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《中國科學報》: 懷“材”為國

2019-08-09

“到底怎么進行分類改革?哪種選擇能給自己的科研工作帶來更多支持?當初,我們內心并不十分清楚。”研究員張韻感到有些迷茫。 2015年3月6日,中國科學院半導體研究所(以下簡稱半導體所)全體研究員被召集到會議室,在聽取中國科學院院士、時任半導體所所長李樹深對中科院研究所分類改革工作的介紹后,每個人都要投下鄭重的一票。  

這是半導體所面向未來的一次重大抉擇——選擇建設卓越創新中心,還是創新研究院?前者致力于科學和技術原創,后者側重服務經濟發展和國家安全。  

自2014年4月開始籌備爭取分類改革試點工作,醞釀一年后,半導體所必須在兩者之間做出最后的取舍。  

所領導班子作了一個從未有過的決定:把選擇權交到科研骨干手里。  

“宜早不宜晚,我的建議是卓越創新中心。”看到年輕人的猶豫,中國科學院院士夏建白起立表態。 

看不準方向時,答案常常就在夢開始的地方。 

1956年,在我國“十二年科學技術發展遠景規劃”中,作為當時采取的一項緊急措施,“在計算機、自動化、電子學和半導體四大前沿高技術領域新建四個研究所”的設想被提了出來,而半導體所是其中基礎性地位最強的一個。  

近60年的發展,每一個半導體所人都深知,這個團體一直是以基礎前沿為引領來立身的。 

黃昆、王守武、林蘭英、王守覺等老一輩半導體所人嚴謹、扎實的學風品格,熔鑄了這里濃郁的基礎研究傳統。 

“我們擅長什么?我們的科研文化是什么?我們的價值追求又是什么?”從回望歷史中尋找答案,張韻有一種豁然開朗的感覺。回答了這三問,對于建設卓越創新中心的選擇,也就順理成章了。 

 

 

半導體所四項成果榮獲2017年度國家科學技術獎。中科院半導體研究所供圖


 

求變:不破不立 

2015年4月,中國科學院半導體材料與光電子器件卓越創新中心(以下簡稱半導體卓越中心)啟動籌建。 

它的核心任務有二:一是探索建立符合中心發展需求的組織管理和運行機制,二是匯聚一支高水平的半導體材料與光電子器件科研創新團隊。 

2017年9月25日,半導體卓越中心如期迎來評估驗收。半導體所所長助理張韻負責向來自美國、加拿大、日本等國的15位國際同行專家進行匯報。 

“成立卓越創新中心對于半導體所的發展究竟有什么不可替代的作用?”現場來自國際專家的這個提問,頓時把張韻拉回到兩年前——這不就是籌建團隊無數次論證、決策、改進籌建方案想要得到的那個答案嗎。  

放眼國內外半導體科研機構,像半導體所這樣擁有半導體物理、材料、器件研究及系統集成應用完整鏈條的綜合性研究所,獨此一家。 

然而,經過多年發展,其中的弊端也隨之顯現。“半導體研究需要團隊作戰,可整個鏈條上的不同研究方向仍存在脫節,無法特別有效地擰成一股力量。”半導體所副所長譚平恒對此直言不諱。 

“問題就出在原有的科技布局與組織模式上。”在半導體所副所長(法定代表人)、半導體卓越中心主任祝寧華看來,想要克服過去分散封閉、交叉重復等碎片化和孤島現象,就必須以卓越創新中心為契機,重新進行一體化頂層設計,建立以重大科學問題與預期重大產出為核心的目標導向機制。 

改革從來沒有坦途。一個組織的積淀越深,沖破壁壘的阻力往往也越大。祝寧華深知,最大的挑戰在于打破原有科研單元的界限,凝聚研究方向和優勢力量。 

最終,半導體卓越中心明確了三大突破方向五大培養方向  

三大突破方向是指量子材料物性調控及器件機理、全波段半導體光電功能材料、半導體光電子器件與集成技術;  

五大培養方向是指半導體神經網絡與智能芯片、微納結構與柔性半導體器件、高功率全固態激光技術、半導體激光傳感與成像系統、神經接口與腦機交互技術。  

祝寧華介紹說,這與半導體所“一三五”規劃的內容方向不盡相同。“我們的想法是,半導體卓越中心更強調基礎與前沿,除了穩住原有優勢陣地,還要培育有潛力的課題方向。” 

