林兰英的子女 追记林兰英院士:那盏永恒的明灯

林兰英(1918年2月7日~2003年3月4日),福建莆田人,半导体材料科学家。1940年毕业于福建协和大学。1955年获美国宾州大学博士学位。一直从事半导体材料科学研究工作,是我国半导体科学事业开拓者之一。开创了我国微重力半导体材料科学研究新领域,并在砷化镓晶体太空生长和性质研究方面取得了令世人瞩目的成绩。1980年当选为中国科学院学部委员(院士)。

■王启明

1957年初春,林兰英怀着矢志报国的满腔热情,从大洋彼岸回到了日夜思念的祖国。最初,家乡的高等学府——爱国侨胞陈嘉庚早年创办的厦门大学有意留她在物理系任教,致力于半导体科研事业的发展。

这本是一个回报故乡的契机,但新中国科技发展的宏业更需要她。1956年,在周恩来总理亲自主持下,中央制定了“十二年国家科技发展规划”,并着力采取紧急措施筹办四个高技术研究所,中国科学院半导体研究所是其中最具基础性的一个。

由于林兰英留美期间在半导体学科领域打下深厚的研究基础并取得卓越成就,经科学院提出,中央出面把她安排到北京中国科学院应用物理所的半导体研究室,接替洪朝生先生参与领导半导体材料研究。她满腔热情地接受了这项任务。

关爱后辈 言传身教

那时,我刚从上海复旦大学毕业,被分配到半导体材料组,从事半导体锗材料的高频炉加热区熔提纯工作。

林兰英先生上岗的第一天,就是到材料组实验室实地考察了解我们的工作进展状况。第一次见面,她的严谨认真给我留下很深印象。

当我向她报告提纯的材料电阻率已接近本征值时,她亲自观看了当时唯一一台我们自己搭建的四探针测试装置。虽然她对测试结果的可信度有所怀疑,但是她并不主观臆测,而是尊重事实。她邀我到办公室,给了我一根沉甸甸的锗锭——这是她躲过美国海关,毅然带回国内的珍贵礼品,让我用自搭的四探针装置测量出电阻率,然后向她报告。

我从锗锭的头部测到尾部,把测出的电阻率分布汇报给她。她微笑着说:“行!对得上。”从此以后,林兰英先生在工作上对我一直非常关爱和信任。

1957年10月,我患了甲型肝炎,住院治疗后有相当长一段恢复期,只能上半天班,短时间内无法参加材料提纯和单晶制备工作。于是她精心安排我开展一些机动性较强的材料物理测试工作。“迁移率”在她心目中是判断材料质量及其内部物理信息的重要参数。因为“迁移率”的大小及其随外场的变化规律,反映出材料内部散射机制的本质。这也是她对我开展材料物理测试工作的一次考察与测验。

1960年10月,半导体研究所正式成立,材料组扩大为半导体材料研究室。林兰英先生担任室主任,立即在材料研究室设立物理测试组,并指定由我主持材料物理测试组工作。在她和洪朝生先生的合作指导下,着手建立了液氢到室温(15K~300K)变温Hall系数和电导率测试系统,测试了锗材料中迁移率的温度变化特性,观察杂质带效应同时测试相应材料参数。

1961年秋,半导体所承担了国家计委指派的任务,成立由时任副所长王守武先生兼任主任的“半导体材料与器件测试中心”。林兰英先生创建的材料物理测试组全部划归测试中心,于是我离开了她的直接指导。

虽然我离开了材料研究室,但她对材料物理测试和我的工作一如既往地关怀。1964年,国外首次报导采用液相外延法生长优质薄层GaAs(砷化镓)材料,由于高掺杂突变PN结的实现,使激光器的阈值电流有了数量级的大幅下降。

在副所长王守武和室主任林兰英的共同领导下,半导体所迅速在材料室和测试中心(后来的光电器件室)开展了GaAs优质材料的外延生长和激光器件的研制。她尤其关注材料的质量与器件的关联性研究,安排我开展对外延材料光致荧光谱的测试研究,每周一次的材料、器件研讨会上,我都要向她报告测试分析和归纳的结果,经常得到她的肯定与鼓励。

1980年,停止增选工作有23个年头的中科院学部重新开始了委员(院士)的增补。她与许多知名科学家一起被增补为“文革”后的首批院士。随后在技术科学学部成立了以林兰英为组长的“半导体与微电子”专业小组,成员中除院士外,还扩大吸收了一些比较年轻的一线科学工作者。在林兰英先生的关怀和培养下,我与电子部的俞忠钰被提名担任专业组秘书,从而使我有机会接受院士们深邃、严谨学风的熏陶。

