本刊記者/劉紅偉

中國科學(xué)院院士褚君浩躬身半導(dǎo)體研究執(zhí)著寫就春秋

本刊記者/劉紅偉

“提起半導(dǎo)體，今天的人們并不感到陌生。它已滲入人類社會(huì)生活的方方面面，從手機(jī)到計(jì)算機(jī)，從飛機(jī)到產(chǎn)業(yè)機(jī)械，從云端和移動(dòng)通訊到分子集半導(dǎo)體制造，到處都可以看到半導(dǎo)體的身影，半導(dǎo)體正悄無聲息地改變著我們的生活?！?/p>

有一種星辰，不因歲月的逝去而消沉，不因時(shí)代的更迭而泯滅。在我們盡情謳歌半導(dǎo)體技術(shù)給人們帶去便利的同時(shí)，有這樣一個(gè)人，他隱身于喧囂熱鬧的都市背后，幾十年如一日，躬身于紅外光電子物理和半導(dǎo)體科學(xué)技術(shù)研究，默默地為國家奉獻(xiàn)著青春和智慧。

他就是—

褚君浩，中國科學(xué)院院士、上海技術(shù)物理研究所研究員、著名半導(dǎo)體物理和器件專家、中國培養(yǎng)的第一個(gè)紅外物理博士、華東師范大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院院長、上海市政府參事、上海市科普作家協(xié)會(huì)理事長……

從小立下科學(xué)志

1945年3月，江蘇宜興。褚君浩出生在一個(gè)知識(shí)分子家庭，父親是一名地理老師。

他從小熱愛科學(xué)。他小時(shí)候經(jīng)常聆聽父親講解日食月食的形成，小學(xué)五年級時(shí)他自己動(dòng)手制作了望遠(yuǎn)鏡，觀察月亮。他還經(jīng)常在家里書架上找《科學(xué)大眾》、《科學(xué)畫報(bào)》翻看。在徐匯中學(xué)讀書期間，他是學(xué)校圖書館的?？?，求知渴望和好奇心促使他開始從書中大量吸取“養(yǎng)料”，開啟他的夢想之門。在書海中盡情徜徉，酣暢淋漓地閱讀了《天文學(xué)》、《物理學(xué)的進(jìn)化》、《原子物理學(xué)》、《科學(xué)家奮斗史話》、《居里夫人傳》等書籍。

他對物理學(xué)情有獨(dú)鐘。高中時(shí)，褚君浩就閱讀了《相對論ABC》、《天文學(xué)》、《光學(xué)》和《原子物理學(xué)》方面的書籍，還做了許多筆記，寫了心得體會(huì)文章。有一時(shí)期，學(xué)校提倡大搞科技活動(dòng)，他感到要清理圖書館書架上排列書上的灰塵異常吃力，就在好奇心的驅(qū)動(dòng)下制作了簡便的吸塵器。

1962年高考，他同時(shí)填報(bào)了復(fù)旦大學(xué)物理系、華東師范大學(xué)物理系和上海師范學(xué)院物理系三個(gè)志愿，“當(dāng)時(shí)我的想法就是，非物理系不上！”

命運(yùn)之神卻沒有眷顧這一位“物理迷”。

那年，他雖然物理考了滿分，但由于語文（作文）失誤，總分被拉了下來，自己夢寐以求的復(fù)旦大學(xué)物理系就這樣與他失之交臂。轉(zhuǎn)而進(jìn)入上海師范學(xué)院（現(xiàn)上海師范大學(xué)）物理系進(jìn)行學(xué)習(xí)。

回憶這一段的經(jīng)歷，褚君浩表示感受頗多。他認(rèn)為，“高中和大學(xué)是人生最重要的兩個(gè)階段：高中是形成初步的世界觀和人生觀的階段；大學(xué)則為今后的成長、成才打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)階段，這為我終生從事物理研究奠定了基礎(chǔ)。”

1966年，褚君浩大學(xué)畢業(yè)后，被分配到梅隴中學(xué)，開始了長達(dá)十年的教學(xué)生涯。他在教學(xué)之余仍致力于物理研究，并在復(fù)旦大學(xué)物理系殷鵬程老師的指導(dǎo)下，和一批志同道合者參加了一個(gè)關(guān)于基本粒子的討論班，還寫了很多科普方面的文章和小冊子。

