万丈高楼平地起 , 面向全新领域,陈星弼开始一砖一瓦搭建基础平台 。1983年,他推动建立微电子研究所,带领大家忘我地投入科研工作 。每天晚上钟声敲过十二下 , 学校要关门了 , 陈星弼才肯离开实验室,一路疾走,回到家中继续干 。有时工作到凌晨两三点 , 有时通宵达旦,直到东方发白 , 才短暂休息几个小时 。
此时的陈星弼已年过五旬,却以比年轻人更勤勉的态度、更旺盛的精力投入这一全新的事业里 。于是,一条新路,在陈星弼坚实的步伐中,延伸向希望的远方 。
陈星弼的几篇论文《P-N结有场板时表面电场分布的简单公式》《突变平面结表面电场的近似公式》等相继发表,“功率半导体器件及高压集成电路”这个崭新而陌生的词组从此与他紧紧联系在一起 。1987年 , 微电子研究所课题达到10个 , 经费将近30万元 。这在当时是一笔不小的数目 。
“尤其值得高兴的是 , ‘半导体器件与微电子学’高分通过了博士点申请 。”1989年11月,时任电子科技大学校长的刘盛纲院士,在一次校内会议上通报了学校参加全国第四批学科点评审的情况 。陈星弼舒心地笑了,在同事热情的掌声中,他激动地用力皱紧眉头 , 眯起眼睛,不让泪水流出 。
勇攀高峰
“集成电路为电子信息时代奠定了基础,就像造房子一样 。网络、云等都是重要的,但基石是微电子 。”陈星弼在接受采访人员采访时这样介绍自己的研究,“关于电子信息的发展,有两个重要的问题:一个是如何发现新的发电方法,比如太阳能电池;另一个是如何节省电能 , 我们所做的工作就是节省电能 。”
陈星弼以微电子研究所为“根据地” , 带领一批优秀的科研工作者在半导体功率器件领域不断奋斗 , 在中国首次研制了VDMOST、IGBT、LDMOST、MCT、EST等器件 , 并首次提出了各种终端技术的物理解释及解析理论 。他想,人们希望功率器件耐压很高,接通时电阻很小,但它却有硅极限 。如何实现突破呢?
陈星弼研究了很多终端技术理论,逐渐形成了表面耐压层结构的想法 。他不分白天黑夜,泡在实验室里,甚至自己出钱租设备 , 助手唐茂成和叶星宁协助他到沈阳电子部47所投片 。经过多次试验,陈星弼和他的研究小组终于通过改变功率管的结构,实现了复合缓冲耐压结构(现称为超结器件) 。
超结器件导通电阻低,易驱动 , 速度快,引起学术界和企业界很大反响,被称作“功率器件的新里程碑” 。
这一发明的相关专利在全世界范围内已被引用超过550次 , 所产生的经济效益非常明显 , 英飞凌、意法半导体、仙童、东芝等公司都投入生产 。根据法国半导体领域的一家市场调查公司的调查结果显示 , 超结功率器件将以10.3%的年复合增长率迅速增长 。而超结MOS器件的应用也非常广泛,包括电脑电源、照明电源、液晶电视、光伏逆变器,以及医疗、电信、工业等多类电源都有它的“身影” 。
为此,国内外专家对陈星弼及其发明都给予了高度评价——
美国德克萨斯大学电子工程系终身正教授周电说:“陈院士的发明是中国人民的智慧瑰宝,也是全世界人民的共同智慧财产 。”“该专利发明标志着半导体功率器件发展进入了一个叫作‘超级结’功率器件的新时代 。”
加拿大科学院院士、前院长、中国科学院外籍院士Jamal教授说:“事实上,在功率器件领域 , 他(陈星弼)曾通过出色的研究工作单枪匹马让中国的研究进入国际学术舞台 。与我们现在的科研条件相比,他是在资源极其有限的情况下实现这一巨大成就的 。”
然而,陈星弼对超结器件仍不满意,耿耿于怀的是它的缺陷 。2000年后,他又发明了高K电介质耐压结构、高速IGBT、两种多数载流子导电的器件等,这使我国高压(功率)集成电路在一个新的、更先进的起点上起飞 。
科研人生
2015年,陈星弼荣获国际功率半导体先驱奖,他谈到了自己对科研的热爱:“和我同龄的很多人都已经过上了清闲的退休生活,但我却很享受奋战在第一线的状态 。我觉得吃喝玩乐才没意思呢,在科学的路上,遇到困难、解决困难就是一种幸福 。”
陈星弼是从20世纪50年代开始走上了这条“幸福”之路的 。那时,他刚从同济大学毕业,在南京工学院电机系任助教 , 又北上中科院进修 。他被漂移晶体管吸引住了 。这在当时是新兴事物,正逐渐替代饱和晶体管 。
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