施敏院士讲学录

2024年4月1日发(作者：中考数学试卷2015)

口李文石钱敏黄秋萍

施敏院士讲学录

照片说明：施敏院士（右）与美国Ｉ

ｎ

ｔ

ｅ

１公司的三位创始人之一摩尔博士合影

（１

９９

７年纪念晶体管发明５

０周年大会，摄于贝尔实验室，施敏教授是亚洲惟一特邀嘉宾）

金色十月，秋高气爽。祖籍天堂苏州能够把这门学问发扬光大，快速成长为微

室，是非挥发性半导体记忆存储器（ＮＶＳＭ）

的施敏院士，应邀再次莅临苏州大学，作电子学研究的新秀和生产线上的新兵。

的发明人。这位被国际微电子学术界和工

了为期一个月的讲学——半导体物理与器

１施敏教授

业界公认的资深人物，堪称中国人的微电

件，此举开百年苏大风气之先。施教授在

施敏（ｓ．Ｍ．Ｓｚｅ）教授，是台湾交通大子学大师。

讲学开篇既已声明：我对苏州发展ＩＣ产业学联华电子讲座教授，台湾纳米器件实验室

施敏教授，１９３６年出生，１９５７年毕业

的前景非常乐观，因为苏州很快就能备齐得

主任，国际电气电子工程师学会杰出会员于台湾大学，１９６０年、１９６３年分别获得美

天独厚的三个必要条件：苏州秀水、中国人

（ＩＥＥＥ

Ｆｅｌ

１０Ｗ），美国工程院、中国工程国华盛顿大学硕士和斯坦福大学半导体器件

才和ＩＣ生产线：希望这些有志于投身微电子院、台湾中央研究院三院院士。他早年长期

专业博士学位。１９６３年至１９８９年，施教

行业的助教授和同学，在听了我的课之后，工作于全世界科学家都仰慕的美国贝尔实验

授在美国贝尔实验室工作。１９８６年至１９９０

４

教书育人‘硼哪‘２００３７…㈣㈣忡…８‘“８‘。“

万方数据

年，担任《ＩＥＥＥ

ＥｌｅＣｔｒＯｉｌＤｅｖｉＣｅ

Ｌｅｔｔｅｒ

Ｓ》杂志主编。

施敏教授拥有十余项专利，他在金属

半导体接触、微波器件、亚微米ＭＯＳＦＥＴ器

件以及微电子工艺等技术领域，都有开创

性的贡献。尤为重要的是，由他发明的非

挥发性半导体记忆存储器（ＮＶＳＭ），已经成

为带动世界集成电路产业的主导产品之一，

是移动电话、笔记本电脑、ＩＣ卡、数码

相机以及便携式电子产品的关键器件。

施敏教授著述丰厚，论文二百余篇，

著作及主编书籍达ｉ２部之多，洋洋洒洒，

逾５００万字。每部著作的出版都引起轰动。

其代表作（（Ｐｈｙｓｉｃｓ

ｏｆＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＤｅ—

ｖｉｃｅｓ》曾被翻译成六国文字出版，发行

量达１００万册，独霸市场，好评如潮，是

世界高等学府广泛采用的教科书或参考书，

被称为电子科技界的“圣经”。统计至

２００１年，该书已被引用超过１３０００余次，

此为工程和应用科学领域的文献采信之冠。

鉴于他在微电子器件发明和人才培养方

面的杰出贡献，１

９６

９年荣获孙逸仙奖；

１９９１年获得ＩＥＥＥ电子器件的最高荣誉奖

（Ｅｂｅｒｓ奖），盛赞他在电子器件领域做出的

基础性及前瞻性贡献；１９９４年和１９９５年，

先后入选台湾中央研究院院士和美国国家工

程院院士；１９９８年６月当选为中国工程院

外籍院士；１

９９

８年获台湾科学技术奖；

２０００年获电子月刊金笔奖。

施敏教授曾先后应邀在剑桥大学、东

京大学、香港大学等地作演讲，多次来国

内讲学，参加我国微电子器件研讨会。他

对台湾微电子产业的发展，也曾提出过有

份量的建议。他一再表示愿为我国微电子

产业的发展提供咨询。

祖籍苏卅Ｉ的施敏教授是国际著名的微电

子科学技术与半导体器件专家和教育家，

３５年春风化雨，３５年桃李满天下。好多投

资苏州的台商电子公司老总都是施敏教授直