神經接口與腦機交互技術就是一個例子。 

上世紀90年代起,中國科學院院士王守覺開始試水用硬件手段實現高速人工神經網絡功能,在半導體所開創了神經網絡學科方向。  

10年后,他的學生魯華祥接棒,聚焦神經計算芯片及其類腦計算技術應用。揭示人腦奧秘、發展人工智能,是21世紀最熱門的尖端技術之一,半導體卓越中心必須提前布局。 

改革的關鍵在于“人適其事,事得其人”。譚平恒舉例,研究員牛智川、吳南健的科研內容都與器件機理有關,但他們的方向更偏重光電子器件集成。 

因此,盡管他們過去所在部門是物理方向的半導體超晶格國家重點實驗室,最后卻以骨干研究員身份轉到半導體光電子器件與集成方向。這樣的例子不在少數。 

 

 

4kW全固態激光器組裝生產線 

 

2017年12月21日,“半導體材料與光電子器件卓越創新中心”經中科院院長辦公會審議,順利通過驗收,進入正式運行階段。  

正是由于半導體卓越中心以重大科研任務為牽引,打破壁壘,建立起了跨部門協同組織機制,并對科研單元的人員和科研資源的管理模式進行重新設計,統一組織協調科研人員申請和承擔各類重大項目,才讓它所承擔的重大任務獲得了比過去更加持續、快速地增長。  

如今,半導體卓越中心已牽頭承擔國家重點研發計劃項目16項、課題62個,項目總經費3.8億元,留所經費3.3億元。 


求賢:筑巢引鳳 


2012年,張韻作為歸國高端人才加入半導體所。那時除了依據國家政策給予的一次性補貼外,單位幾乎沒有額外的待遇支持。  

相同情況到了今天卻幾乎成了不可能的事。科研人員的職業吸引力、生存壓力都有了巨大改變。 

在這個基礎研究無比艱苦、工藝開發無比枯燥的領域,大到國家半導體產業要實現突破,小到一個研究所要求發展,都必須靠“三條腿”支撐——資金、政策和人才。 

“2017年專家組評議前后,我們真正意識到,按照過去每年引進一兩名科研骨干的速度,恐怕跟不上半導體卓越中心的發展節奏。”張韻記得,當時領導班子討論得出的唯一結論,就是用充足的資金、靈活的政策支持平臺建設,進而吸引有實力的人才聚集。 

為此,半導體卓越中心突出重點、集中發力。  

先是加強科研平臺建設,通過國家重點實驗室建設經費、修購專項經費等渠道投入資金1.3億元。把半導體集成技術工程研究中心建設成國內工藝設備齊全、加工水平先進的綜合性平臺之一。 

再加上新成立的中科院北京信息電子技術大型儀器區域中心,以微電子、光電子和電力電子為核心,集加工、測試、評估、驗證為一體,為半導體卓越中心提供了有力的設備和條件支撐。 

同時,半導體卓越中心對承擔重大科研任務的方向和團隊給予全力支持,對青年科研骨干的前瞻性研究分批次給予科研條件及經費方面的定向支持。  

特別是在去年,半導體卓越中心設立了主任基金并自主部署前沿項目,投入5000萬元對前沿研究方向和青年科研團隊進行擇優重點支持。 

今年春天,半導體所發布了最新的招聘啟事。為了引進高端人才,身為人事處處長的徐艷坤費盡了心思。 

目前,科研啟動經費已經從最初的70萬元、100萬元漲至200萬元,還包括年薪、生活補貼等一系列政策支持。 

“在這則招聘啟事中,有一條并不起眼——‘允許設立獨立課題組,協助建立研究團隊’,但它打破了研究所一項傳統規定——新進人才必須歸入已有課題組。”徐艷坤說。 

事實上,就在2018年,半導體卓越中心出臺的課題組管理辦法還明確規定了單個課題組的人數下限為6人,為的就是凝聚力量,便于聯合作戰。 

像張韻這樣,經過6年“打拼”才獨立出自己的課題組,已屬不易。 

這兩條規則看似矛盾,卻恰恰體現了新人才政策的靈活性。 

張韻認為,“這就好比給了新進人才一個合理范圍的開放特區,允許他們自主決策、獨立發展。” 

