科技創(chuàng)新正成為許多人關(guān)注并為之實踐的時代命題。在重慶永川，有這么一個載錄科技創(chuàng)新典范的中國集成電路創(chuàng)業(yè)史陳列館。
集成電路被譽為“現(xiàn)代工業(yè)的糧食”。一個集成電路創(chuàng)業(yè)史陳列館建在重慶永川，彰顯著它在中國集成電路發(fā)展史上的重要地位。
那么，重慶永川跟中國集成電路發(fā)展有何淵源？中國集成電路早期創(chuàng)業(yè)都經(jīng)歷了什么？筆者走進陳列館，帶你回望那一段艱苦卓絕的奮斗歷史。
基礎薄弱，國際封鎖，第一只半導體鍺合金晶體管破繭而出
新中國成立以前，我國電子工業(yè)極其薄弱，僅有十余家電子設備維修工廠。新中國成立后，雖然整頓擴建了一批老廠，并自主規(guī)劃建設了一批骨干工廠，但以美國為首的西方發(fā)達國家對我國實行軍事、經(jīng)濟和技術(shù)封鎖，使當時中國科技發(fā)展環(huán)境十分惡劣，科技研發(fā)百廢待興。
1956年，中共中央召開知識分子問題會議，發(fā)出“向科學進軍”的偉大號召，這也是新中國科學技術(shù)發(fā)展史上的重要里程碑。
據(jù)陳列館里的資料顯示，在周恩來總理的親自主持下，我國第一個長期科學技術(shù)發(fā)展規(guī)劃——《1956至1967年科學技術(shù)發(fā)展遠景規(guī)劃綱要》于1956年制定完成并頒布實施，其中把發(fā)展半導體技術(shù)列為我國國民經(jīng)濟建設重點項目、國家新技術(shù)四大緊急措施之一。由此，我國也正式拉開全面開展半導體科學應用研究的序幕，一支支科研勁旅參加奮戰(zhàn)創(chuàng)業(yè)！
“在我國集成電路早期研究發(fā)展歷史上，主要有三支隊伍進行技術(shù)攻關(guān)，一支是中科院物理所、半導體所，一支是河北半導體研究所、四川固體電路研究所，一支是中科院冶金所等?！眳⑴c陳列館籌建的王守祥同志介紹說。
1956年，國家第二機械工業(yè)部十局決定將華北無線電器材聯(lián)合廠中心試驗室，改為二機部第十一研究所（簡稱11所），并選派11所半導體研究室的科技人員宋秉治、常振華、鄧先燦、謝國璋、顧泰等同志，與中科院物理所及全國多家院校的半導體學者、專家、有關(guān)科研人員組成協(xié)作組，在北京華北無線電元件研究所聯(lián)合開展鍺提純、鍺單晶拉制、鍺合金管和晶體管電路等研究。
據(jù)了解，該協(xié)作組由王守武、武爾楨、吳錫九、成眾志等同志領(lǐng)導，歷時三個多月苦干，經(jīng)過三十多次艱難探索與試驗制作，終于在1956年11月成功研制出我國第一只半導體鍺合金晶體管，開啟了我國半導體工業(yè)的新紀元。
沒有技術(shù)參照，一切從零起步，第一塊鍺晶體管和第一塊硅晶體管微組裝集成電路艱難面世
時間的指針轉(zhuǎn)到1961年，這一年，既是收獲之年，更是艱苦卓絕的奮斗之年。
1961年初，中國科學院物理所接到微型電路組件研制任務，這是當時我國第一個微型集成電路研究項目，主要用于計算機制造上。
由于該項目技術(shù)難度大，中國科學院決定由物理所固體電子學研究室和計算所半導體室聯(lián)合研制，并成立了20多名年輕技術(shù)人員組成的研究組，由白元根任組長，沈士剛?cè)胃苯M長，吳錫九、黃敞任技術(shù)指導。
當時，我國正處于三年困難時期，科研環(huán)境和生活條件都非常艱難。但是在接到任務后，沒有人叫一聲苦，大家都以飽滿的精神、戰(zhàn)斗的姿態(tài)投入到工作中，攻克了一個又一個的技術(shù)難關(guān)。
