王启明 :曾任中科院半导体研究所所长

更新时间:2024-09-20 23:32

王启明,Wang Qiming,出生于1933年7月5日,国际著名的光电子学家。祖籍石狮市。1956年毕业于复旦大学物理系。研究员、博士生导师,中科院院士。中国科学院半导体研究所研究员,曾任该所所长。参与筹建中国半导体测试基地,建立了一系列材料测试系统。

1963年开始致力于半导体光电子学研究,在中国首先研制成连续激射的室温半导体激光器,先后使短波长和长波长激光器寿命突破10万小时,达到实用水平。发现了双异质结构激光器中出现反常自脉动,正向负阻开关和记忆开关等现象,提出了双光丝Q开关机制,界面态载流子陷落存贮机制以及自掺杂反向击穿机制等,为深入研究提供了理论基础。

人物简介

1985-1995曾任中科院半导体研究所所长,先后多次获国家级和院级科技进步一、二等奖。1986年始曾连续三次被评授予国家级有突出贡献中青年专家称号,1999年荣获何梁何利基金奖“科学与技术进步奖”,2001年被中国光学学会、电子学会和通信学会联合提名获我国光通信与集成光学杰出贡献奖。培养了50多名硕士和博士研究生。研制成量子阱激光器、调制器和光双稳激光器及开关器件,对发展光信息处理、光开关、光交换技术以及新一代光电子器件做出了贡献。现兼职中国光学学会常务理事,并受聘为厦门大学浙江大学、中国科技大学、北京工业大学等多所兼职教授。

主要从事半导体光电子器件物理、光子集成及其在光网络通信中的应用,尤其关注Si基光子器件和Si基光电子集成的发展。

王启明院士的代表性主要科研与学术成绩:

主持研制成功我国第一台CW运作10万小时的GaAs DH激光器,发现了双光丝自调Q效应,异质结界面电荷存储记忆效应和双向负阻效应。

国际同步开展了双稳态(CCTS)半导体激光器研究,提出增益锁定的概念和相关注入的技术,获得了ps窄脉冲序列的光输出,实现了波长变换与锁定,指导研究了SEED光双稳态开关。

主持开展了SiGe/Si量子阱、量子点的生长与应用研究。首次采用共振腔增强(RCE)结构研究成功可用於光通信1.3mm波长窄带响应光电子探测器,成功生长了Ge/Si量子点相干阵列,发现了自覆盖效应。

指导开展了Si基MOEMS和F-P腔TO型可调谐光学滤波器,获得了可连续调谐90nm范围的最好结果。

近期完成和在研的主要项目:

国家自然科学基金重大项目:“半导体光子集成基础研究”(1998-2002)

国家重大基础研究规划(973)项目:“支撑高速、大容量信息网络光子集成基础研究”(2001-2005)

国家中华人民共和国国家自然科学基金委员会重大基础研究计划项目“光网络及其节点功能研究”(2001-2006)

技术成就

国内外同行公认王启明是中国信息光电子事业的主要开拓者之一,在不同的阶段他都为中国光电子事业的发展作出了杰出的贡献。

1.研制成功长寿命GaAs半导体激光器率先主持研制成功我国第一支室温连续波运行10万小时的GaAs半导体激光器,推动了我国光纤通信的发展。

20世纪70年代初,美国贝尔实验室的第一支室温连续波运行的半导体激光器宣告问世。1973年,中国科学院领导觉察到这一成就对发展我国光通信及光电子学事业的深远意义,立即部署半导体研究所作为院重点任务组织力量,加强研究。当时正处于“文化大革命”期间,是非难分,人心涣散,要组织一支攻坚队伍很不容易。王启明临危受命,从研究室中抽调组织了近20名科研人员,立即开展半导体激光器的研究。

