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中科院上海微系统所:80年历程 80年辉煌


 

蔡元培、周仁等人合影
 

1928年位于霞飞路899号的理化实业所旧址
 
今年是中国科学院上海微系统与信息技术研究所的80华诞。回眸80年,辉煌璀璨,岁月如歌。
 
上海是中国近代启蒙思想的摇篮,是汇聚现代学术精英的人才高地,是现代科学体制的培植地。1915年1月由上海出版发行的《科学》杂志最早将“民权”与“科学”并提,实为首倡中国新文化运动的先声,第一次让中国的民众用现代的眼光去看待科学、学习科学和应用科学。
 
1928年6月,经历过新文化运动和西方科学教育洗礼的一批现代知识精英在中国知识界“领袖群伦”蔡元培的凝聚和号召下,齐集上海,参加了中央研究院的筹备和创建。《科学》杂志9名发起人和科学社5名董事之一的留美学者周仁即为其中的领军人物,出任国立中央研究院工程研究所(中科院上海微系统与信息技术研究所的前身)所长。中央研究院及相关研究所的成立,宣告中国的科技事业开始有了独立的、较完整的机构和建制,开始有了职业化的科技研究队伍,并正式拉开了中国向现代化科学技术进军的大幕。由我国第一代建筑设计师庄俊设计的中央研究院乃至中国的第一座科研实验大楼──理化实验馆(今中国科学院上海微系统与信息技术研究所杏佛楼)随即在上海建成。
 
纵观80年发展历程,中科院上海微系统与信息技术研究所先后经历了五个发展阶段,即建所至上海解放的艰苦创业阶段(1928.6~1949.5)、上海解放至“文革”前的建功立业阶段(1949.5~1966.5)、“文革”10年(1966.5~1976.10)、改革开放至知识创新工程前20年(1976.10~1997.12)和实施知识创新工程10年(1998.1~2007.12)。
 
建所之初,在现代科学研究一片空白的年代,周仁及其同仁怀抱科学和实业救国理想,制订了理论联系实际、注重产品开发与应用、服务于国民经济建设的办所方针,进行了冶金、陶瓷、玻璃等领域的开拓性研究,从而为研究所的创立和发展奠定了基础,推进了我国冶金、陶瓷、玻璃工业的技术创新和进步,在生产自救的同时也满足了国民经济的许多需要。主要成就如:1931年3月,用现冶炼工艺试炼成中国第一炉电弧炉钢,开了中国电弧炉炼钢的先河,成为我国电炉炼钢的先驱;1930~1932年开始以现代科技方法考察古代窑址及瓷器,又开了用科学方法分析研究我国古陶瓷技艺风气之先;从1934年开始研究现代工业陶瓷的制作工艺试验,则为现代陶瓷工业奠定了科学基础;从1934年开始开展各种工业及医用玻璃研究,不少产品优于同期国外产品,替代了进口产品,为工业界取得了可观经济效益。至上海解放的21年的时间内,研究所逐渐形成了理论联系实际、重视技术支撑和中试生产、不断创新的传统。另外值得自豪的是,在抗战内迁昆明后,工程所还开展了为抗战和民生需要服务的研究工作,先后试制炼成了当时急需的多种合金材料及零部件,为后方支援抗战作出了贡献。抗战胜利后留下的昆明工作站,也为内地的实业和科学发展布下了种子。
 