1978年，“科學(xué)春天”的來臨，我國恢復(fù)了研究生制度。當(dāng)時(shí)上海高校擬從中學(xué)選拔一批優(yōu)秀教師到高校任教，他被列入入選名單上。是讀研究生，還是當(dāng)大學(xué)老師？對物理研究無限熱愛的他，毅然選擇了繼續(xù)深造。他非常認(rèn)真地準(zhǔn)備入學(xué)考試，通過了初試、復(fù)試，并于1978年10月順利成為中科院上海技術(shù)物理研究所第一屆研究生，師從湯定元先生學(xué)習(xí)和研究窄禁帶半導(dǎo)體紅外光電子物理。這一念就是6年，在學(xué)術(shù)的殿堂里，他如魚得水，一口氣拿下了碩士、博士學(xué)位。

與德國的不解之緣

1986年3月，受洪堡基金會(huì)邀請，褚君浩前往德國慕尼黑技術(shù)大學(xué)從事客座研究，在柯霍教授的實(shí)驗(yàn)室，參與半導(dǎo)體二維電子項(xiàng)目研究工作。初到實(shí)驗(yàn)室，他就碰到一個(gè)問題：有一個(gè)遠(yuǎn)紅外激光器工作時(shí)，幾乎連5分鐘也穩(wěn)定不了。德國的一些年輕博士對此一籌莫展?？禄艚淌陉P(guān)照他想方設(shè)法讓這臺(tái)紅外激光器穩(wěn)定下來。接到這個(gè)任務(wù)，他既興奮又焦慮，“興奮的是，面前的難題，別人已費(fèi)盡心思，卻束手無策，這是對自己顯示能力的一次挑戰(zhàn)，也是為中國人爭光的大好機(jī)會(huì)；焦慮的是，自己萬一也不能成功，豈不是要耽誤實(shí)驗(yàn)了嗎？”褚君浩如是說。

面對這一現(xiàn)狀，褚君浩化焦慮為動(dòng)力，先靜下心來把自己穩(wěn)住。功夫不負(fù)有心人。后來，他經(jīng)過一連幾天的觀察、摸索，漸漸地熟悉了這臺(tái)儀器，一周里就把儀器調(diào)節(jié)得相當(dāng)好，竟然可以連續(xù)穩(wěn)定工作6 至8個(gè)小時(shí)?？禄粝壬褍x器顯示的關(guān)于激光強(qiáng)度和時(shí)間關(guān)系曲線貼在墻上，不時(shí)地向來訪的教授和同事們介紹褚君浩，這讓他品嘗到了成功的喜悅。

褚君浩在慕尼黑生活、工作了近三年。他對慕尼黑—這座坐落在伊薩河畔的德國城市印象頗佳?！斑@里依山傍水，風(fēng)景秀麗。它是一座現(xiàn)代化氣息很濃的城市，但它又是一座富有特色的有著優(yōu)秀歷史傳統(tǒng)的古老的城市?！?/p>

在德期間，柯霍教授與褚君浩交往頗深，他們經(jīng)常在一起促膝交談。他經(jīng)常邀請褚君浩夫婦到自己的家里作客，而褚君浩夫婦也經(jīng)常邀請柯霍教授夫婦來自己家中，做中國菜招待他們。那時(shí)，柯霍教授就會(huì)樂呵呵地說：“這是我品嘗到的最好的中國菜?！?/p>

回國后，褚君浩幾乎每年都要赴德國進(jìn)行學(xué)術(shù)交流及考察活動(dòng)。截至目前，他的八個(gè)博士生先后選擇前往德國進(jìn)行進(jìn)一步的深造，其中有三個(gè)去維爾茨堡大學(xué)做訪問學(xué)者。“誕生于17世紀(jì)初的維爾茨堡大學(xué)非常著名，1901年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者威廉·康拉德·倫琴的實(shí)驗(yàn)室就在維爾茨堡大學(xué)。這里是倫琴射線科研成果的誕生地，現(xiàn)建有倫琴博物館供人參觀。”褚君浩饒有興致地介紹。

1998年，維爾茨堡大學(xué)舉行“倫琴射線發(fā)現(xiàn)100周年紀(jì)念研討會(huì)”，褚君浩受時(shí)任物理系主任朗德范爾教授邀請與會(huì)，并作了題為《碲鎘汞二維電子氣研究》的學(xué)術(shù)報(bào)告。褚君浩說，“朗德范爾教授與中國相當(dāng)友好，他作為大眾基金中德聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生評審委員會(huì)主任，選拔了許多優(yōu)秀中國學(xué)生到德國去深造，他也派了不少德國學(xué)者和學(xué)生到中國來訪問和進(jìn)修。他熱衷于為中國培養(yǎng)科技人才，始終關(guān)注著中國的發(fā)展。受他的影響，他的女兒也曾經(jīng)到南京大學(xué)學(xué)習(xí)中文?！?/p>