半導體卓越中心則協助他們申請資金、招聘成員,充當孵化器的角色。這也凸顯了半導體卓越中心求賢若渴的誠意和決心。  

不僅如此,祝寧華還提到:“過去,所里對各個實驗室、課題組的人才招聘參與度不高,缺乏整體規劃。現在,招人才不是為了資源競爭,而是有嚴格的頂層設計、方向布局,只選我們最需要的。” 

事實證明,半導體卓越中心主動出擊的姿勢,也讓人才吸納變得更有全局性和針對性。  

半導體卓越中心自成立以來,新增“杰出青年”3人、“優秀青年”2人、“萬人計劃”2人。 

讓祝寧華更為欣慰的是,高層次人才的穩定性在中科院系統內是位居前列的。 

一流人才帶來一流“效益”。

2015年加入半導體所的青年人才游經碧,主要從事鈣鈦礦型太陽能電池研究。進入半導體卓越中心短短幾年,他就以通訊作者或第一作者身份發表了《自然》系列研究論文7篇,其中單篇論文最高引用超過450次。 

2018年,他在不到一年時間內,便刷新了由美國可再生能源實驗室編制的鈣鈦礦太陽能電池認證效率的世界紀錄。 

據中國科學技術信息研究所發布的《中國科技論文統計結果》,半導體所在“國際論文被引用篇數較多的研究機構”中,2015年至2017年連續排名全國第三。 

2017年至2018年,共5次獲得國家自然科學獎二等獎、國家科技進步獎二等獎、國家技術發明獎二等獎。 


求實:育人不怠 


2018年10月14日,恰逢中國科學院大學(以下簡稱國科大)40周年校慶。 

慶祝儀式上首次授予兩位教師“李佩教學名師獎”,半導體所退休研究員余金中名列其中。 

20世紀90年代末,余金中和半導體所其他兩名研究員在中科院研究生院開設《半導體量子器件物理》課程。他負責講授《半導體光子學》課程,一講就是20多年。

2008年起,半導體所作為主承辦單位在國科大建立了科教融合的材料科學與光電技術學院(以下簡稱材料學院)。 

2014年,中科院連續印發4個關于推進“科教融合”組織建設的文件,將“科教融合”上升為全院范圍的一項制度安排。這也讓籌備中的半導體卓越中心加快了科教融合的步伐。 

如今,余金中仍然每周兩次乘坐班車去往國科大的不同校區上課。只是現在,他的座位邊上時不時會冒出許多當年他教過的學生。 

截至目前,半導體卓越中心在國科大4個學院共設立了19個教研室,開課數達到170門,崗位教師125人,再加上非崗位教師30人,融合力度遠超過去。 

不過,在國科大校長、長期擔任材料學院院長的李樹深的嚴格把關下,教師的遴選門檻從未降低。 

院士、“杰出青年”,這些科研領域的領軍人物成了崗位教師隊伍的主力。 

李樹深本人就是國科大首屆本科生1412班班主任及學業導師,并開設了《材料科學基礎》課程。 

“為了保證質量,材料學院還會定期對所有課程進行梳理,對學生評價不滿意的我們堅決關停。”材料學院副院長陳廣超的回答很干脆,盡管這樣的情況并不多見。 

自2015年和2017年起,譚平恒分別為研究生和本科生開設了《顯微拉曼光譜學》和《固體物理》課程。 

讓他格外驚喜的是,今年在顯微拉曼光譜學的課堂里,有來自22個不同研究所的20個不同專業的總共55名研究生,另外還有因為各種原因選不上課的15名研究生到場旁聽。 

余金中常說,“就沖這學生不要學分的勁兒,我也不能怠慢了他們的課。” 

科研人員對科教融合的認可,讓祝寧華漸漸放開了手腳。過去兩年里,他一次次探索出別開生面的深度融合新舉措,這也讓陳廣超感到異常興奮。 

2017年,國科大材料科學與工程學科入選教育部一流學科建設,給了材料學院和半導體卓越中心一劑強心針,這也意味著學科建設更依賴與相關研究所的密切合作。 

但在近幾年推動科教融合的過程中,祝寧華始終有塊心病。那就是“不解決合作成果的署名問題,無法提供非崗位教師的待遇保障,校內校外始終‘兩張皮’。究竟怎么做才能讓這些校外的老師更有歸屬感?” 

