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追梦中华・学侨史 忆侨杰053

林兰英:我国半导体材料科学的奠基人和开拓者

发布时间:2021-08-04 10:10:33  作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:
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编者按:2021年是中国共产党成立100周年。在全党开展党史学习教育和全省开展“再学习、再调研、再落实”活动之际,由中国侨联信息传播部指导,福建省侨联主办,各设区市侨联等协办,联合推出“追梦中华・学侨史  忆侨杰”专题宣传。报道百名闽籍华侨华人和归侨侨眷代表(或事件)与祖(籍)国心连心同呼吸共命运的百年历程,投身中华民族独立解放、社会主义现代化建设、实现伟大复兴中国梦的伟大实践,展现敢拼会拼爱国爱乡无私奉献的华侨精神,进一步凝聚实现全方位推动高质量发展超越、开启第二个百年奋斗目标新征程的磅礴福建侨界力量。


林兰英(1918-2003年),福建莆田人,中国共产党党员,美国归侨,著名固定物理学家。曾任协和大学助教、讲师,美国索菲尼亚公司高级工程师,中国科学院物理研究所研究员,中国科学院半导体研究所研究员、副所长、中国科协副主席。中国科学院院士,我国半导体科学事业开拓者之一,有中国“半导体材料之母”和“中国太空材料之母”之称。

绝食相争  终得上学

1918年2月7日,林兰英生于福建莆田县(今改莆田市)名门望族,祖先林润是明朝嘉靖年间御史大夫。任职时,严嵩父子权倾朝野,林润不畏权势,不断向皇上上书弹劾,终于扳倒严嵩父子。隆庆年间,朝廷拨款在莆田城内下务巷兴建御史府第,林兰英即生于这座庞大的花园宅院里。

林兰英祖父经商有成,父亲大学毕业后在外地工作,母亲在家主持家政。莆田旧时有重男轻女之风,林兰英有两个弟弟四个妹妹,妹妹皆被送人,身为长女的林兰英虽免遭送人,但小小年纪即开始做家务,6岁时就须为全家煮饭,闲时还须做刺绣等。

到了读书年纪,见母亲无意让自己进学堂,林兰英除了以哭闹争取读书权利外,还以绝食抗争,且一连三天粒米未进,终为自己争来背起书包进学堂的机会,但前提是家务活一件也不能少一点也不能减,每天照样林兰英要早早起床为全家做早餐,晚上放学回来也要先做家务再做作业,林兰英也因此养成了每天只睡6个小时的习惯。

林兰英学习可用出类拔萃相喻。在砺青小学读书时,她的成绩始终位列全年级前两名。小学毕业后,又以优异成绩被保送进砺青中学,此后三年,她年年第一。林兰英的成绩让母亲也跟着沾光,常常有人夸她教子有方,还有人慕名登门请教。初中毕业时,母亲支持林兰英继续读书。

1933年,林兰英考入莆田中学高中部,成为全年级唯一女生,次次考试皆是全年级第一名。读完高一,她转学至莆田县教会女子中学-咸益中学。在咸益中学,她又连续四个学年考了四个全年级第一名。

大学老师  赴美留学

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青年林兰英(前) 

1936年,林兰英考入福建协和大学数学系,成了林家第一名女大学生,也是全县屈指可数的几名女大学生之一。

抗日战争全面爆发后,因协和大学紧邻军港马尾,日本军机狂轰滥炸,林兰英随校迁往闽北大山之中的邵武。

1940年,林兰英以优异成绩毕业并留在协和大学担任助教,教授普通物理学、高等数学、光学、物性声学、电磁学·······后因教学成绩突出,晋升讲师。

1948年8月,林兰英启程赴美国迪金森学院数学系留学。

东方才女  获金钥匙

林兰英到美国不久,就被称作“东方才女”,用两个星期学会了法语,得了“A+”,成了全班法语成绩最好者。 

迪金森学院法语教授斯隆直赞:“这个中国姑娘,真是令人不可思议。”

第一个在公开场合称赞林兰英为“东方才女”的是迪金森学院数学系主任埃尔,当时埃尔正编写专著《微积分》,邀请林兰英将书中拟就的习题做出正确答案。林兰英抽空完成了这一任务。当教授细看了林兰英答案后,惊讶于她解题的独特思路,感觉许多演算步骤比自己设想的还要简单明了,惊叹道“这是一个不可多得的东方才女”。从此,埃尔教授向人推荐这位自己最得意学生时,一定在林兰英名字前加上“东方才女”一词。一年后,林兰英获得了该学院授予的数学学士学位,并同时获得了美国大学荣誉学会奖励她的一枚金钥匙。