根據(jù)黃敞和白元根同志的回憶材料，研究組一開始就遭遇兩大難題：一是沒有找到國外關(guān)于微型固體電路方面的文獻、資料和樣品。二是當時國內(nèi)只能做出鍺晶體管而不能做硅器件。此外，研究組人員都很年輕，科研經(jīng)驗不足，雖然有吳錫九、黃敞二位教授指導，但他們也沒有做過這種項目，一切都是從零起步。
不過，困難并沒有嚇到他們。憑借著滿腔熱情和一定要攻克微小型化集成技術(shù)的決心，他們積極探索工藝路徑，確定研制方案。經(jīng)過近一年的艱苦奮戰(zhàn)，各專題組分別完成了材料選擇、元器件芯片制造、電路設計、組裝及測試技術(shù)等工作；隨后經(jīng)過多次測試篩選基片后進行全加器電路組裝互連，最終做出了兩塊合格的微組裝集成電路。
我國第一塊鍺晶體管研制圖
這是我國自行研究成功的第一塊鍺器件微組裝型集成電路，它所采用的技術(shù)方案及技術(shù)水平與1958年9月美國誕生的世界上第一塊集成電路電路基本相同。特別值得提及的是，我國第一塊鍺器件微組裝型集成電路比美國僅晚三年。
后來，還誕生了我國第一塊硅器件微組裝型集成電路。1961年，在中科院物理所工作的王守覺獲悉美國發(fā)明硅平面器件與固體電路的信息，毅然決定終止正在進行并取得了一定結(jié)果的硅臺面管研制工作，集中半導體研究室力量研發(fā)硅平面工藝，并于1963年底完成了五種硅平面器件（低反向電流二極管，PNPN高靈敏開關(guān)器件，高速開關(guān)晶體管和兩種高頻晶體管）的研制任務。
在此基礎上，1964年，王守覺帶領(lǐng)團隊研制成功我國第一塊硅晶體管微組裝集成電路。這是第三代電子計算機普遍采用的一種稱為阻容耦合門電路。它是制作在硅片上的有6個晶體管、7個電阻和6個電容共19個元件組成的電子線路，電路封裝到比西瓜子還小的管殼里。
團隊齊上陣，攻堅又克難，研發(fā)出第一塊硅氧化物介質(zhì)隔離型DTL與非門單片集成電路
由于硅平面工藝的先進性，此時我國也還有另兩支隊伍在積極攻關(guān)，一個華北半導體研究所，一個是中國科學院冶金所。其中，華北半導體研究所是我國第一個專業(yè)半導體研究所，于1960年6月在北京成立，1963年搬遷到河北石家莊，由武爾楨擔任總負責人。
華北半導體研究所科研樓舊址
1962年初，時任華北半導體研究所固體電路預研組組長的許居衍同志提出《固體電路預先研究可行性研究報告》，主張緊跟世界先進技術(shù)，進行硅材料為基底的“單片硅平面工藝”技術(shù)研究，并圍繞計算機所需門電路的“數(shù)字電路”為突破口，以“硅平面二極管、三極管組件”作為起步點。由此，他們在硅外延平面型晶體管組件制造技術(shù)方面取得了突破性進展。
到1964年中期，為了進一步加強集成電路技術(shù)研發(fā)力量，決定組建一個專業(yè)研究室，并責成第八研究室技術(shù)主任顧泰同志負責籌建。陳列館資料顯示，當時參與籌建工作的還有八室黨支部書記邵性廉、政治助理羅序銓、技術(shù)助理徐發(fā)明等。
經(jīng)過積極籌備和人員擴充，很快正式組建了以顧泰任主任，李鐵映任副主任，羅序銓為黨支部書記，許居衍任課題組長，徐發(fā)明為團支部書記兼技術(shù)助理，有張家棟、楊步儀、王龍興、路民峰、王才善、崔明慶、蘇萬市、王立模、吳玉行、王鳳秀、金珍娣等一大批技術(shù)骨干組成的專業(yè)集成電路研究室，又稱第五研究室。
剛剛成立的五室很快投入到配合北京計算機研究所研發(fā)微型化計算機的國家重點任務中。為了更好完成任務，全室領(lǐng)導、班組長、技術(shù)員、一般員工等所有人，一律上科研一線。其中，顧泰蹲點測試組抓設計，李鐵映的身影則更多出現(xiàn)在隔離磨片工藝間，許居衍到擴散組較多。研究也得到了其它室配合，如六室指定專人配合隔離工藝研究，七室指定專人負責封裝研究，金工車間的師傅更是隨叫隨到。研究人員還經(jīng)常利用休息時間與朋友、同學討論工藝、設計、設備等問題，在技術(shù)上相互啟發(fā)。
