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師者|薩支唐:世界首個提出CMOS概念的人,一個MOS半導體器件領域繞不開的人
發布時間:2023年01月28日 來源:電子科學與技術學院

集成電路是現代信息社會的基石。在集成電路問世短短60餘年的曆史裏,薩支唐可以稱得上是先驅式的人物。自1963年他首次提出CMOS(互補金屬氧化物半導體的縮寫,指製造大規模集成電路芯片用的一種技術或用這種技術製造出來的芯片)工藝技術至今,CMOS工藝已成為當前大規模集成電路的主流工藝技術,絕大部分集成電路都是用CMOS工藝製造的。得益於他的卓越貢獻,集成電路功耗更低了、速度更快了、集成度更高了、抗幹擾能力更強了。同時,成本也低了,更便於大規模生產,使得電子設備如手機、電視機、計算機等迅速普及開來。

半導體器件和微電子學的學術大家

在MOS半導體器件領域,薩支唐方程是每一個研究者都無法繞過的方程。MOS器件是MOS(金屬-氧化物-半導體)場效應管的簡稱,在電學上MOS管作為一種電壓控製的開關器件,其核心結構是由導體、絕緣體與構成管子襯底的摻雜半導體這三層材料疊在一起組成的。MOS晶體管性能的好壞是通過MOS晶體管輸出電流-電壓特性曲線進行衡量的,而關於MOS晶體管輸出電流-電壓特性的經典描述恰恰就是薩支唐方程。

除了薩支唐方程的學術貢獻以外,薩支唐還長期致力於微電子學研究,對發展晶體管、集成電路以及可靠性研究作出了裏程碑性質的貢獻。他提出了半導體p-n結中電子-空穴複合理論,開發了半導體局域擴散的平麵工藝和MOS、CMOS場效應晶體管,並提出MOS晶體管理論模型,發明了探測半導體中微量缺陷的深能級瞬態譜(DLTS)方法,發現了氫在矽中對受主雜質的鈍化作用。他還寫了三卷教科書,《固態電子學基礎》(FSSE 1991),《FSSE研究指南》(1993)和《FSSE解決方案手冊》(1996),為後來的半導體器件物理研究者提供了良好的學術參考。此外,他還編輯了晶體管緊湊模型和集成電路發明史方麵10部專著,並由世界科學出版公司出版。

他不僅是國際固態電子技術進展係列(ASSET)的創始編輯(1991),還在1963年至1978年期間被科學信息研究所(Institute of Scientific Information)列為世界上被引用次數最多的1000名科學家之一。目前,薩支唐已發表了大約280篇學術論文,應邀做了約170次學術演講,還為社會培養了大批半導體專業人才,堪稱半導體器件和微電子學的學術大家。

現代半導體工業的開路先驅

1956年博士畢業後,薩支唐加入肖克利半導體實驗室,跟隨肖克利在工業界從事固態電子學方麵的研究,為其在半導體領域的“開掛”工作奠定了基礎;1959年,薩支唐進入仙童半導體公司,在戈登·摩爾的領導下,開展了平麵矽基集成電路的研發,解決了一係列重要的技術問題,做出了非常重要的貢獻。在供職仙童半導體公司期間,他擔任固態物理組經理,帶領一個64人的研究組從事第一代矽基二極管、MOS晶體管和集成電路的製造工藝研究,並取得了一係列重要進展。

1963年,薩支唐與同事Frank Wanlass一起發明了CMOS(互補MOS)半導體器件製造工藝。該工藝指出CMOS是由NMOS和PMOS的有機組合構成的邏輯器件,且靜態電源功率密度低,工作電源功率密度高,能夠形成高密度的場效應真空三極管邏輯電路。該器件在邏輯狀態轉換時才會產生大電流,在穩定狀態時隻有極小的電流通過。這一製造工藝的最大特點就是低功耗,此外還具有速度快、抗幹擾能力強、集成密度高、封裝成本逐漸降低等優點。CMOS工藝現在幾乎用於所有現代大規模集成電路和超大規模集成電路中。

