中國科學院院士褚君浩躬身半導體研究執(zhí)著寫就春秋

本刊記者/劉紅偉

中國科學院院士褚君浩躬身半導體研究執(zhí)著寫就春秋

本刊記者/劉紅偉

“提起半導體，今天的人們并不感到陌生。它已滲入人類社會生活的方方面面，從手機到計算機，從飛機到產(chǎn)業(yè)機械，從云端和移動通訊到分子集半導體制造，到處都可以看到半導體的身影，半導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，不因時代的更迭而泯滅。在我們盡情謳歌半導體技術給人們帶去便利的同時，有這樣一個人，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體科學技術研究，默默地為國家奉獻著青春和智慧。

他就是—

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

從小立下科學志

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

他從小熱愛科學。他小時候經(jīng)常聆聽父親講解日食月食的形成，小學五年級時他自己動手制作了望遠鏡，觀察月亮。他還經(jīng)常在家里書架上找《科學大眾》、《科學畫報》翻看。在徐匯中學讀書期間，他是學校圖書館的?？?，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》、《物理學的進化》、《原子物理學》、《科學家奮斗史話》、《居里夫人傳》等書籍。

他對物理學情有獨鐘。高中時，褚君浩就閱讀了《相對論ABC》、《天文學》、《光學》和《原子物理學》方面的書籍，還做了許多筆記，寫了心得體會文章。有一時期，學校提倡大搞科技活動，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)動下制作了簡便的吸塵器。

1962年高考，他同時填報了復旦大學物理系、華東師范大學物理系和上海師范學院物理系三個志愿，“當時我的想法就是，非物理系不上！”

命運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，自己夢寐以求的復旦大學物理系就這樣與他失之交臂。轉(zhuǎn)而進入上海師范學院（現(xiàn)上海師范大學）物理系進行學習。

回憶這一段的經(jīng)歷，褚君浩表示感受頗多。他認為，“高中和大學是人生最重要的兩個階段：高中是形成初步的世界觀和人生觀的階段；大學則為今后的成長、成才打下堅實基礎階段，這為我終生從事物理研究奠定了基礎?！?/p>

1966年，褚君浩大學畢業(yè)后，被分配到梅隴中學，開始了長達十年的教學生涯。他在教學之余仍致力于物理研究，并在復旦大學物理系殷鵬程老師的指導下，和一批志同道合者參加了一個關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，“科學春天”的來臨，我國恢復了研究生制度。當時上海高校擬從中學選拔一批優(yōu)秀教師到高校任教，他被列入入選名單上。是讀研究生，還是當大學老師？對物理研究無限熱愛的他，毅然選擇了繼續(xù)深造。他非常認真地準備入學考試，通過了初試、復試，并于1978年10月順利成為中科院上海技術物理研究所第一屆研究生，師從湯定元先生學習和研究窄禁帶半導體紅外光電子物理。這一念就是6年，在學術的殿堂里，他如魚得水，一口氣拿下了碩士、博士學位。

與德國的不解之緣

1986年3月，受洪堡基金會邀請，褚君浩前往德國慕尼黑技術大學從事客座研究，在柯霍教授的實驗室，參與半導體二維電子項目研究工作。初到實驗室，他就碰到一個問題：有一個遠紅外激光器工作時，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。柯霍教授關照他想方設法讓這臺紅外激光器穩(wěn)定下來。接到這個任務，他既興奮又焦慮，“興奮的是，面前的難題，別人已費盡心思，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會；焦慮的是，自己萬一也不能成功，豈不是要耽誤實驗了嗎？”褚君浩如是說。

面對這一現(xiàn)狀，褚君浩化焦慮為動力，先靜下心來把自己穩(wěn)住。功夫不負有心人。后來，他經(jīng)過一連幾天的觀察、摸索，漸漸地熟悉了這臺儀器，一周里就把儀器調(diào)節(jié)得相當好，竟然可以連續(xù)穩(wěn)定工作6 至8個小時?？禄粝壬褍x器顯示的關于激光強度和時間關系曲線貼在墻上，不時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，柯霍教授就會樂呵呵地說：“這是我品嘗到的最好的中國菜。”

