無處不在的半導體

　　自上世紀中期投入應用以來，半導體已經(jīng)深入到人們的生活、學習和工作的方方面面，給電子工業(yè)帶來革命性的影響。但是這個時刻陪伴身邊的半導體究竟是什么？
　　中國科學院王占國院士同半導體打了一輩子交道，他這樣回答：半導體是介于導體和絕緣體之間的一類材料。它有四個特點：熱敏性，與金屬不同，半導體的電阻與溫度變化是相反的，電阻越小溫度越高；光敏性，光一照，它的電導就發(fā)生變化；光伏效應，光照產(chǎn)生光電壓；整流效應，從A端到B端是通的，從B端到A端就不通了。
　　半導體的特性為我們帶來了無窮益處：“如發(fā)射一噸重的衛(wèi)星，假如用晶體管代替電子管重量可減輕100千克，就可以節(jié)省9噸的燃料。它不僅廣泛應用在航空航天、人造衛(wèi)星等高科技領域，而且是我們生活中不可或缺的：醫(yī)學上的核磁共振儀，日常用的收音機、電視機、洗衣機、微波爐、電冰箱、電子表、手機……里面核心控制的設備都是半導體。半導體應該說是無孔不入、無處不在?！?BR>　　硅作為半導體材料的代表，現(xiàn)在已經(jīng)成為微電子技術的基礎材料，我們用的電子元器件和電路的90%都是硅材料。使用硅材料做集成電路，產(chǎn)值已達到每年約3000億美元，由硅材料做成的器件和電路可以拉動幾萬億美元的電子產(chǎn)業(yè)，半導體硅材料可以說是信息時代的基礎。

王占國（前左）在國際會議上與瑞典皇家科學院院士Lars Samuelson 交談

　　追隨一生的半導體

　　王占國1938年12月29日生于河南鎮(zhèn)平。1962年畢業(yè)于南開大學物理系，同年到中科院半導體所工作。從那時起，他的人生腳步，就沒有離開過半導體這個領域。
　　參加工作以后，王占國致力于半導體材料光電性質和硅太陽電池輻照效應研究。其中，硅太陽電池電子輻照效應研究成果為我國人造衛(wèi)星用硅太陽電池定型(由PN改為NP)投產(chǎn)起了關鍵作用。
　　1971～1980年，他負責設計、建成了低溫電學測量和光致發(fā)光實驗系統(tǒng)，并對GaAs和其它III-V族化合物半導體材料的電學、光學性質進行了研究。其中，體GaAs熱學和強場性質的實驗結果以及與林蘭英先生一起提出的“GaAs質量的雜質控制觀點”，對我國70年代末純度GaAs材料研制方向的戰(zhàn)略轉移和GaAs外延材料質量在80年代初達國際先進水平貢獻了力量。
　　1980～1983年，經(jīng)黃昆和林蘭英兩位所長推薦，他赴國際著名的深能級研究中心瑞典隆德大學固體物理系，從事半導體深能級物理和光譜物理研究。在該領域權威H.G.Grimmeiss教授等的支持和合作下，做出了多項有國際影響的工作：提出了識別兩個深能級共存系統(tǒng)兩者是否是同一缺陷不同能態(tài)新方法,解決了國際上對GaAs中A、B能級和硅中金受主及金施主能級本質的長期爭論；提出了混晶半導體中深能級展寬和光譜譜線分裂的物理新模型,解釋了它們的物理實質；澄清和識別了一些長期被錯誤指派的GaAs中與銅等相關的發(fā)光中心等。
　　1984～1993年，在半導體材料生長及性質研究中,提出了GaAs電學補償五能級模型和電學補償新判據(jù),為提高GaAs質量、器件與電路的成品率提供了依據(jù)。與人合作，提出了直拉硅中新施主微觀結構新模型,摒棄了新施主微觀結構直接與氧相關的傳統(tǒng)觀點,成功地解釋了現(xiàn)有的實驗事實,預示了它的新行為；與龔秀英等同事合作，在國內(nèi)率先開展了超長波長銻化物材料生長和性質研究,并首先在國內(nèi)研制成功InGaAsSb,AlGaAsSb材料及紅外探測器和激光器原型器件。
　　他協(xié)助林蘭英先生,開拓了我國微重力半導體材料科學研究新領域,首次在太空從熔體中生長出GaAs單晶并對其光、電性質作了系統(tǒng)研究,受到國內(nèi)外同行的高度評價。

2008年12月王占國于北京

2007年5月22日王占國院士（二排左五）與同事和學生合影

　　新科技革命的起點

　　硅集成電路的器件尺度不可能無限減小，摩爾定律在硅器件尺寸減小到一定程度的時候，會遇到量子效應、功耗問題、隧穿問題等等，這就限制了現(xiàn)有模式的繼續(xù)發(fā)展。國際上預計，2022年硅集成電路器件的最小尺寸將達到10納米左右。
　　王占國認為，半導體材料發(fā)展的一個重要趨勢是由三維體材料向二維超晶格量子阱、一維量子線和零維量子點方向發(fā)展。目前，基于GaAs和InP基的二維量子阱材料與器件已經(jīng)發(fā)展得很成熟，廣泛地應用于光通信、移動通信、微波通信的領域。量子線和量子點材料和器件及電路業(yè)已嶄露頭角，發(fā)展迅速。
　　王占國表示，半導體的潛力還遠遠沒有被挖掘出來，例如除了基于量子力學的量子信息技術之外，還有分子電子學、自旋電子學、納米電子學都在探索之中。半導體納米科學技術的應用，將從原子、分子、納米尺度水平上，控制和制造功能強大、性能優(yōu)越的人工微結構材料和基于它們的器件和電路。而這些，極有可能觸發(fā)新的技術革命，把我們?nèi)祟悗氲礁用烂畹臅r代，使人類進入變幻莫測的量子世界。