在接受这一难度极大的重点任务之后,王启明提出并采取了一系列有效的技术措施。激光器的有源工作区,仅有0.1μm的厚度,如何精确地可重复地控制它,首先决定于外延炉的控温精度。他率领课题组的人员与当时七机部的同志合作,在较短的时间内研制成功我国第一台高精度程控降温外延炉,为优质外延生长的实现奠定了基础。他吸取诸家的长处,与研究组的同事提出改进设计了我国第一套全密封金属化外延系统,从根本上保证了外延材料的质量。为了降低阈值及功耗,他提出一种高技术实现高热稳定隔离;在键合方面他还设计了新工艺,解决热阻问题。由于他抓住了研制技术中的关键,从根本上提出并解决了技术难题。他率领全组同志经过五年艰苦奋斗,不断改进生长技术,提高器件质量,激光器运行寿命达到了万小时以上,并于1980年经中国科学院组织鉴定,获中国科学院重大成果二等奖

王启明的视野并不只局限于器件的研制与研究上,他更关心激光器的应用。他和他的同事们积极参与北京市电话局的光纤通信建设,把研制出的激光器用在市话局的光纤通信实验线路上,经受住了长时间工作的考验,从而在我国揭开了以半导体激光器为基础的光纤通信事业的序幕。该器件及其应用技术一并获得1981年北京市科技成果一等奖

在1985年第一次组织评审国家科学技术进步奖时,这一重大成就又作为我国“短波长光通信器件研制”的全国联合项目,被评为二等奖,王启明被公推为第一受奖者。与此同时,由他主持的长波长InGaAsP激光器的研制成功,又获得“六五”攻关国家重奖。在此期间他在学术会议和学术刊物上公开发表的论文、报告有《双异质激光器退化观察》、《A1GaAs/GaAs DH激光器退化特性及L-I特性》、《GaAlAs/GaAs DH激光器的L-I特性》等10多篇。

1981年在美国旧金山召开的国际光通信和集成光学会议上,他受邀担任会议程序委员会委员并作了《中国的光通信》的特邀报告。由于他的成就和在国际学术界的影响,自1983年起连续被邀担任三届国际半导体激光会议和两届国际光通信与集成光学会议及国际电光会议的程序委员会委员。

2.研制成功新型pnpn双向负阻激光器深入研究双异质结激光器物理,提出了双光丝可饱和吸收机制、异质结界面态电荷存储记忆效应和pnpn夹层负阻击穿机制,解释了激光器出现的异常现象,也为新器件的研究提出了新思路。

出于严谨的科学态度和实事求是的精神,王启明对器件所表现的异常现象非常重视并开展了细致深入的研究。他和他的同事发现了某些激光器的异常瞬态输出响应,他首先发现由于Al组分不均匀导致激光腔内双光丝发光,并据此提出了导致复杂瞬态行为的物理机制,论文发表在国际杂志IEEE QE(《量子电子学》)1992年第18卷第4期上,为后来双区共腔可饱和吸收调Q激光器的研究提供了思路。

他还发现某些激光二极管呈现的反常双向负阻行为,提出是由于制备工艺热过程带来的自掺杂效应导致的反向结引入造成的。根据这一思路,后来成功地发展了一种新型pnpn双向负阻激光器。

3.研制成功双区共腔(CCTS)双稳态激光器系统地发展了双区共腔(CCTS)双稳态激光器,为数字光电子学的发展打下了基础。数字光电子学的发展必须具备有源和无源的光逻辑器件,这是80年代初人们开始关注的重要课题。

王启明在提出双光丝调Q效应解释激光器中反常自脉动成功之后,随即考虑如何有意识地研制这种器件,把普通的双异质激光器分为两段,保持在一个谐振腔中。这种双区共腔激光器的输出特性出现了光强回滞特性,即光双稳态特性。光双稳态特性正是光逻辑器件的基础。王启明和他的同事于1985年在中国《物理学报》发表了《InGaAsP质子轰击内调Q双稳态激光器》的论文,并与日本东京大学开展合作研究。

他和他的学生系统研究了双稳激光器自调准单稳频特性,稳频度优于10-5。研究了光触发增强放大特性,发现了输入光谱的单模纯正效应和光学混沌特性,并利用截取技术获得10ps光脉冲。他指导学生提出一种获得更窄光脉冲的“相关注入”新概念,并作了计算模拟研究。