回國后，褚君浩幾乎每年都要赴德國進行學術交流及考察活動。截至目前，他的八個博士生先后選擇前往德國進行進一步的深造，其中有三個去維爾茨堡大學做訪問學者?！罢Q生于17世紀初的維爾茨堡大學非常著名，1901年諾貝爾物理學獎獲得者威廉·康拉德·倫琴的實驗室就在維爾茨堡大學。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?！瘪揖起堄信d致地介紹。

1998年，維爾茨堡大學舉行“倫琴射線發(fā)現(xiàn)100周年紀念研討會”，褚君浩受時任物理系主任朗德范爾教授邀請與會，并作了題為《碲鎘汞二維電子氣研究》的學術報告。褚君浩說，“朗德范爾教授與中國相當友好，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主任，選拔了許多優(yōu)秀中國學生到德國去深造，他也派了不少德國學者和學生到中國來訪問和進修。他熱衷于為中國培養(yǎng)科技人才，始終關注著中國的發(fā)展。受他的影響，他的女兒也曾經(jīng)到南京大學學習中文?！?/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—中國合作項目研究。這一項目為“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。由褚君浩負責熱導測量與電學性質(zhì)測量，由洛特教授負責材料研究，這一項目成果在國際一流雜志上發(fā)表。

褚君浩與德國科學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、窄禁帶半導體以及鐵電薄膜的材料器件物理的應用基礎研究上，取得了系統(tǒng)的創(chuàng)新研究成果，促進了半導體學科的發(fā)展，為我國紅外物理和技術基礎的發(fā)展作出了重要貢獻，許多研究成果被國外媒體和權威科學專著廣泛轉(zhuǎn)載，在國際相關科學領域內(nèi)產(chǎn)生了重要影響。

發(fā)展窄禁帶半導體碲鎘汞能帶參數(shù)理論和實驗，解決涉及窄禁帶半導體光電激發(fā)動力學的重要基礎問題。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、溫度關系的公式。該表達式被國際學術界稱為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)表達式，導出電子有效質(zhì)量表達式等。這些表達式是碲鎘汞材料器件設計的重要依據(jù)，已經(jīng)用于我國風云衛(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編入軟件包，被美國空軍研究實驗室等20多個單位作為碲鎘汞材料本征吸收光譜的標準，作為他們相關理論和實驗研究的依據(jù)。碲鎘汞帶間躍遷本征吸收光譜等16項研究結果作為標準數(shù)據(jù)和關系式，被寫入國際公認的權威科學手冊《Landoldt—Boerstein科學技術中的數(shù)據(jù)和函數(shù)關系》III/41B卷 (1999年，德國Springer出版)。研究結果還被大段引入美國《固體光學常數(shù)手冊》、英國《窄禁帶鎘基化合物的性質(zhì)》、荷蘭《混晶半導體光學性質(zhì)》、前蘇聯(lián)《半導體光譜和電子結構》等著作。美國“材料學會通報”和美國“現(xiàn)代薄膜和表面技術”雜志分別發(fā)表專文介紹這些結果。

建立窄禁帶半導體表面二維電子氣子能帶結構理論。褚君浩把二維電子氣研究擴展到窄禁帶半導體領域，建立了研究窄禁帶半導體二維電子氣子能帶結構的理論模型和實驗方法。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)的關系和規(guī)律，取得了一系列相關成果。黃昆先生認為“本項成果可以說代表了我國學者在這個領域的貢獻”。

領導紅外物理國家重點實驗室成績顯著。褚君浩擔任紅外物理國家重點實驗室主任期間，實驗室在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級的實驗室。2008年，他籌建了上海太陽能電池研究與發(fā)展中心，建立了薄膜電池實驗室研究平臺、測試平臺，以及硅材料和電池提純研究平臺和光伏電池上網(wǎng)逆變器研究平臺等。他還在華東師范大學籌建了極化材料和器件教育部重點實驗室，開展電荷極化和自旋極化電子學研究。對學生，褚君浩主張啟發(fā)為主，指導為輔。他對學生的研究態(tài)度有嚴格的要求—核心是踏實和嚴謹。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。