1949年,所长周仁和全所职工抵制了中央研究院搬迁台湾的要求,直至上海解放和中国科学院成立,原工学所改组为中国科学院工学实验馆,科研工作也紧紧围绕国民经济恢复时期的需求与建设来转轨转型、定位定向、构思规划。在新中国诞生之初,研究所就非常明确地突出了科研工作要“为民服务”,要满足国家之“迫切需要”,要联系“各项实际”、“改进旧有工业”、“创设新兴工业”,对以工程技术研究为主的微系统所来说具有重要的现实意义和深远的指导意义,是研究所艰苦创立、建功立业、开拓发展、求实创新之本。从建所之初的以冶金、陶瓷和玻璃三大领域为主,直到建国后前10年,相关科研工作薪火相传,围绕钢铁、有色金属、陶瓷、耐火材料诸领域,进行与国家五年计划重点建设直接有关的研究,很快便研制成功球状石墨铸铁并在全国得到大力推广,对国民经济恢复起了很好的推动作用。随后又按照国家计委及中国科学院要求,技术科学要密切结合中国现有冶金工业生产与新冶金工业中心的建立开展研究工作,研究所开始承担包头铁矿的高炉冶炼和综合利用,以及低合金40X含铬汽车钢代用品的科研任务,对包头铁矿进行高炉冶炼试验的同时,还开展了一系列物理化学研究,为包头铁矿的高炉设计和后来的高炉冶炼理论分析提供了依据。在此期间,研究所还开展了攀枝花钛磁铁矿的高炉冶炼和相关问题的研究,系统地研究了钛磁铁矿的还原速率、高钛渣的物理化学性质和矿物组成、铁液中钛、硅和碳的溶解度及钒在熔渣和铁液之间的反应等,从化学冶金的角度弄清了钛渣变稠、炉缸堵塞和高炉冶炼难行的机理,并在国际上首先实现了渣口喷吹技术,为攀钢的建设发挥了重要作用。
 
从1958年到1960年的3年时间内,中科院矿冶研究所、中科院昆明冶金陶瓷研究所和中科院硅酸盐化学与工学研究所相继分立建所后,我所改名为中国科学院冶金研究所,开始对学科方向进行大的调整。按照国家需求、中国科学院发展要求和上海市提出的“高精尖”方针,再次对我所的研究工作发展方向和规划作了重大调整,即从冶金及结构金属材料等研究领域逐步转向以“轻、精、纯”材料为重点的研究方向,为打开纯金属冶金、半导体材料、熔渣渗金属边缘学科大门的战略转移打下了基础。
 
这次调整后,由吴自良领衔承接了甲种分离膜研制,它是分离铀235的核心部件。周恩来总理始终关心上海这一攻关项目。经过3年多的艰苦努力,终于在1964年上半年按国家要求的时限完成了实验室工作,样品性能超过苏联的同类产品。“甲种分离膜的制造技术” 于1984年获国家发明奖一等奖,1985年获国家科技进步奖特等奖——“原子弹的突破和武器化”国防专项覆盖子项目,吴自良院士也于1999年9月被中共中央、国务院、中央军委授予“两弹一星功勋奖章”。这次学科调整的另一重大举措是从1965年开始进入集成电路研究领域,并迅速掌握和完善了PN结隔离等关键技术,研制成功了我国第一块双极型集成电路,填补了我国半导体集成电路的空白,并在随后的3年内在全国多家半导体厂推广生产,为我国IC产业化谱写了新篇章,作出了具有历史意义的贡献。
 
在随后的十年“文革”期间,绝大多数党员、干部、科技人员出于对科学研究工作的热爱、执着和自觉性,出于对党和国家事业的忠诚、良知和责任感,顶住逆流,迎难而上,在不得不参与持续不断的政治运动的特定历史条件下,顶着“臭老九”的帽子,利用“三结合”、“开门办科研”等一切机遇,在有限的“促生产”的空间中,根据当时国民经济建设、国防军工任务及社会发展的需要,跟踪及瞄准国际科学技术发展的新动向,以高度的科研职业精神和岗位责任意识,尽心尽力搞好科研生产工作,积极努力完成各项科研任务,在最大程度上减轻了“文革”十年给冶金所科研工作造成的损失。这一时期冶金所的科研方向集中到半导体材料及器件、磁性材料、超导材料、金属腐蚀和耐蚀材料4个方面,并围绕这4个方面开展金属物理及半导体物理的研究。研制的双异质结镓铝砷高亮度发光管成功地应用于光通讯系统,并研制出我国第一块单片光集成器件。另外还按照中央军委炮兵司令部的命令,试制成功了防弹性能优于苏联同类产品的防弹衣,并按期安成了任务。在金属腐蚀及防护研究方面,开展了含硫气田井口设备抗硫化氢腐蚀材料、反坦克炮弹压铸铝合金、某重点工程耐海水腐蚀材料等方面的研究,开辟了工业防腐蚀技术研究的新局面。
 