通常情况下,金钥匙是奖励在校连续四年学习成绩优秀的学生,而林兰英却提前三年获得。有了金钥匙,便可打开美国各地的学会大门,不受限制参加各种学术活动。

改学物理  获得博士

埃尔教授本推荐林兰英去芝加哥大学读博士,但林兰英了解到的一则科技信息,改变了她的研究方向:美国贝尔实验室物理学家,1948年运用固体物理理论解释了半导体现象,并与冶金技术结合制成了世界上第一块半导体锗单晶,给美国创造了巨大物质效益。渴望祖国富强的她由此想到,如果祖国能源源不断制造出类似半导体锗单晶这样的产品,那对祖国会有多大帮助!于是,她没有犹豫,毅然决定改学物理。

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1955年,林兰英获得博士学位

1949年秋,林兰英走进了美国费城宾夕法尼亚大学研究生院,开始了固体物理的研究。一年后,她获得固体物理学硕士学位。接着继续攻读博士。1955年夏天,林兰英以《弱X射线辐照引起氯化钾和氯化钠晶体的膨胀》论文获得博士学位,此文发表于美国物理学界最具权威的《物理评论》杂志上,获得广泛高度评价。

美国高工  数获专利

获得博士学位后,林兰英就想回国,但美国当局严禁她回到中国。

见状,林兰英的博士生导师米勒,将自己得意门生推荐到纽约长岛专司半导体研究的索菲尼亚公司担任高级工程师。她赴任时,公司正为老是拉制不出硅单晶而苦恼。林兰英请求公司让她细看一遍拉制硅单晶的全过程,很快发现问题所在,并提出了解决方案。公司依照她的方案,两周后便拉制出了高纯度的硅单晶。

林兰英的到来,让索菲尼亚公司如获至宝。不久,公司在拉制锗单晶无法将位错密度降低。林兰英仔细观察研究,发现实验中只有半椭圆形的石墨舟,提出:半椭圆形石墨舟使热场分布不够均匀,若改换成完整的椭圆石墨舟便可让热场分布均匀,位错密度便可降下来。公司依照她的思路,再获成功。她还有两篇论文的内容被公司列为专利,申报美国专利获得成功,为公司不断带来利润·····也因此,她屡获公司奖励,一年三次提增年薪。

索菲尼亚公司因为林兰英而利润大增,让不少企业眼红。另一家美国半导体公司开出更高的价格,想挖走林兰英。

而此时林兰英决定回国。在众多公司高薪竞聘、美国当局层层阻拦之下,林兰英归心依旧。

总理关怀 回到祖国

1956年在日内瓦国际会议上,中国政府经过艰苦的努力,与美国达成中国留美学生可以自由回国协议。林兰英得知此消息兴奋不已。她于1956年6月以“母亲重病”为由,向印度驻美国大使馆提交回国申请,9月使馆通知她填写有关回国事宜的表格。这时,她也向所在的公司递交了辞职报告。公司主管十分意外,说:“我正在考虑给你提薪的问题,相信那个数字是不会让你失望的。你回到历经战乱的中国,只会过一种大大低于美国生活水准的生活。”当时,索菲尼亚公司给她的年薪已达1万美金,还要给她再提薪。但再高的待遇与归国效力比起来,都失去了吸引力。

见利诱难以挽回林兰英归心。索菲尼亚公司专门从费城请了一对与林兰英相熟的美籍华人夫妇,他俩赶至长岛,劝说林兰英留美,林兰英虽与这对美籍华人有交情,但归国意志难以撼动。

见利诱、人情游说都无法拦住林兰英归国的脚步,最后美国联邦调查局出面刁难。几经阻拦无效后,他们来了最后一招儿—在她登船之前将她的行李物品翻了个遍,又强行对她搜身,只搜出一张6800美元的旅行支票。这支票被海关无理扣留,直到23年后的1980年,由中国银行出面才将其索回......

1957年1月29日,林兰英乘坐客轮安抵香港,到北京中国科学院物理所材料组工作。从交涉回国到抵达香港再到一路北上,所有细节皆有国务院总理周恩来安排。到中国科学院才上班一星期,林兰英就得了急性腹膜炎,住进了医院。 

此事惊动了国务院总理周恩来。总理闻知林兰英得了腹膜炎急需手术,立即亲自给医院院长电话,指示医院:“只能治好,不能出意外”,并说这是一项政治任务。一定要万无一失。

手术刚拆线,林兰英就回到研究室,开始了加班加点的研究工作。她每天在研究室工作时间平均都在12个小时之上。

屡创第一  世界瞩目

林兰英的到来,是中国之幸。回国后,她用半年时间拉制出了中国第一根锗单晶。紧接着,她又带领团队奋战数月,于1958年春向北京电子管厂提供了两公行N型和P型锗单晶。借此,同年中国制造出了第一架半导体收音机。

当时,美国锗单晶已被硅单晶取而代之。硅单晶性能与用途优异锗单晶。为早点拉制出硅单晶。林兰英废寝忘食。制作硅单品需要氩气,当时中国生产不了,世界上生产氩气的国家都将之列为严禁向中国出口的产品之一。林兰英持续攻关,终于研发出新法——采取抽高真空的技术进行拉制。