1983年,黄昆先生辞去所长职务,领导班子换届时,也是由于黄昆先生和林兰英先生对我多年的关怀、培养和考查,在他们的提名推荐下,院领导任命我担任了分管科技和外事的副所长,直到1985年接任所长。作为师长和前辈,林兰英先生在我任职期间仍一如既往在工作实践中考查、帮助、提醒和鼓励我。

例如,“文革”后首次提拔研究员,是由所内几位院士和所长(当时我还是副研究员)组成评议小组,经评议小组充分讨论后,通过无记名投票方式选出。林兰英先生很高兴地对我说:“你是出于公心的”。

我当所长时,实验楼内的办公室就在林兰英先生的隔壁,有机会经常串门,征询她的意见。她有了什么想法,也会直接叫我过去研讨指导。

在我半个世纪的成长历程中,林兰英先生那和蔼、慈祥的教诲,那诲人不倦、谆谆教导、言传身教、关爱后辈的品质,一直指引着我努力前进的方向。

敢于创新 勇于实践

林兰英先生不因循守旧,她胸怀大志,敢于创新,勇于实践。她总是立足在科学和社会发展的前沿,不断提出崭新的思想和发展的目标。她和其他回国的半导体、微电子学界的前辈们一起,在刚起步不久的锗晶体管的研制起点上,迅速作出转向发展硅晶体管的决策。正因如此,我国的集成电路发展比当时的苏联更早、更快。

刚刚成立的半导体所研究人员并不多,经常有机会聆听林兰英先生谈论对科学的畅想。在我的记忆中,虽然她对硅材料单晶的研制倾注了绝大部分心血,但对III-V族化合物半导体和稀土半导体的重要性也会经常提起。1960年出任材料研究室主任后,她立即组织了III-V族化合物半导体材料研究组,从物理所调来了许振嘉同志,并在第一线全面指导开展砷化物和磷化物的研究。

当时研究人员有限,有时为了突破某项技术障碍,她调动全室力量一起攻关,就连主持测试组工作的我也会临时接到任务。她的敢想敢干、善于组织、勇于突破的精神,给人留下了深刻的印象。

如果没有当时对III-V族化合物材料的研制,那么在1962年GaAs半导体激光器问世之时,我们就无从赶上世界的发展潮流,势必会失去我国半导体光电子发展的机遇。

林兰英先生到所后,我多次听她说起稀土半导体的研究。然而基于当时的技术条件,即便在发达的西方国家,这项研究也还无人问津。据说在北京大学黄昆先生的支持下,北京大学物理系的团队曾在实验中作过尝试。稀磁半导体和稀土发光材料的研究,这些在当时被认为是不可思议的事情,今天正在变为现实。无疑,林兰英和黄昆的创新思想超前了半个世纪。

林兰英先生一直关注着本征纯度化合物材料的生长。当分子束外延技术(MBE)兴起的时候,她考虑到源材料的元素纯度将制约合成化合物晶体的纯度极限。在她担任半导体所副所长的上世纪70年代末,她参考质谱仪的磁偏转原理,创新提出了用磁场分离不同荷质比元素离子,从而可在获得高纯净组分元素离子束的基础上进行合成外延生长,称之为离子束外延生长(IBE)。

此前,这项技术在国际上从未实现过。这一大胆设想得到中科院院领导的支持,她调动组织所内力量,亲自挂帅出面联系与长沙某研究所合作,首次设计加工出复杂的双束离子束外延生长系统。

尽管离子束外延技术至今未能替代分子束外延的广泛应用,但是一种创新思想的实现往往不是一帆风顺,而是随着时间的推移,呈螺旋式的发展。

半导体材料尤其是化合物材料,在地面上生长时由于重力场的牵引作用,组分的混合很难做到理想的均匀化,这就导致了由于组分失配产生的缺陷,影响材料质量。林兰英先生基于她对材料生长动力学过程的深刻了解,从而在上世纪80年代开始对此予以极大关注,在科学院内外调兵遣将,组织了在返回式卫星上开展太空生长GaAs单晶的大胆实验。

这一科学畅想当时也曾引起非议:“地面上没做好,还花这么大代价上天去做!”然而在国家相关部门和院领导的大力支持下,事实终于不负苦心人,得到了极低缺陷的太空生长的GaAs材料,验证了生长动力学过程的准确性,同时也为日后获得优质半导体新材料指出了方向。

她的成功惊动了世界科学界。日本著名半导体材料物理学家两泽润一获知中国制备太空GaAs单晶材料后,1988年秋专访半导体所,特意带来一件当时非常精致的Sony小型磁带录音机,作为珍贵礼物送给林兰英先生,同时提出希望能从林兰英先生处得到一块样品,回去合作研究。