由于王启明领导的小组对双稳态激光器进行系统深入研究所取得的成就,他曾三次在国际半导体激光会议上作报告,并在国际光电子学专集上特邀发表了总结性论文。这种器件已在国内被应用于信息光交换系统技术。作为阶段性成果,于1987年被评为中国科学院自然科学二等奖

1986年他在《中国通信学报》上发表了《共腔双区CCTS激光器的研究》一文,被中国通信学会评为优秀论文一等奖。积极部署推动开展新一代量子阱光电子器件的研究,为我国“863”光电子高技术计划的制订与实施作出了重要贡献。

1984年担任半导体所副所长时,他全力支持并协助名誉所长黄昆院士争取建立半导体超晶格国家重点实验室。1985年他和他的同事合作指导的研究生在国内做出了第一支GaAs量子阱激光器,为量子阱光电子器件的发展,迈出了关键的一步。

1985年起,他担任半导体所所长持续十年之久,大量的所务工作压在他的肩上,让他付出了很大的精力。与此同时,他又始终抓住光电子学发展的脉搏,并发挥他在所长岗位上所具有的国内外影响和作用,大力推进新一代光电子器件的发展。

他和研究生开展了量子阱自电光效应双稳态光开关的研究、量子阱高速电光调制器的研究、量子阱面发射激光器的研究,并取得了重大进展,自电光效应双稳态光开关器件,获1992年中国科学院科技进步一等奖。量子阱长波长双稳态激光器获1995年中国科学院科技进步一等奖。

1987年2月,中央批准我国“863”高技术计划,光电子技术为当时计划项目之一。经过老一辈专家和中国科学院院领导的推荐,以及国家科委的严格考核,王启明被遴选为“863”计划信息领域第一届专家委员会委员,并分工负责光电子主题的工作。他满腔热情地投入了光电子主题的建设工作,以准确锐利的眼光,提出了以光通信器件为主,光互连、光计算器件为辅的主题战略目标,以发展新一代量子阱光电子器件为主导的研究路线;同时,有远见地提出建设一个全国性的、开放的,以量子尺寸(纳米)工艺为主体的光电子器件研制工艺基地。

他的设想,成为后来“863”光电子主题发展的基础框架。他起草了实现主题研究的全面课题分解,为光电子主题工作的开展打下了重要的基础。随后他又被聘任为“863”计划光电子工艺中心学术委员会主任。

1986年,他作为发起人之一,与教委部门联合积极筹建了集成光电子学国家重点联合实验室,先后被聘任为联合实验室副主任和学术委员会主任。

简历

1934年7月3日出生于泉州市

1952-1956年在复旦大学物理系学习。

1956年毕业后,经方俊鑫推荐被分配到中国科学院应用物理研究所半导体研究室,从事半导体材料研究,1956-1960年,任实习研究员。

1960-1978年任中国科学院半导体研究所助理研究员,课题组长,研究室副主任。

1978-1985年任中国科学院半导体所副研究员,研究室主任/副所长。

1985-1994年任中国科学院半导体所,研究员,博导,所长,第一届“863”计划信息领域专家委员会委员,兼第一、第二届光电子主题专家组成员,国家光电子技术研究中心学术委员会主任。

1991年当选为中国科学院院士。

2002年任厦门大学物理科学与技术学院教授,国家中华人民共和国国家自然科学基金委员会信息科学领域专家咨询委员会委员。

主要论文

Qiming Wang, Liqing Zhao, Wanru 壮族, Jingming Chang, ChunShan Chang, Zhenqiu 吴语 Superhigh differential quantum efficiency and strong self-sustained pulsation in CW DH laser diodes, IEEE Journal of Quantum 电子学, 18(4), 595-601, 1982  Qiming Wang, Jianmeng Li. 计算机 simulations for a common-cavity two section (CCTS) bistable laser, Optical and Quantum Electronics, 19, 83-91, 1987

Qiming Wang, Ronghan Wu, Shiming Lin, Jianmong Li, Feike Xiong, Quansheng Zhang. An investigation of multi-functional 半导体 bistable laser. International J. of High Speed 电子学 \u0026 Systems, 7(3), 43-57, 1996.