最終，經(jīng)過半年時間攻關(guān)，1965年6月，第一塊單片集成電路正樣樣品正式出爐。
然而緊接著，困難又出現(xiàn)了。按所里有關(guān)規(guī)定，所有集成電路鑒定成果須經(jīng)初樣、正樣、設計定型幾個階段。但在定型前一個多月，五室被告知有一批單片集成電路樣品不能正常使用。而此時顧泰主任已外出參加“四清”運動，怎么辦？
副主任李鐵映當機立斷，派出專業(yè)人員了解情況，并很快查明問題產(chǎn)生的原因。當時得出分析結(jié)果已是深夜，李鐵映在聽完情況匯報后，當即決定仍按原計劃完成設計定型鑒定。次日一早，李鐵映召開決戰(zhàn)動員大會，給全室人員加油鼓勁。
隨后，張家棟負責的制版組成員們開動腦筋，在顯微鏡下直接對原母版相應的位置進行了修改，第二天就拿出了光刻用版。流水線24小時連軸運轉(zhuǎn)，流片到哪里，那里的工作人員馬上投入工作。李鐵映更是每一個關(guān)鍵工藝都要到場督戰(zhàn)。
硅氧化物介質(zhì)隔離DTL與非門單片集成電路圖
在大家的共同努力下，經(jīng)過一個多月奮戰(zhàn)，五室連續(xù)五批做出了300多塊電路，成品率達33.6%，大大超過10%的指標，按時完成了任務。1965年12月25日至28日，華北半導體研究所第三屆科技成果鑒定會召開，李鐵映做了LCDTL(型號GT-31)產(chǎn)品設計定型鑒定提請報告。在這次會議上，第一代由我國自行設計，可供多種計算機和各種數(shù)字領(lǐng)域使用的硅單片GT31單與非門電路和GT30等24項硅器件通過了鑒定。
據(jù)了解，這是我國第一塊可實用化的硅氧化物介質(zhì)隔離型DTL與非門單片集成電路，僅比日本晚10天。由于該項成果的完整性和技術(shù)成熟度都比較高，在當時產(chǎn)生了重要的影響和技術(shù)推動作用，使中國真正跨入了硅單片集成電路發(fā)展的新階段。
因陋就簡，反復試驗，探索出第一塊ＰＮ結(jié)隔離硅單片DTL門電路
筆者在陳列館了解到，中科院冶金所是中國硅單片集成電路研究發(fā)展歷史上另一支值得記憶的研究隊伍。
1965年7月，位于上海的中科院冶金所成立了以徐元森為組長，趙彭年、蔡慕光為副組長的半導體集成電路研制組。7月15日，徐元森帶領(lǐng)12位科技人員到上海元件五廠五車間開啟技術(shù)攻關(guān)。同時，該車間也派出了錢學儉、徐治邦、陳麗珍等技術(shù)人員和工人參與。
其中，中科院冶金所的12位技術(shù)人員中，趙彭年、林宗奎、幸勇在制版組，負責集成電路設計和制版工藝，陳均珊負責硼擴散，章宏睿、沈國雄負責磷擴散，喬墉負責真空淀積鋁引線。其他同志分別負責測試、光刻、切片、磨片、拋光、去離子水制作等工藝。徐元森組長負責全面協(xié)調(diào)管理，重點抓光刻工藝和擴散工藝。
實際上，研制組的同志并沒有見過集成電路的實物，只是憑一些國外技術(shù)雜志上公開發(fā)表的資料，試著設計了DTL與非門電路，并根據(jù)自己對資料的分析研究，繪制了版圖。開始時，他們制作PN結(jié)隔離工藝采用硼酸三甲酯擴散源（即P型擴散源），在溫度1200℃條件下，讓P型雜質(zhì)穿透N型外延層，把外延層隔離成一塊塊“孤島”，以便制作晶體管、電阻。結(jié)果很不順利，主要是因為溫度、氣流、擴散源濃度掌握不準，試驗了很多次，仍然沒成功。不過，大家并沒有氣餒，經(jīng)過近半個月摸索、計算、反復試驗，最后得到一套成功的PN結(jié)隔離工藝參數(shù)。