褚君浩還與馮·克里欽教授的助手洛特教授一起開展了歐共體—中國合作項(xiàng)目研究。這一項(xiàng)目為“金剛石和碳60的特性研究”，于1996年至1998年期間開展并最終完成。由褚君浩負(fù)責(zé)熱導(dǎo)測量與電學(xué)性質(zhì)測量，由洛特教授負(fù)責(zé)材料研究，這一項(xiàng)目成果在國際一流雜志上發(fā)表。

褚君浩與德國科學(xué)家朋友們的緣分仍在繼續(xù)。令人欣喜的是，他的兒子褚力文已經(jīng)在德國獲得了博士學(xué)位，曾經(jīng)在德累斯頓一家微電子公司任職，經(jīng)常往來于德國和上海張江高科技園區(qū)之間，從事著德中之間的技術(shù)交流工作。

創(chuàng)新成果蜚聲海外

30多年來，褚君浩在紅外物理、窄禁帶半導(dǎo)體以及鐵電薄膜的材料器件物理的應(yīng)用基礎(chǔ)研究上，取得了系統(tǒng)的創(chuàng)新研究成果，促進(jìn)了半導(dǎo)體學(xué)科的發(fā)展，為我國紅外物理和技術(shù)基礎(chǔ)的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)，許多研究成果被國外媒體和權(quán)威科學(xué)專著廣泛轉(zhuǎn)載，在國際相關(guān)科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)產(chǎn)生了重要影響。

發(fā)展窄禁帶半導(dǎo)體碲鎘汞能帶參數(shù)理論和實(shí)驗(yàn)，解決涉及窄禁帶半導(dǎo)體光電激發(fā)動(dòng)力學(xué)的重要基礎(chǔ)問題。褚君浩發(fā)現(xiàn)了碲鎘汞禁帶寬度的非線性溫度系數(shù)，提出禁帶寬度與組分、溫度關(guān)系的公式。該表達(dá)式被國際學(xué)術(shù)界稱為CXT公式(C褚君浩，X徐世秋，T湯定元)。褚君浩還獲得了碲鎘汞迄今為止最完整的帶間躍遷本征吸收光譜。提出碲鎘汞在本征吸收區(qū)的吸收系數(shù)和折射系數(shù)表達(dá)式，導(dǎo)出電子有效質(zhì)量表達(dá)式等。這些表達(dá)式是碲鎘汞材料器件設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，已經(jīng)用于我國風(fēng)云衛(wèi)星、神州飛船紅外系統(tǒng)中碲鎘汞紅外探測器的研制，并被美國依里諾依大學(xué)編入軟件包，被美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室等20多個(gè)單位作為碲鎘汞材料本征吸收光譜的標(biāo)準(zhǔn)，作為他們相關(guān)理論和實(shí)驗(yàn)研究的依據(jù)。碲鎘汞帶間躍遷本征吸收光譜等16項(xiàng)研究結(jié)果作為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)和關(guān)系式，被寫入國際公認(rèn)的權(quán)威科學(xué)手冊《Landoldt—Boerstein科學(xué)技術(shù)中的數(shù)據(jù)和函數(shù)關(guān)系》III/41B卷 (1999年，德國Springer出版)。研究結(jié)果還被大段引入美國《固體光學(xué)常數(shù)手冊》、英國《窄禁帶鎘基化合物的性質(zhì)》、荷蘭《混晶半導(dǎo)體光學(xué)性質(zhì)》、前蘇聯(lián)《半導(dǎo)體光譜和電子結(jié)構(gòu)》等著作。美國“材料學(xué)會(huì)通報(bào)”和美國“現(xiàn)代薄膜和表面技術(shù)”雜志分別發(fā)表專文介紹這些結(jié)果。

建立窄禁帶半導(dǎo)體表面二維電子氣子能帶結(jié)構(gòu)理論。褚君浩把二維電子氣研究擴(kuò)展到窄禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域，建立了研究窄禁帶半導(dǎo)體二維電子氣子能帶結(jié)構(gòu)的理論模型和實(shí)驗(yàn)方法。發(fā)現(xiàn)碲鎘汞表面二維電子特性與電子濃度、自旋一軌道相互作用、摻雜、壓力以及共振缺陷態(tài)的關(guān)系和規(guī)律，取得了一系列相關(guān)成果。黃昆先生認(rèn)為“本項(xiàng)成果可以說代表了我國學(xué)者在這個(gè)領(lǐng)域的貢獻(xiàn)”。