Qiming Wang. Reseach progress on semiconductor photonic integration. Progress in Nature Sciences, 7(2), 136-141, 1997

Qiming Wang, Qinqing Yang, Yuqing Zhu, Junjie Si, Yuliang Liu, Hongbing Lei, Buwen Cheng, Jinzhong Yu. Si-based optoelectronic devices and their attractive applications. Czech. J. Phys., 49, 837-848, 1999.

Qiming Wang, Cheng Li, Buwen Cheng, Qinqing Yang. based resonant-cavity-enhanced photodetector. Optical Engineering, 40(7), 1192-1195, 2001.

Qiming Wang. State of the art and future prospect in development of optoelectronic devices applied in optical 传播学 network, Bulletin of the Chinese Academy of Sciences (BCAS), 17(2), 89-94 (2002).

Qiming Wang. Nano-Technology and 能量 band engineering to promote the high efficient luminescence of Progress in Physics, 2002, 22(4), 359-370.

Qiming Wang. The physical effects of semiconductors and high-tech Doeon Optoelectronics industry. Physics, 2002, 31(7), 409-414.

Qiming Wang. Investigation progress on key photonic integration for application in optical 传播学 network, Science in China, 40(1), 59-66, (2003)

事迹报道

王启明:我国半导体光电子事业的“启明星”

王启明,福建泉州人,1991年当选为中国科学院院士,国际著名光电子学家。

命运多,炼就坚韧性格

1934年,王启明出生于福建泉州一个城市贫民家庭,他的童年充满了艰辛和磨难。王启明原姓吴,家中有奶奶、父亲、母亲、哥哥、弟弟和妹妹共计7口人,靠父亲微薄的收入度日,由于家庭条件困难,王启明的妹妹在很小的时候就给一个华侨家庭当童养媳。

王启明的家虽然一贫如洗,但苦中有乐,也算温馨。对他影响最大的母亲,是东方女性的典型代表,她勤俭持家、温厚善良,在贫穷苦难中操持着一家人的柴米油盐。但没想到,抗日战争全面爆发后,日本中原地区实施了细菌战,江西省福建省一带首当其冲,泉州市古城一时鼠疫霍乱肆虐,王启明的家人也不幸遇难。

1940年冬,在不到3个月的时间里,王启明的父亲、母亲和弟弟相继染上鼠疫身亡,只留下年迈的奶奶、哥哥和王启明相依为命。一年多后,奶奶也撒手人寰,只留下兄弟二人孤苦无依。两个年幼的孩子只好去投奔同样一贫如洗的姑母……在王启明的童年生活中,别说一日三餐,有时可能连一顿饭都得不到保障。他吃过大众食堂的救济饭,尝遍了酸甜苦辣,还曾差点被承天寺的道淳大师收为弟子。

很难想象,一个不到十岁的孩子,童年饱受磨难,一路艰辛,最终竟成为了我国科学事业的先驱之一。王启明曾说,童年对他的影响很大,主要是炼就了他那坚韧不拔的性格,在苦难面前,承受不住的人也许会悲观厌世、放任自流,但他没有。这份成熟、坚韧不拔的性格与他日后在科研生涯里披荆斩棘、勇攀高峰有密不可分的关系。

渴望知识,珍惜学习机会

王启明从小就对知识有着强烈的渴求,他曾偷偷跟着哥哥,溜去学校听课。家庭破灭时,他也失学了。后来,王启明由他姑母做主,被许给了泉州市市郊一户姓王的地主人家当养子。在新家庭里,他重新获得了就学机会,直接就读高小班。从小就十分懂事的王启明十分珍惜这来之不易的求学机会,什么问题都爱打破砂锅问到底,这个好习惯贯穿了一生。1946年夏,王启明以优异的成绩从石狮育龄小学毕业。