自低功耗CMOS工藝提出後,1964年,薩支唐的上司摩爾提出了摩爾定律,預測晶體管集成度將會每18個月增加1倍。換言之,處理器的性能每隔兩年翻一倍。CMOS技術的提出與發展,有效推動了集成電路按照摩爾定律不斷向前發展,就像異常肥沃的養料一直滋養著人類矽文明曆史上最豔麗的花朵—集成電路芯片。1998年,薩支唐被授予半導體工業協會(SIA)最高榮譽——羅伯特·諾伊斯獎,以表彰他對半導體行業的卓越貢獻。

心係中國 愛校榮校的廈大校友

1932年,薩支唐出生於中國北平市,因其父薩本棟調任國立ob体育欧洲杯官网 校長,他隨家南遷回到福州接受完中學教育。對於生於斯長於斯的中國和傾注了父親心血的ob体育欧洲杯官网 ,他懷有著無比深厚的感情。

改革開放以後,薩支唐是最早與中國進行科技合作與交流的美國科學家之一,曾多次訪華,做了20餘次係列講座,指導了多名中國研究生,還多次協助在中國舉辦國際學術研討會,並在2000年當選為中國科學院外籍院士。

薩支唐十分關注廈大的學術研究,他將自己畢生珍藏的、在半導體物理學和固態電子學領域積累的科學研究檔案全部捐贈給了廈大,此項資料也成為了ob体育欧洲杯官网 圖書館薩本棟紀念特藏庫的一個重要組成。自2000年起,他花費了大量時間和精力,陸續將這批資料從美國佛羅裏達大學運來廈大圖書館收藏,僅私人支付的郵費便達到數萬美元,更遑論科學資料背後的學術價值。這類研究檔案資料,揭示著一門學科的發展曆史,幾乎填補了廈大圖書館在這類資料的曆史空白,成為廈大學術之珍藏。為促進學術交流、推動科學研究,進一步培養ob体育欧洲杯官网 的年輕人才,薩支唐於2004年成為ob体育欧洲杯官网 的名譽教授,又於2010年受聘擔任ob体育欧洲杯官网 物理與機電工程學院全職教授。他熱心推動廈大的學科發展,多次來校對半導體等學科建設進行指導,積極牽線搭橋,促進我校與世界知名學術機構和學者建立交流合作關係,有力地推動了學校電子信息學科的發展。

在ob体育欧洲杯官网 89周年校慶的慶祝大會上,廈大授予了薩支唐名譽理學博士學位,這也是廈大曆史上頒發出的第三個榮譽博士學位。“希望對廈大的感情能延續下去。”薩支唐深情地說道,“回廈大等於回家。”

(電子科學與技術學院 嚴威)

【人物名片

薩支唐,福建福州人,1932年11月出生,後入籍美國。著名的物理學家、微電子學家,美國國家工程院院士、中國科學院外籍院士、台灣“中研院”院士。1949年薩支唐從福州英華中學畢業,赴美國就讀於伊利諾伊大學香檳分校,1953年獲電機工程學士和工程物理學士,1954年、1956年分別獲美國斯坦福大學碩士、博士學位。1959年至1964年供職於美國仙童公司。1964年擔任伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校任物理係和電子及計算機係教授。1988年起,擔任美國佛羅裏達大學電機和電子工程係教授、工學院首席科學家。2004年被ob体育欧洲杯官网 授予“榮譽教授”稱號,2010年起受聘為ob体育欧洲杯官网 微電子學科傑出教授。薩支唐的父親薩本棟是ob体育欧洲杯官网 前校長、第一屆中央研究院院士,“父子院士”成為一段傳奇。

參考資料:

1.中國科學院學部

http://casad.cas.cn/sourcedb_ad_cas/zw2/ysxx/wjysmd/200906/t20090624_1808832.html

2.玉堂廈大文庫

https://jade.xmu.edu.cn/16079/list.htm

3.我校物理機電學院薩支唐院士獲IEEE EDS頒發顯赫會員稱號

https://news.xmu.edu.cn/info/1003/19338.htm

4.薩本棟之子獲頒廈大榮譽博士學

https://alumni.xmu.edu.cn/info/1014/1362.htm

5.新浪網:廈大授予薩本棟之子名譽博士

https://news.xmu.edu.cn/info/1023/37163.htm


 


【責任編輯:謝晨馨】
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