接或间接的学生。本次讲学，施教授又培

养了６０多名亲传弟子，为智力密集型ＩＣ产

业的当务之急——人才加速培养问题，大

笔如椽写春秋。

２发明理念

发明是开天辟地般创造全新的东西。

施敏教授在这样的概念界定下，向我们披

万方数据

露了两个典型的发明案例。他的发明理念

体管成功后愉快地度过圣诞节相类似，在

几乎与发明史研究权威房龙于１９２８年的论

世界非挥发性记忆半导体的市场大门被原来

述如出一辙：所有的发明，总是被用来为

搞木材生意的诺基亚公司打开的１８年之

人类通常的目的而服务，以其值得夸耀的

前，旌博士和吃泡菜的朋友已经共同为亚

成果帮助生活中的人们，用最小的努力换

洲妈妈贡献了新年礼物！为世界微电子学大

取最大的快乐。

厦添加了重要砖瓦！此有发表在《贝尔系

带着美国斯坦福大学的微电子学博士

统技术》杂志上的论文为证。

帽，施敏博士跨入贝尔实验室发明了非挥发

回忆至此，施敏教授语重心长地宣

性半导体记忆体。此记忆体有一浮栅，此浮

告：真正的发明一定要创造自己的应用领

栅好似云彩，存储着对电荷的记忆。这是施

域；重要的发明，主要靠努力及运气，但如

敏教授最先贡献给世人的重要发明案例。

果没有努力（ｄｅｄｉｃａｔｉｏｎ）有运气也没用。

ｉ

０月１７日，丹桂飘香，９点３０分，

下面的发明案例可以作为此句名言的绝佳注

理工大楼３０１室，施教授利用答疑时间如约

脚，请允许我们再把这个案例从听课第二周

接受了笔者的采访。当我请教发明此半导体

的笔记中拷贝出来，以便共同分享其内涵的

器件的故事时，这位“百科全书”式的微电

深刻。

子学巨擎，既像在讲坛上娓娓道来，又像从

话说施敏教授在美国斯坦福大学攻读博

微电子学发明史画廊走出的晶体管发明人、

士学位时，与肖克利博士共同做实验的Ｇ．皮

诺贝尔奖获得者肖克利博士。施博士与合作

尔森已经有所建树。回溯至１９５７年的一天，

者肖克利博士的区别之一是，前者的身材更

皮尔森突然测量并且描记出一条形状像驼峰

显魁梧。

的半导体器件特性（Ｉ—Ｖ）曲线，很“可

溯行在微电子学发明史的画廊，

１９６７

惜”，曲线的变化趋势与肖克利博士的前期

年１月的一天，以平均每月出一篇论文的工

研究成果——爬坡形状的典型晶体二极管特

作实效奋斗在贝尔实验室的施敏博士，在

性曲线大相径庭，而鼎鼎大名的肖克利博士

与同仁韩国人Ｄ．Ｋａｈｎｇ共进午餐时，奔腾的

刚于１９５６年获得诺贝尔物理奖。于是，皮尔

脑细胞催生了灵感的云彩。

森为自己“找出”一些得到错误实验现象的

像２０世纪６０年代中期的大多数微电子

“理由”，并没有抓住擦肩而过的可能获得重

学家～样，他们讨论的话题是：如何发明

奖的运气。

一种掉电之后存储信息并不丢失的半导体存

１９５８年，跨过太平洋的上述运气落到

储器件？饥饿的博士将无中生有构想出来的

了日本学者江琦的头上。还是那条远离贝尔

非挥发性记忆半导体的结构草图画在餐桌的

实验室的驼峰状的特殊曲线，此时看上去颇

面巾纸上。在稍微满足了一己之胃的自然需

像东京城窗外的一条瘦湖托起了富士山！！！

求后，为了开创自王安博士发明磁芯存储体

于是，江琦抓住这一机会，反复做实验，结

后尚属世界空白的半导体记忆存储器的先

果实验现象是稳定的：在重掺杂的Ｐ－Ｎ结中

河，３１岁的施博士星夜兼程般赶制他们的记

观察到负阻特性。接着，马不停蹄地进行理

忆半导体器件，当时的技术条件是线条宽度

论解释：提出载流子的隧道穿通效应理论，

２５微米。烧制成功的器件一经测试，宝贵的

发表论文。就这样，江琦因为发明了隧道二

数据显示他们的构想完全正确。其中，填补