領(lǐng)導(dǎo)紅外物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室成績顯著。褚君浩擔(dān)任紅外物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任期間，實(shí)驗(yàn)室在1997年和2002年國家評估中兩次評為優(yōu)秀，成為連續(xù)四次評為A級的實(shí)驗(yàn)室。2008年，他籌建了上海太陽能電池研究與發(fā)展中心，建立了薄膜電池實(shí)驗(yàn)室研究平臺(tái)、測試平臺(tái)，以及硅材料和電池提純研究平臺(tái)和光伏電池上網(wǎng)逆變器研究平臺(tái)等。他還在華東師范大學(xué)籌建了極化材料和器件教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，開展電荷極化和自旋極化電子學(xué)研究。對學(xué)生，褚君浩主張啟發(fā)為主，指導(dǎo)為輔。他對學(xué)生的研究態(tài)度有嚴(yán)格的要求—核心是踏實(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)。他已培養(yǎng)了60多名博士，其中有兩位獲得全國百篇優(yōu)秀博士論文獎(jiǎng)。

鐵電薄膜非致冷紅外探測研究取得國際影響。褚君浩院士發(fā)展了BST、PZT鐵電薄膜和LNO、LSCO導(dǎo)電薄膜的生長方法。在鐵電薄膜微結(jié)構(gòu)控制和物理研究方面取得多項(xiàng)創(chuàng)新成果。美國《材料學(xué)會(huì)通報(bào)》和美國《現(xiàn)代薄膜和表面技術(shù)》雜志分別發(fā)表專文介紹這些結(jié)果。多項(xiàng)結(jié)果被寫入美國AcademicPress出版的《薄膜材料手冊》、Ames實(shí)驗(yàn)室《稀土數(shù)據(jù)手冊》以及英國國家物理實(shí)驗(yàn)室編寫的科學(xué)手冊。同時(shí)，褚君浩院士還應(yīng)邀為美國2003年3月出版的《納米科技百科全書》撰寫了“鈦酸鋇納米晶”專題。

褚君浩的研究工作受到了國內(nèi)外同行的贊譽(yù)，也為下一代青年研究人員樹立了榜樣，在國際上產(chǎn)生了廣泛影響。美國學(xué)術(shù)界在評論褚君浩研究組的工作時(shí)寫道：“現(xiàn)在他們不僅已經(jīng)趕上世界，并且在一些領(lǐng)域走在前面?！?/p>

心系國家能源發(fā)展

“當(dāng)前世界能源和環(huán)境問題日益凸顯，全球可持續(xù)發(fā)展面臨著巨大的壓力，發(fā)展綠色低碳技術(shù)解決能源問題迫在眉睫?！?014年5月25日，第十六屆中國科協(xié)年會(huì)“技術(shù)創(chuàng)新·企業(yè)發(fā)展”論壇在云南昆明舉行，褚君浩應(yīng)邀出席論壇并作題為《從現(xiàn)代光電技術(shù)看第三次工業(yè)革命》的主題報(bào)告時(shí)指出。

一直以來，在褚君浩的心中，國家利益、社會(huì)責(zé)任被擺在了最重要的位置。他認(rèn)為：“科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對國家的發(fā)展至關(guān)重要，所以科研工作者的成就感要與國家榮譽(yù)、社會(huì)責(zé)任緊密相聯(lián)。”

褚君浩是這樣說的，也是這樣做的。

最近十年來，他根據(jù)科技發(fā)展趨勢開展自旋電子學(xué)研究；根據(jù)社會(huì)發(fā)展需求開展太陽能電池研究。

2003年以來，褚君浩連續(xù)兩度擔(dān)任第十屆、第十一屆全國人大代表。每年全國兩會(huì)，褚君浩結(jié)合近年來主要從事的太陽能光伏電池研究，聯(lián)系當(dāng)前刻不容緩的環(huán)境保護(hù)問題，至少會(huì)拿出兩個(gè)議案，有時(shí)候是三個(gè)，多數(shù)涉及科技政策和國家能源產(chǎn)業(yè)方面的政策。

“做好具體的科學(xué)技術(shù)工作固然非常重要，但是在政策法規(guī)上怎樣營造一個(gè)促進(jìn)科學(xué)技術(shù)發(fā)展、創(chuàng)新成果人才輩出的環(huán)境和土壤，更為重要?！瘪揖迫缡钦f。

2008年，褚君浩在第十一屆全國人大一次會(huì)議上提出關(guān)于修改《可再生能源法》以促進(jìn)太陽能應(yīng)用的議案（第78號）。但是，國內(nèi)太陽能電池應(yīng)用的狀況并沒有得到根本改善。2009年的二次會(huì)議上，他根據(jù)太陽能產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用發(fā)展實(shí)際情況，經(jīng)過更深入的分析，進(jìn)一步提出了關(guān)于修改《可再生能源法》的議案（第86號），提出了關(guān)于可再生能源并網(wǎng)發(fā)電、促進(jìn)太陽能光伏電池應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)政策的建議。