当时林先生身在外地,我代她收下,并转告两泽先生的意愿。林兰英先生怀有强烈的爱国心,婉言拒绝,未予答应。虽然科学是没有国界的,但是科学成果的应用则有极强的国家利益背景。林兰英先生看重的不是“太空单晶之母”的荣誉,而是高于一切的民族气节、国家利益。

尽管林兰英先生有敏锐的洞察力和超前的科学思维,但是她一直教导从事材料研究的工作者要甘于寂寞,不赶潮流,潜心研究。她深知美国的科学技术之所以领先于世界,其重要因素之一,就是他们奠定了雄厚的材料科学基础,材料科学的深入探究,新材料的不断涌现,以最快的速度、最短的周期,促进着高新技术领先发展。

可以说材料工作既属前沿又是基础,它优越的功能和不可替代的特性,往往只能在器件甚至功能模块中才能展现出来。从某种意义上来说,材料研究又像是一种“垫底”的工作,其重要性很难直观感触到。

如果没有一支甘于寂寞、淡泊名利、无私奉献的材料科研团队,把材料的科研工作做深、做透、做新、做早,那么国家科技实力的发展必将受制于人。

无私无畏 坦诚直言

林兰英先生倾心于国家兴旺、科技发展、团队的壮大、竞争力的发挥,她用一颗赤胆忠心,铸就了她无私无畏、坦诚直言的品质。

对她领导下的人员,她的要求是很严厉的,常有恨铁不成钢之意。无论在学风上还是工作态度上,乃至人际关系上,只要她觉察到有欠妥之处,她从不顾及情面,音容严肃,坦率批评,这为的是对同志对工作负责。而一旦她看到有些同志的工作有了突破,学风严谨,处事公正,她总是以长辈般慈祥的音容予以肯定和鼓励,期望他再接再厉,更上一层楼。

对于同辈,她只要有想法和意见,不管是肯定还是反对,她也总是毫无顾虑,坦诚直言。但是她的直言并非脱口而出,而是经过了一番了解、斟酌和剖析之后的。因此大家对她的意见都很尊重,这在学部的讨论会上表现得尤为突出。也正因如此,她在院士中享有崇高的威望。

以林兰英先生坦诚直言的优秀品德,她多次入选全国人大常委会,国家需要她,人民需要她。她忧国忧民,经常提出一些中肯的建议甚至批评意见,受到国家领导的充分重视。

记得1992年江泽民总书记视察半导体所时召开的座谈会上,林兰英先生就国家对半导体集成电路的投入力度这一问题,坦率提出了尖锐的批评意见。这些宝贵的意见,大都为国家领导所理解和采纳。林兰英先生有很强的组织观念,有话她在会上说,当面说,从不在无关场合议长论短。除此,她也非常重视倾听群众的不同呼声和期望。

从这个意义上来说,她确是一位代表了人民的人大代表。

我和林兰英先生在工作岗位上最后一次接触,是2002年5月的一次研究生毕业论文答辩会上。因为这位学生由她指导从事SiGe(硅锗)材料生长的研究,她知道我近10年一直着力于Si基光电子的研究,邀我作为答辩委员会的成员。那时,她肺部已发现有了问题,但她还一直坚持工作。会间她告诉我,医生发现她脚部浮肿,走动已感不便,责令她不许再外出活动了。这遗憾地成为我们最后一次在岗位上的会面。

林兰英先生住进协和医院后,我第一次去探望时的情景记忆犹新。刚住院不久,那时她精神还很好,侃侃而谈足有半个小时。她谈到了超薄层材料的生长和抗辐照电路的发展,以及对青年人才培养的期望,唯独没有谈及自己的身体健康。

后来她的病情又有发展,我最后一次探望是在2003年2月中旬去厦门出差之前。那时她已转到急救病房,靠输液管和输氧管维持着生命。她已经说不了话了,但思维还很清楚。我用白纸写上大字,隔着玻璃窗告诉她,我正要去厦门大学,帮他们开展半导体光子学实验室的建设,完成她未竟的心愿。

她看了后,微微点头会意。未曾料到,这竟是最后的一次见面。2003年3月4日,备受尊敬的林兰英先生不幸与世长辞,对国家,对半导体事业无疑是一个沉痛的损失。

林兰英先生已走了整整十年,无论是对国家,还是对科学院甚至半导体所和材料科学而言,十年的发展变化都是巨大的。虽然她未能亲身为这辉煌的十年倾注心血、作出贡献,但她的精神、她的身影、她的音容,都在永远鼓舞着后人立志奋发、无私奉献。

(作者系中国科学院院士、中科院半导体所原所长)