一年后的10月13日,在國科大雁棲湖校區國際會議中心,材料學院正式成立材料光電研究中心,與材料口一流學科建設相關的26個研究所的代表共同見證了這一具有特殊意義的時刻。 

成立材料光電研究中心的初衷,就是為了提高各參與單位及其所屬教職員工對學科建設的積極性和參與度。 

材料光電研究中心不僅是合作研究的共同署名機構,還可以統籌使用國科大規定的學科建設經費,對在“一流學科建設”中作出重要貢獻的單位及其教職員工進行獎勵。祝寧華透露,中心去年的這部分投入達到了600萬元。  

除此之外,2018年下半年,半導體卓越中心和材料學院一拍即合,計劃共同創建科教融合實驗室,加強培養學生除基礎理論知識以外的動手能力。 

憑借這一想法,材料學院將開辟總面積近300平方米的3個實驗室,供研究生集中教學使用。 

今年年初,在與祝寧華的商議下,材料學院又拋出了一個大手筆。每年給予370萬元用于支持科教融合的6個教學項目和20個科研項目。 

“這是一個需要咬緊牙關、風險共擔的決定。”陳廣超相信,不論哪種舉措,半導體卓越中心和材料學院的科教融合都將走在國科大的前列。 


求索:深“根”固本 

 

2019年4月11日,已退休返聘8年的半導體所研究員胡雄偉突然因病離世。就在一年多前,他作為項目主要完成人被授予2017年度國家科學技術進步獎二等獎。 

 

 

 

陣列波導光柵晶圓 

  

 

 

 

 

光分路器晶圓 

 

整整20年,胡雄偉把自主知識產權的寬帶光網絡用平面光波回路光分路器芯片及陣列波導光柵芯片,從實驗室帶上了生產線,開啟了我國高端光電子芯片的產業化之路。  

2015年后,年產光分路器芯片占據了全球50%以上的市場份額。由于這些芯片在信息網絡中處于不可替代的地位,這一突破對保障“寬帶中國”戰略具有重大意義。  

當了胡雄偉近20年的學生,半導體所研究員安俊明清楚地記得,今年春節過后,他仍在籌謀著項目的申請,規劃著課題組的未來,沉淀著新的產業化課題,沒有一刻停歇。他,就是半導體所和半導體卓越中心的“芯”力量。 

 

正是有太多這樣的力量存在,才使得半導體卓越中心鑄就了一個又一個“科學卓越”和“技術卓越”: 

——超晶格國家重點實驗室王開友團隊及其合作者,在室溫無外加磁場條件下,利用電場—電流的方法成功實現了垂直鐵磁器件的自旋可控翻轉。這一突破性的成果為新型磁隨機存儲器和磁邏輯的設計和發展開辟了新的發展思路;  

——祝寧華團隊及其合作者,多年來承擔了國內第一批光電子集成器件的重點研究項目,解決了集成化激光器模塊在研究開發過程中面臨的核心技術問題; 

——全固態光源實驗室主任林學春團隊,突破了工業用高功率全固態激光器系列化關鍵技術,開發出多種高功率全固態激光器產品并實現工業示范應用,促進了我國高功率全固態激光在工業中的應用。 

…… 

然而,半導體基礎研究是一項“墊底”的工作,它最終隱身于龐大的系統集成之中被推向市場,因此常常不被人所矚目。 

但重要的是,“根”深才能不懼風搖動。 

在國內半導體產業風起云涌的時刻,在全球新一輪科技革命和產業變革蓄勢待發、摩爾定律遭遇到技術與成本兩方面發展瓶頸的時刻,中國新一代半導體技術必須為信息網絡、人工智能、新材料、先進制造等領域的技術創新和加速突破提供堅實的基礎。 

從研制出我國第一臺單晶爐、第一根鍺單晶、第一只砷化鎵半導體激光器起,半導體所人就從未與“使命”二字分離。 

放眼未來,作為我國半導體科學技術領域的“國家隊”,以半導體所為依托的半導體卓越中心責任在肩。 

對此,祝寧華態度堅定,“我們將致力于實現重大科學突破、提出重大原創理論、開辟重要學科方向。特別是要以第三代半導體材料、高端光電子及集成器件、大功率激光材料與器件為重點,突破先進光電子器件及集成等關鍵技術,從而支撐寬帶通信和新型網絡、光電信息等技術的快速發展。在全面服務國家重大需求和國民經濟發展中建立起不可替代的基礎支撐作用。” 

 

《中國科學報》 (2019-08-09 第4版 綜合) 



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