1978年为贯彻全国科学大会、全国自然科学学科规划会议及中科院规划会议精神,结合冶金所实际,制定了《1978~1985年科学技术发展八年规划》,科研工作围绕微电子学、材料科学及金属腐蚀和防护等3个学科领域开展研究。从改革开放开始到1997年底的近20年里,特别是1984年后,在完成了拨乱反正、实现工作重心转移的基础上,冶金所以科研为中心的各项工作紧紧围绕国家经济建设、国防安全与社会发展需求,深化改革,扩大开放,在社会主义市场经济的浪潮中求生存发展,求开拓创新,开创了两个文明建设齐抓共管的新局面。从深化科研体制改革、创新管理模式(实行所长负责制、调整组织架构、改革人事制度),到理顺基础研究、应用研究、技术开发三者之间的关系,逐步确定了“以一个研究中心(所本部),两个新技术产业园区(漕河泾与嘉定)”构成的新布局,和“以国家重点实验室、开放实验室为主的基础及应用基础研究部分,以国家工程研究中心、工程技术中心为主的新技术及产品开发基地,以现代企业制度运行的高技术产业公司群”三块构筑的新结构。通过这些探索和实践,将科研活动渗透到社会主义建设中,为在国民经济建设中发挥科研国家队的作用提供了坚实的技术积累。这20年在我所的历史上是科研活动极其活跃、极具活力的时期,同时也是逐步开展和扩大国际合作与交流的时期。一些探索性、原创性的项目也取得了长足的进展,为继之而来的发展打下了扎实的基础。1985年“高速超高速双极型数字集成电路”获国家科技进步奖一等奖。同年由冶金所设计研制成功的国内第一台60万伏离子注入机通过了中科院的鉴定。另外,自1985年我所被上海市政府评为首届“上海市文明单位”后,一直保持着这份荣誉至今。
 
为迎接知识经济的挑战和适应其需求,1998年6月国家科教领导小组批准由中国科学院进行知识创新工程试点。冶金作为上海高技术研究发展基地5个成员之一,被列入首批启动单位之一。自此,开始了我所创新发展、持续发展、飞跃发展的新阶段。
 
按照中国科学院的部署,所长江绵恒审时度势,高屋建瓴,组织全所职工分析国家战略需求,结合已有的技术优势,进行了建所以来最大的一次学科方向调整,经职代会和干部大会讨论,一致通过了微系统所的战略定位方案。方案确定微系统所的性质为以高技术研究和发展为主的科研基地型综合性研究所,把原来进行的以材料学科为主的研究方向调整到了信息与通信领域,确定了“系统带器件,器件带材料”的发展战略,基本框架为有机联系的研究、开发与产业三个基地和一个高效、精干的管理支撑系统。2001年5月,我所第七次更名,成为“中国科学院上海微系统与信息技术研究所”。
 
进入知识创新二期以后,根据中科院新时期办院方针和微系统所的实际情况,在中科院领导和有关部门的支持下,微系统所将学科领域进一步调整为以“电子科学与技术、信息与通信工程”两大学科领域为重点科技活动领域,学科方向进一步凝练为无线信息系统及网络、微系统、信息功能材料与器件、微型与新型能源等。
 
