数模混合IC设计方面的任务。

经过差不多10年的时间,IC设计组逐渐形成了一些特色。到了21世纪,在“十五”计划期间,所承担的任务就比较饱满了,有些项目还比较重要。但我心里也更不踏实了。那年我61岁,退休在即。承担重点项目的主力是博士生,再过两年就要毕业,社会上有那么多IC设计公司拿着高薪到学校来招人,我能把这些骨干留下来吗?项目能完成吗?我实在没有把握,只有请领导帮忙了。

我非常感谢微电子所领导的鼎力支持,不仅留下了骨干,还让我在退休后(2003年)又招收了一届博士生,使得IC设计团队得以壮大。有了这样的团队,完成任务就有了保障,而且还有了“后劲”,得以继续发展。2002年我安心地退休,把挂在我名下的项目转给年轻人,让他们站到前台唱主角。

之后,又从国内、国外引进人才,把IC设计向SoC(系统集成芯片)设计发展,充分利用纳米级工艺条件的优势,使得所设计系统的水平再提升一步。

2012年,学校支持建设的微纳电子大厦落成,为集成电路的器件研究、工艺研究、设计研究提供了更好的条件,也取得了更多高水平的研究成果。每当有老同学、老朋友来访,我都要带他们看一看我们的新楼,看一看微电子研究院各研究团队的介绍。他们纷纷称赞我们的师资力量、实验条件和研究成果。

十几年的业绩表明,这些年轻人干得比我们好。当年我们写的文章,能在国际顶级会议、顶级杂志上发表的只是凤毛麟角;设计的电路,也很少能形成批量应用。既没能“顶天”,也没有“立地”,这一直是我的遗憾。现在,“顶天”“立地”这两个目标,学生们都替我们实现了,不仅发表了很多高水平的文章,而且所设计的芯片也得到了大批量的应用。这让我感到非常欣慰。

我国的芯片水平与国际相比还有一定的差距,缩小这个差距的使命落在年轻人的身上。我相信,新一代的微电子人凭借他们的聪明才智和踏实努力,一定能取得更多成果,为我国的芯片事业做出更大的贡献。

今年是新中国成立70年,我衷心祝愿祖国繁荣昌盛、人民幸福安康;祝新一代微电子人事业有成,取得更大的进步。