极管而荣获１９７３年的诺贝尔物理奖。讲解至

世界空白的核心技术是：在ＭＯＳ（金属氧化

此，施敏教授给出结论，做创新实验时，和

别人不一样，不一定就是错。

的云彩——浮栅，云彩中的颗粒正是被存储

在前往２００２年苏州电博会出席高峰论

的电荷，这使得该器件即使掉电也不会丢失

坛的乘车途中，施敏教授对钱敏讲师慨肺

信息。两位亚洲才子将写就的论文面呈主管

腑之言：科技人士的最大心愿是为人类带来

审校，得到的答复却是：这个东西完全没有

便利与幸福！例如，若没有无线电通信技术

用！还是抓紧搞双极型器件吧。

的发明，全球有线通信所消耗的金属线材，

虽然当时并没有从主管那里得到更多的

相当于挖空所有的美国铜矿！！目前，全球有

鼓励，但是与肖克利博士在１９４７年发明晶

１

０亿人享用手机进行着移动通信，而手机

洲…７８圳“８川……７２删１‘删哪‘彝书育人

５

，物半导体）管的栅极下面，塞进一片记忆

奎：剜：签：彗

的关键部件，就是“非挥发性半导体记忆

存储器”。这是我们开天辟地般创造出来

的全新的东西。能够为全人类的幸福生活

做出应有的贡献，我为此感到作为中国人

的自豪！！１

３讲学艺术

第一流的教育家，必定具备两种要素

之一，其一是敢探未发明的新理，其二是敢

入未开化的边疆。这是陶行之先生于１９２８

年纵论《中国教育改造》时的醒目理念。

施敏教授凭伟岸之躯矗立于世界微电子学讲

坛，就是符合此标准的大方之家。关于施

敏教授的讲学艺术，我们晚学挂一漏万地

阐述如下六点。

发明之神。施敏教授言简意赅地选用

发明案例，谆谆教诲我们青年学子，发明创

造是生命之花最灿烂最辉煌的开放。创造教

育的本真，乃是释放掩藏在学生躯体内的战

战兢兢的灵魂，激活其潜能，催化其奔腾出

开天辟地的发明欲望。

事实胜于雄辩。美国专利局局长查尔

斯・杜尔在１８９９年所说“能被发明的都被发

明了”，早已成为陈词滥调；微电子学大师

的成功发明案例将使聆听者顿悟，为什么英

国诗人Ｆ．朗布里奇（１８４９—１９２３年）会说：

两个人从同一个栅栏望出去，一个看见泥

土，一个看见星辰。显而易见，施敏教授的

教学内容和思想，必将幻化为微电子新晶种

的发明催化剂或日发明之神。

数学之手。施敏教授告戒我们，《半

导体物理与器件》是微电子学专业所开课

程中最难学的一门。其内容的９０％是数学知

识。当他挥动数学之手详解器件物理问题

时，真的使我们更加感觉到，公式之美，

美仑美奂。他保证让我们学完一周之后，

马上成为Ｇａｍｍａ（ｖ）函数的分析专家！大师

使用了哪些教法呢？开课之初，首先调查

听课人的数学功底，帮助复习演算包括Ｙ函

数在内的常用函数，他为我们概括出可解所

有半导体问题的三组方程，精致地由简入繁

推演每一个运算符号和字母。详者推导从最

基本公式切入，关爱每个字符，不厌其烦；

略者由结论的极限数值验证，切入严格证明

的公式链条。听施教授的课，其数学之手仿

佛是得水之鱼。

格物之思。物理古称格物，意思是研

６

柱书育人’嘲口’２００３九，ｈｎ９：州’”。“‘”ａｊ。“ｍ８。”。‘・。“

万方数据

究物之道理（《礼记．大学》言：致知在格

我们建立微米这个长度单位的概念：摩尔

物）。格物的巧思主要体现在器件参量图谱

根据生物学的统计资料说：全世界的蚂蚁

的分析。例如，施敏教授将世界上１

６０—数量总共有１０”只，而发展至２００１年，全

２００种半导体器件的分析，概括入四种能带

球ｔｒａｎ晶体管产量已是５×１０１７之巨；其

图的量化：他轻松地用数学证明：为什么

中９５％为ＭＯＳＦＥＴ；３００毫米直径的晶棒重逾