類似這種情況，在各工序都碰到過。包括基區(qū)擴散、發(fā)射區(qū)擴散、真空鍍膜、光刻等等，都是邊試驗邊總結(jié)，逐漸取得滿意的結(jié)果。大家沒日沒夜地干，各工序終于摸索出了一整套適應當時工藝條件的工藝技術(shù)參數(shù)。徐元森組長對研究工作最為操心，付出心血也最多。常常是哪里有問題他就出現(xiàn)在哪里，隨時與技術(shù)人員、工人一起研究、試驗、討論，甚至到了廢寢忘食的地步。
特別值得一提的是，當時的制版工藝比較簡陋，繪圖用的是普通計算紙（毫米方格紙），然后用針刺在繪圖紙上，再用墨水描成黑白圖形。第一次縮小用的是普通制版照相機，精縮用的是自制的專用精縮機，感光片用的是自己制作的柯羅甸板（棉膠濕板）和“超微粒干板”。這些感光板是用1.2毫米厚的玻璃片作為基板，涂布感光乳劑制成的，隨制隨用。這種方法制成的掩模，精度都不太高。所以，1965年中科院冶金所試制的第一塊PN結(jié)隔離的集成電路的最小間距尺寸為25微米。
如今，國際上最小間距已達到0.007微米，雖然和當時差距之大，但以徐元森為首的團隊花費精力不少，大家因陋就簡，經(jīng)過兩個多月奮戰(zhàn)，終于在1965年國慶節(jié)前夕研制出了我國第一塊PN結(jié)隔離型硅單片集成電路樣品。
多方力量集結(jié)，自身創(chuàng)造條件，研制出第一塊大規(guī)模集成電路
集成電路的研制其實是一個持續(xù)攻關(guān)的過程。1967年初，基于對國際集成電路技術(shù)發(fā)展趨勢的把握，以及其對國防建設和國民經(jīng)濟建設的重要性考慮，國家有關(guān)部門決定建立一個集成電路專業(yè)研究所，進一步加強技術(shù)研究。
經(jīng)過選址，很幸運，這個研究所選在重慶永川，名叫四川固體電路研究所，這是我國第一個集成電路專業(yè)研究所。
根據(jù)上級機關(guān)部署，華北半導體研究所先后派出武爾楨、陳萬鎰等黨政領(lǐng)導和畢克允等部門同志，到永川籌備四川固體電路研究所建設。兩年后，1970年3月25日，以華北半導體研究所第五研究室和第十研究室03課題組（新器件組）為專業(yè)主體，連同其他配套人員約360名職工和部分家屬組成浩浩蕩蕩的隊伍，啟程來到重慶永川。
然而，搬遷初期，基本建設尚未全面完工，又恰逢重慶永川大旱，蔬菜嚴重缺乏，甚至一度連生活飲水供應都很困難。
四川固體電路研究所第四研究室科研樓舊址
沒有條件就創(chuàng)造條件！為解決生活困難，干部職工自己建豆腐坊、掛面坊、蜂窩煤站。沒有科研設備，他們就利用通用設備、儀器，不斷摸索改造，制成專用科研設備。工藝加工間的水磨石地板粗糙不符合凈化衛(wèi)生要求，他們就自己動手打磨地板，每人雙手各抓一塊三角磨石，來回不停地磨，蹲累了就墊塊泡沫板坐著磨，甚至跪著磨，不少人手上起了水泡，戴上手套繼續(xù)磨，直到過關(guān)。
此外，當時所里還舉辦英語、日語、半導體物理、集成電路工藝等課程學習班、工人大學等，請國內(nèi)外專家作學術(shù)報告，并創(chuàng)辦中國第一個集成電路專業(yè)期刊《微電子學》，鼓勵技術(shù)人員參加技術(shù)方案討論，一時學習和競賽氛圍濃厚。四川固體電路研究所第一研究室在室主任李鐵映的帶領(lǐng)下，建立了“鋼鐵流水線”和“三八流水線”兩支隊伍，通過開展科研競賽，攻克了多項工藝技術(shù)，并建立了符合我國國情的ECL10K系列集成電路工藝規(guī)范。
第一研究室取得的成果只是四川固體電路研究所的一個縮影。全所干部職工懷著“一定要把三線建設好”的飽滿熱情，努力拼搏，獲得多個“第一”。如1972年，成功研制出我國第一塊PMOS型大規(guī)模集成電路（集成度1084個元件/片），標志著我國集成電路技術(shù)開始進入大規(guī)模集成電路技術(shù)領(lǐng)域。
聲明：本文轉(zhuǎn)載自傳感器專家網(wǎng)，原文連接https://mp.weixin.qq.com/s/D2_y-BV8J2ndM_7XwKBU0g