石狮是南国侨乡的代表地,抗战胜利后,许多侨胞返乡,他们兴办学校、普及教育,通过海外捐款筹资,成立了石狮镇上第一所侨办中学——石狮石光中学,王启明很幸运地成为了石光中学的首批学子。

石光中学的求学经历也是王启明人生中的重要经历,在访谈中,他曾多次向我们讲述他在石光中学里那些难忘的往事。一般学理科的人比较欠缺文字表述与总结能力,但这难不倒王启明,因为他的文笔很好,在石光中学求学时,他的国文老师十分关心、鼓励他,还帮他给报纸投稿。他曾深情地回忆道:中学时代,许多谆谆教导过他的老师不仅教会了他许多基础知识,而且教会了他怎么把自己培养成一个有益于社会的人。

怀着要成为一个对社会有用之人的目标和为了寻求更广阔的天地,1952年,王启明在考大学时,选择了当时急需人才的理工专业,并以优异成绩考入了复旦大学物理系。那时,国家对大学生实行全额奖学金供给制。这对于王启明来说,是十分宝贵的机会。

大学期间,他没有回过一次老家,因为那时养母一家人基本都出国了,王启明靠着奖学金紧巴巴地生活着。沉默寡言的王启明学习十分刻苦,他睡下铺,就在上铺的床板上画上一个大问号,来提醒自己要多多思考,他还曾获得全校“学习积极分子”的荣誉称号。在大学校园里,王启明还遇到了卢鹤绂谢希德等物理界前辈,还有方俊鑫这样的物理界拔尖人物,方俊鑫还是他毕业论文的指导老师。1956年,在方俊鑫的指导下,王启明完成了有关半导体的毕业论文《CdS半导体气相反应材料生长研究》。

中国科学院应用物理研究所半导体研究室到复旦大学物色毕业生时,经方俊鑫推荐,王启明被直接分配到应用物理研究所半导体室,从事半导体材料研究。只有王启明被指定分配到半导体研究室,同学们都很羡慕他,因为当时的半导体正是一个充满生机的高科技新生领域。从此,王启明的一生就与我国半导体事业的发展结下了不解之缘。

潜心科研,取得瞩目成就

在半导体研究室,年轻的王启明先后在美国归来的半导体材料物理学家洪朝生林兰英先生的指导下,对国产Ge原材料进行区熔物理提纯,在国内首次获得超纯Ge材料,纯度达到“9N”,并制备成水平单晶,满足了制备Ge晶体管对要求。1958年开始,他又在洪朝生和林兰英先生的指导下,转入半导体材料参数与物理测试,主持建立了液氢室温15—300K变温霍尔(Hall)系数和电导率测量系统,还验证了“洪朝生效应”。

1960年,按照国家的部署,半导体研究室从物理研究所分出,成立中国科学院半导体研究所,王启明成了这个研究所的第一批成员。当时,国家要在半导体研究所建立“全国半导体测试中心”,以形成测试基地,检测鉴定全国半导体行业生产出的半导体材料、器件的质量。王启明作为骨干成员,也参与了“全国半导体测试中心”的组织建设工作。

随着测试中心的建立,半导体所的研究队伍也得到了进一步加强和充实。王启明负责的课题的人手也逐渐增多。自1965年以来,王启明参加并主持了保护环结构平面型雪崩光电二极管的研制,并负责Si片表面氧化膜生长和深、浅结的扩散关键工艺等工作。他还提出用LN2低温洗涤、纯化氧气的办法,使慢表面态密度大幅降低,使器件性能稳定地达到了任务要求。这项研究成果后来获得了中国科学院科学技术进步奖二等奖,对发展我国光通信事业起了先导性重要作用。