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導電薄膜的生長方法。在鐵電薄膜微結構控制和物理研究方面取得多項創(chuàng)新成果。美國《材料學會通報》和美國《現(xiàn)代薄膜和表面技術》雜志分別發(fā)表專文介紹這些結果。多項結果被寫入美國AcademicPress出版的《薄膜材料手冊》、Ames實驗室《稀土數(shù)據(jù)手冊》以及英國國家物理實驗室編寫的科學手冊。同時，褚君浩院士還應邀為美國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，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。美國學術界在評論褚君浩研究組的工作時寫道：“現(xiàn)在他們不僅已經(jīng)趕上世界，并且在一些領域走在前面?！?/p>

心系國家能源發(fā)展

“當前世界能源和環(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“技術創(chuàng)新·企業(yè)發(fā)展”論壇在云南昆明舉行，褚君浩應邀出席論壇并作題為《從現(xiàn)代光電技術看第三次工業(yè)革命》的主題報告時指出。

一直以來，在褚君浩的心中，國家利益、社會責任被擺在了最重要的位置。他認為：“科學技術的發(fā)展對國家的發(fā)展至關重要，所以科研工作者的成就感要與國家榮譽、社會責任緊密相聯(lián)?！?/p>

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研究；根據(jù)社會發(fā)展需求開展太陽能電池研究。

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

“做好具體的科學技術工作固然非常重要，但是在政策法規(guī)上怎樣營造一個促進科學技術發(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議上提出關于修改《可再生能源法》以促進太陽能應用的議案（第78號）。但是，國內(nèi)太陽能電池應用的狀況并沒有得到根本改善。2009年的二次會議上，他根據(jù)太陽能產(chǎn)業(yè)和應用發(fā)展實際情況，經(jīng)過更深入的分析，進一步提出了關于修改《可再生能源法》的議案（第86號），提出了關于可再生能源并網(wǎng)發(fā)電、促進太陽能光伏電池應用的經(jīng)濟激勵政策的建議。

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重現(xiàn)狀，提出了關于修改《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立法計劃，由國務院負責相關起草工作。

2011年，褚君浩又呼吁國家制定《低碳經(jīng)濟促進法》，提議建立全國統(tǒng)一的碳交易市場；2012年是他擔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》進行執(zhí)法檢查，為新能源發(fā)電應用于國內(nèi)市場掃清障礙。

他是一個信念堅定的人。

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部門高度重視，并給予了積極響應。如國家能源局在書面征求了國務院有關部門、地方政府及電力企業(yè)等多家單位意見的基礎上，又專門召開了《電力法》修改議案辦理工作座談會，當面向人大代表匯報辦理工作，形成了書面材料—《關于十一屆全國人大五次會議第19號代表議案的初步處理意見》。接著，相應的促進太陽能應用的積極政策先后出臺。

褚君浩還結合自身科研經(jīng)歷，依據(jù)我國科學技術發(fā)展中的現(xiàn)狀及實際情況，提出了多項關于營造良好的科技發(fā)展環(huán)境的議案。這其中包括：關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。

尋求技術突破的同時獻策國家宏觀政策考量，這對一位科學家來說已是難能可貴。但褚君浩并不滿足于此。

褚君浩認為，“技術推廣的另一個重要前提就是社會的認同；科普是實現(xiàn)科技成果產(chǎn)業(yè)化和提高社會認同的重要環(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?！皶r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，褚君浩領導的上海市科普作家協(xié)會先后發(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5400余場，獲獎145項……

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

2013年1月17日，上海科普教育創(chuàng)新獎首屆頒獎典禮在上海舉行，這是國內(nèi)目前唯一一個省部級的專門科普獎項，褚君浩獲“科普杰出人物獎”。接過獎杯的褚君浩說：“這份獨一無二的科普獎，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，他一貫的堅持、執(zhí)著也將延續(xù)一輩子……