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1958年,林兰英在实验室工作

1958 年秋天,林兰英研发出中国第一根硅单晶,为制造出无位错硅单晶,林兰英又投入研发硅单晶炉。她仔细考察、分析了苏联封闭式硅单晶炉,发现了不足,开始研究设计中国式硅单晶炉。

1961年的深秋,由林兰英主持设计加工的中国第一台开门式硅单品炉制造成功。

1962年春,林兰英依靠国产第一台开门式硅单品炉,正式启动拉制工作。中国第一根无位错的硅单晶拉制成功,无位错达国际先进水平。

林兰英研制的硅单晶炉,荣获了国家新产品奖。1963年,东京举办国际工业博览会,日本特邀这台硅单晶炉赴东京参展,吸引了世界同业的目光。后来,我国生产了900多台,远销东欧诸国。

崛立前沿  领先世界

在研发成功无位错硅单晶后,林兰英投入研究砷化镓单晶。砷化镓单晶用途更广,不仅可应用于微电子领域,还可应用于硅单晶不可涉足的光电子领域。1962年10月的一个半导体学术会议上,林兰英拿出了砷化镓单品。经鉴定,砷化镓单晶的电子迁移率达到当时国际上最高水平。

林兰英始终走进世界半导体材料的科学前沿地带。1964年,她参与研发的我国第一只砷化镓二极管做光器问世,1966年,她以出色的科研成绩,与我国第一位女院土林巧稚一起登上天安门城楼,参加国庆观礼。

1973年,林兰英第一次提出用汽相外延和液相外延法制取砷化镓单品,后来砷化镓汽相外延电子迁移率连续4年居国际最高水平,长期处于国际领先地位。其中高纯砷化镓气相外延研究长期保特着采用卤化系统的国际最高水平。1981年获中国科学院科技进步一等奖,1985年获国家科技进步二等奖。

林兰英带领团队,为在我国率先研究半导体集成电路和光电子器件的单位提供了多种半导体单晶材料,并向全国推广上述单晶生长技术和相应的材料测试技术,为我国微电子学和光电子学的开创奠定了基础。参与组织领导4千位16千位大规模集成电路-MOS随机存储器的研制,1980年、1982年两次获得中国科学院科技进步一等奖。

20世纪80年代,林兰英在世界上首次开创性地提出在太空微重力条件下拉制砷化镓的设想。1987年8月,我国终于在第九颗返回式人造卫星上拉制出了第一块高质量低缺陷的砷化镓单晶。这也是世界首次在微重力条件下从熔体中生长砷化镓单晶获得成功。以后又相继四次在我国返回式卫星上生长砷化镓单晶。林兰英在空间晶体生长、材料物理研究及器件应用等方面取得了许多令世界同行瞩目的科研成果。利用空间生长的半绝缘砷化镓制造的微波低噪声场效应晶体管和模拟开关集成电路的特性及优质品率显著提高。也因此林兰英被誉为“太空半导体材料之母”。

林兰英献身科学终身未婚,四次获得中国科学院科技进步奖一等奖,两次获国家科技进步二、三等奖,1996年获何梁何利科技进步奖,1998年获霍英东成就奖。她的工作极大地推进了我国半导体材料的研究高度,为微电子和光电子学的发展奠定了基础,为我国太空事业做出巨大贡献。她还培养了包括吴德馨、王占元两位院士在内的大批优秀科研工作者。她的著作《硅的欧姆接触的制备》和《锗和硅的载流子抽出的电极的制备》,在美国被列为专业必读物;她的论文《锑化铟单晶中位错的散射机理的研究》,在苏联国际化合物半导体会议上宣读;《锑化热处理机的研究》在捷克斯洛伐克半导体会议上作了介绍;《N型砷化镓单晶质量的初步探索》《砷化镓单晶高电学性能的研究》《砷化镓单晶的热稳定性的研究》《砷化镓单晶中的杂质的缺陷行为》《稀有金属》《N型外延砷化镓单晶的补偿度及散射机理的研究》《半导体中的缺陷》等论文,也都受到国内外学术界的重视。

作为中国科学家的优秀代表,林兰英多次担任我国学术代表团团长到国外参加学术会议或考察。曾参加并主持制定中国科学院和全国有关半导体及其基础材料方面的发展规划和科研计划,对我国半导体材料物理研究的发展方向和研究课题的开设,起了重要的指导作用。

1980年,林兰英当选中国科学院学部委员。曾任中国共产党第十二次全国人民代表,四届全国青联副主席,二、三、四届中国科协副主席,三、四、五、六、七、八届全国人大代表,三、七、八届全国人大常委会委员,2003年3月4日病逝于北京。

  


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协办单位:各设区市侨联

供稿来源:《共和国归侨(福建卷)》

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