随后,王启明受命主持了中国科学院下达的重点任务——长寿命GaAs/AlGaAs双异质结室温连续工作激光器的研制。他带领团队首次在国内获得室温连续工作双异质结激光器,并经进一步优化改进,完成了室温连续工作10万小时的任务指标,达到实用化水平,为我国光纤通信事业的发展作出了重大贡献,该成果被评为中国科学院科技成果奖二等奖。这两项成果联合在一起,于1986年获得国家科学技术进步奖二等奖,王启明被公推为第一受奖人。这项成果,是王启明带领团队艰辛探索十余年才取得的,据说也是他科研历程中最满意、最深入的一项工作。

1986年,国家成立信息领域高科技专家委员会,王启明入选。他把这看作自己的“第二次创业”,希望把整个光电子领域真正带动起来。王启明提出要以光通信为主攻方向、以光互联和光计算为辅的光电子学研究路径。他力排众议,建立光电子工艺中心和光电子器件工程研究中心,奠定我国集成光电子事业的基础。在半导体领域,国内外专家均认为,王启明是中国信息光电子事业的主要开拓者之一,在不同阶段他都为中国光电子事业的发展作出了杰出的贡献。 (原载于《中国科学报》2018-05-14第8版印刻)

个人生活

童年生活

王启明出生于福建泉州一个城市贫民家庭,原姓吴,家中有奶奶、父亲、母亲、哥哥、弟弟和妹妹共计7口人,靠父亲微薄的收入度日,由于家庭条件困难,王启明的妹妹在很小的时候就给一个华侨家庭当了童养媳。抗日战争全面爆发后,日本中原地区实施了细菌战,江西省福建省一带首当其冲,泉州市古城一时鼠疫霍乱肆虐,王启明的家人也遇了难。1940年冬,在不到3个月的时间里,王启明的父亲、母亲和弟弟相继染上鼠疫身亡,只留下年迈的奶奶、哥哥和王启明相依为命。一年多后,奶奶也撒手人寰,只留下了兄弟二人。于是,他们就只好去投奔同样一贫如洗的姑母。在王启明的童年生活中,有时一天连一顿饭都得不到保障。他吃过大众食堂的救济饭,还曾差点被承天寺的道淳大师收为了弟子。后来,王启明由他姑姑做主,被许给了泉州市市郊一户姓王的地主人家当养子。

健康状况

2012年,由于身体原因,王启明做了心脏支架手术。在病床上,他写下总结10年所长生涯的小册子《回顾中的感悟》。此后每天,王启明仍习惯骑着自行车往来于住所与办公室之间。

人物评价

王启明对发展光开关、光交换技术、光信息处理以及新一代光电子器件做出了贡献。(泉州信息工程学院评)

王启明是国际著名光电子学家。他对推动中国半导体器件与光电子集成领域的学术繁荣、学科发展、技术创新与产业振兴以及对光电子学科领域的人才培养作出了重要贡献,并受到了中国国内外同行的高度认可。(《中国科学报》评)

在王启明的组织领导下出色地完成了通讯配套的平面型硅雪崩光电二极管的研制,并对促进中国第一、二代光纤通讯的发展做出了突出的贡献。(中国科学院半导体研究所评)

王启明为中国光电子科技事业发展做出了创新性和系统性的杰出贡献。他有着求真务实、开拓创新的科学精神,爱国奉献、自强不息的高尚品德,并且还为国家科学思想库功能发挥和在青年科技人才培养方面取得了突出成绩。(时任中国科学院院长白春礼贺信评)

参考资料

【中国科学报】王启明:我国半导体光电子事业的“启明星”.中国科学院.2024-08-21

王启明:我国半导体光电子事业的“启明星” .中国科学院.2024-08-16

中科院院士王启明亲临泉信院作《清源讲堂》第十一讲学术报告.今日头条.2024-08-16

王启明:我国半导体光电子事业的“启明星”.中国科学院.2024-08-16

半导体所所王启明院士被授予“中国科学院优秀共产党员”荣誉称号并获表彰.中国科学院半导体研究所.2024-08-16

王启明院士从事科研活动60周年学术研讨会在半导体所举行.中国科学院半导体研究所.2024-08-16

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