分析异质结构半导体的能带图时，费米能

２００公斤，相应的拉单晶机有三层楼那样

级总应该保持水平。区别于经典物理言必

高，目前圆晶片的单价是卜２美金／平方英

称牛顿定律，学习微电子学应耳熟能详于

寸；整个ＩＣ的制程需要２０几块专用掩膜

摩尔定律。统计而论，微电子技术每前进

版，总共加工１０００多步！如果特征线条尺

一年半，则集成电路的集成度能翻一倍。

寸是０．１５微米，那么ＩＣ芯片的合格率若是

由此引发器件相应参数的改变，是挥动数

小于９５％，则公司就得关门了，好的ＩＣ芯

学之手格物器件时，必须面对的挑战。显

片的合格率是９９％。在宇宙射线中，两秒

见，信号的传输线条就不会是零尺寸！再

钟就有１个１３粒子打入器件和人体，Ｑ粒子

者，施敏教授强调分析参量关系图时，应

是造成其损伤的主要原因之一。于是，有

特别把握和记忆典型拐点的最新数据。

没有问题？ＯＫ！好地！我们下面一起欣赏最

施敏教授的格物之思，也如南宋理学

精彩的……；这张图告诉我们三件事……

家朱熹所言：教之格物致知以尽其道。

读懂了这张图，就可以站稳苏州未来的ＩＣ

演示之窗。在讲学期间，大师敞开的

生产线了！

演示之窗包括，胶片投影配合以彩粉笔板书

这就是听课时笔录的幽默的大师语言，

板画；传阅最新专著样本，畅销专著排名世

其符合俄国文学家契柯夫的如下判断：不懂得

界１０７０种半导体类图书之冠的检索证明文

开玩笑的人是没有希望的人！这样的人即使

件；请学员用笔尖扎穿圆晶片样品，证明

额高七寸且聪明绝顶，也算不上真正的智慧。

（１００）晶面的解理特点是呈直角破裂（垂直

生命之恒。施敏教授在第二周讲学

于圆晶片面而观察），请学员传看直径大于

时，曾郑重地提问了这样～个问题一一你

２００毫米圆晶片上的定位小角，同时回顾圆

们倒是说一说，人活着什么最重要？听众

晶片的晶向定位方法及其沿革的原因——节

的答案不一，先生的体会是两个字——健

省圆晶片面积的无谓开销。施敏教授在第一

康。因为伟人早己说过，健康的体魄是承

周的最后一次课上，特别把一个Ｐ

Ｏ

ｗ

ｅｒ

载智力之舆ｔ让我们借健康的体魄，消

Ｐｏｉｎｔ文件，提前放给我们看，讲给我们听，化、理解和创新施教授讲学的四部分内容：

题目是２１世纪纳米电子科技的挑战，这是应半导体物理：Ｐ—Ｎ结理论：ＭＯＳ管：非挥发性记

徐匡迪院士邀请为２００２年中国科协学术年忆半导体和纳米器件。用施敏教授的原话阐

会而精心准备的，此举使我们倍生近水楼台

述本次讲课的学习方法。上课听讲，只能吸

之感。收１０％的信息；上课听讲，＿力Ⅱ复习看书１个

论及真正的演示之窗，其来自：教师

小时，能吸收６０％的信息：上课听讲，加复习

的人格——这是青年的心灵的大有成效的阳

看书，加做题目，能１００％吸收信息。

光，任何东西都不可能代替它（前苏联教育

因为理解生命之恒，施教授已经把握

家鸟申斯基语）。住爱因斯坦在１９２１年获得诺奖时的开篇名

语言之妙。夸美纽斯在《大教学论》

句：人是为别人而生存的。基于前述理

（１

６

３２年）中说，学校是培养人的工厂。在

解，我们有学问高山仰止、相处平易近人

施院士讲学这个特殊的创造教育空间里，

的大师的导引，在微电子学的世界里，

如数家珍的语言艺术是润滑微电子学新锐韵

“人在旅途何畏，天涯春色依稀”。嗣

灵丹妙药。倾听大师的回放声音：下面，

（作者单位：苏州大学）

我们把……带入老朋友泊松方程之中；撰

责编：晓校

写专著或论文，每个句子不能超过２５个字，

我的书平均每句话有１２一１５个词；人的一

根头发的直径约是１００微米，这个数据可助