聚焦知识创新工程10年,可谓硕果累累、枝繁叶茂。在短短10年的时间里,中科院上海微系统与信息技术研究所为国家、为科学院开辟了微小卫星、无线传感网和无线通信等3个大的系统层面的学科方向,开展了高技术研究并在相关领域形成优势,为研究所走上可持续发展的轨道奠定了坚实的基础。在承担国家、地方等各层面的重大基础性、前瞻性、战略性项目过程中,微系统所的广大科研人员发奋努力、开拓创新、协同作战,取得了许多有代表性重大创新科技成果。在系统层面有存储转发通信小卫星系统、无线传感网等;在器件和材料层面有微型传感器、PCRAM、射频与微波集成系统等;在高技术产业化方面有SOI材料及产业化、生物芯片及其产业化等;在领域前沿有太赫兹半导体器件及物理等。
 
知识创新工程实施10年来,中科院上海微系统所取得了一批有较大影响的成果,其中,“创新一号”存储转发通信小卫星于2003年10月成功发射入轨并正常运行至今。卫星发射入轨后的运行期间进行了大量的应用试验,结果表明卫星通信系统具有非常好的通信能力,达到同类卫星的国际先进水平。这是我国研制成功的第一颗具有自主知识产权的存储转发通信小卫星,为我国发展微小卫星事业提供了宝贵经验。该项成果获2004年上海市科技进步奖一等奖和2005年国家科技进步奖二等奖,项目研究集体荣获2007年中国科学院杰出科技成就奖。创新二期取得的另一项重大成果是SOI材料及其产业化。SOI技术是微电子和光电子领域发展的前沿,拥有极其广泛的应用领域和发展前景。微系统所在SOI技术方面有多年的研究积累,通过创新二期的进一步提升和发展,孵化成立了上海新傲科技有限公司,并于2002年建成了国内第一条具备国际先进水平的SOI材料生产线,突破了一系列SIMOX材料制备的技术关键,使产品质量达到美国公司同类产品标准,成品率稳定在85%以上。新傲公司已成为国内唯一可以批量提供高质量SOI圆片的供应商,不仅解决了我国SOI材料的“有无”问题,还面向国际国内半导体厂商生产和销售SOI圆片。“高端硅基SOI材料研究和产业化”获得2006年国家科技进步奖一等奖,这是微系统所有历史上的第三个国家一等奖。在中科院创新二期综合质量评估中,微系统所获得“优”的好成绩,跻身中科院A类研究所序列,在研究所发展史上又添浓墨重彩的一笔。
 
当今世界,云谲波诡。在复杂的国际环境下,科学技术本身也正经历着前所未有的深刻变革,国家竞争力将最终表现为科技和科技人才的竞争上。为实现国民经济振兴和建设小康社会的宏伟目标,深入贯彻落实胡锦涛总书记的科学发展观、实施科教兴国战略和落实国务院《国家中长期科学和技术发展规划纲要》已成为必然选择。上海作为中国改革开放的龙头和新的人才高地,将继续承载这一历史重任。根植于这片具有深厚文化底蕴的沃土,江绵恒、封松林、王曦等一批新的留学归国科技精英已成长为国家、中国科学院和上海市的战略科学家和新一代科技领军人才。
 
展望明天,我们满怀豪情,决意再铸辉煌。目前,中科院上海微系统与信息技术研究所正紧紧抓住建所80周年、实施创新三期的有利时机,继承和发扬民主、科学、爱国、奉献的精神,坚持“团结、高效、严谨、创新”八字所风,紧紧围绕面向国家经济发展、国防建设和地方重大需求三大目标,立足于上海这片热土,以微小卫星、无线传感网、未来移动通信等系统为牵引,加强关键技术创新和集成创新,加强体制、机制和管理创新,不断提高自主创新与原始创新能力,带动相关的微系统器件、模块及信息功能材料与器件领域的发展,不断取得对国家有重要战略意义的科技成果,促进我国相关领域自主创新能力的提升,不断推进成果转化、推动产业化,努力使微系统所成为微小卫星、无线传感网、微系统、移动通信及相关材料与器件领域内不可替代、富有创新活力、开放和“四个一流”(一流的成果、一流的效益、一流的管理、一流的人才)的高技术研究所。
 
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