2010年，褚君浩經(jīng)過調(diào)查了解到薄膜太陽能電池原材料碲礦流失的嚴(yán)重現(xiàn)狀，提出了關(guān)于修改《礦產(chǎn)資源法》的議案（第90號），《礦產(chǎn)資源法》修改被列入了第十一屆全國人大常委會(huì)立法計(jì)劃，由國務(wù)院負(fù)責(zé)相關(guān)起草工作。

2011年，褚君浩又呼吁國家制定《低碳經(jīng)濟(jì)促進(jìn)法》，提議建立全國統(tǒng)一的碳交易市場；2012年是他擔(dān)任本屆人大代表的最后一年，卻仍不懈提議修改《電力法》，并提議對《可再生能源法》進(jìn)行執(zhí)法檢查，為新能源發(fā)電應(yīng)用于國內(nèi)市場掃清障礙。

他是一個(gè)信念堅(jiān)定的人。

褚君浩總在積極奔走著，希望節(jié)能環(huán)保問題能夠引起各方重視?！氨M管目前光伏行業(yè)雖然處在嚴(yán)冬，但是未來發(fā)展前景可喜、可期?！?/p>

令他欣慰的是，他的一些議案提出后引起了相關(guān)部門高度重視，并給予了積極響應(yīng)。如國家能源局在書面征求了國務(wù)院有關(guān)部門、地方政府及電力企業(yè)等多家單位意見的基礎(chǔ)上，又專門召開了《電力法》修改議案辦理工作座談會(huì)，當(dāng)面向人大代表匯報(bào)辦理工作，形成了書面材料—《關(guān)于十一屆全國人大五次會(huì)議第19號代表議案的初步處理意見》。接著，相應(yīng)的促進(jìn)太陽能應(yīng)用的積極政策先后出臺(tái)。

褚君浩還結(jié)合自身科研經(jīng)歷，依據(jù)我國科學(xué)技術(shù)發(fā)展中的現(xiàn)狀及實(shí)際情況，提出了多項(xiàng)關(guān)于營造良好的科技發(fā)展環(huán)境的議案。這其中包括：關(guān)于制定科技投入法的議案、針對科技成果轉(zhuǎn)化問題的議案和制定住房保障法的議案等。

尋求技術(shù)突破的同時(shí)獻(xiàn)策國家宏觀政策考量，這對一位科學(xué)家來說已是難能可貴。但褚君浩并不滿足于此。

褚君浩認(rèn)為，“技術(shù)推廣的另一個(gè)重要前提就是社會(huì)的認(rèn)同；科普是實(shí)現(xiàn)科技成果產(chǎn)業(yè)化和提高社會(huì)認(rèn)同的重要環(huán)節(jié)?！?/p>

作為院士，褚君浩的工作日程始終很滿，但一遇上有單位邀請去做科普，他總是來者不拒。“時(shí)間上能安排，我就一定參加”這句話他不僅常說，而且常做。

截至目前，褚君浩領(lǐng)導(dǎo)的上海市科普作家協(xié)會(huì)先后發(fā)表科普文章約3.7萬篇，出版科普讀物1100多種，編寫18套《科學(xué)家庭》系列小型科普圖冊，組織科普演講、科普宣傳和競賽評比活動(dòng)5400余場，獲獎(jiǎng)145項(xiàng)……

褚君浩最近完成了新版《十萬個(gè)為什么？》“能源與環(huán)境”分卷的主編任務(wù)。現(xiàn)在，他正帶領(lǐng)上海市科普作家協(xié)會(huì)，組織編寫《新興產(chǎn)業(yè)科普叢書》等。

2013年1月17日，上?？破战逃齽?chuàng)新獎(jiǎng)首屆頒獎(jiǎng)典禮在上海舉行，這是國內(nèi)目前唯一一個(gè)省部級的專門科普獎(jiǎng)項(xiàng)，褚君浩獲“科普杰出人物獎(jiǎng)”。接過獎(jiǎng)杯的褚君浩說：“這份獨(dú)一無二的科普獎(jiǎng)，和科研工作一樣，也帶給我巨大的成就感?！?/p>

工作還在繼續(xù)，年近七旬的褚君浩一刻沒有停止過工作，他一貫的堅(jiān)持、執(zhí)著也將延續(xù)一輩子……