中国科学院院士褚君浩躬身半导体研究执著写就春秋

本刊记者/刘红伟

中国科学院院士褚君浩躬身半导体研究执著写就春秋

本刊记者/刘红伟

“提起半导体，今天的人们并不感到陌生。它已渗入人类社会生活的方方面面，从手机到计算机，从飞机到产业机械，从云端和移动通讯到分子集半导体制造，到处都可以看到半导体的身影，半导体正悄无声息地改变着我们的生活。”

有一种星辰，不因岁月的逝去而消沉，不因时代的更迭而泯灭。在我们尽情讴歌半导体技术给人们带去便利的同时，有这样一个人，他隐身于喧嚣热闹的都市背后，几十年如一日，躬身于红外光电子物理和半导体科学技术研究，默默地为国家奉献着青春和智慧。

他就是—

褚君浩，中国科学院院士、上海技术物理研究所研究员、著名半导体物理和器件专家、中国培养的第一个红外物理博士、华东师范大学信息科学技术学院院长、上海市政府参事、上海市科普作家协会理事长……

从小立下科学志

1945年3月，江苏宜兴。褚君浩出生在一个知识分子家庭，父亲是一名地理老师。

他从小热爱科学。他小时候经常聆听父亲讲解日食月食的形成，小学五年级时他自己动手制作了望远镜，观察月亮。他还经常在家里书架上找《科学大众》、《科学画报》翻看。在徐汇中学读书期间，他是学校图书馆的常客，求知渴望和好奇心促使他开始从书中大量吸取“养料”，开启他的梦想之门。在书海中尽情徜徉，酣畅淋漓地阅读了《天文学》、《物理学的进化》、《原子物理学》、《科学家奋斗史话》、《居里夫人传》等书籍。

他对物理学情有独钟。高中时，褚君浩就阅读了《相对论ABC》、《天文学》、《光学》和《原子物理学》方面的书籍，还做了许多笔记，写了心得体会文章。有一时期，学校提倡大搞科技活动，他感到要清理图书馆书架上排列书上的灰尘异常吃力，就在好奇心的驱动下制作了简便的吸尘器。

1962年高考，他同时填报了复旦大学物理系、华东师范大学物理系和上海师范学院物理系三个志愿，“当时我的想法就是，非物理系不上！”

命运之神却没有眷顾这一位“物理迷”。

那年，他虽然物理考了满分，但由于语文（作文）失误，总分被拉了下来，自己梦寐以求的复旦大学物理系就这样与他失之交臂。转而进入上海师范学院（现上海师范大学）物理系进行学习。

回忆这一段的经历，褚君浩表示感受颇多。他认为，“高中和大学是人生最重要的两个阶段：高中是形成初步的世界观和人生观的阶段；大学则为今后的成长、成才打下坚实基础阶段，这为我终生从事物理研究奠定了基础。”

1966年，褚君浩大学毕业后，被分配到梅陇中学，开始了长达十年的教学生涯。他在教学之余仍致力于物理研究，并在复旦大学物理系殷鹏程老师的指导下，和一批志同道合者参加了一个关于基本粒子的讨论班，还写了很多科普方面的文章和小册子。

1978年，“科学春天”的来临，我国恢复了研究生制度。当时上海高校拟从中学选拔一批优秀教师到高校任教，他被列入入选名单上。是读研究生，还是当大学老师？对物理研究无限热爱的他，毅然选择了继续深造。他非常认真地准备入学考试，通过了初试、复试，并于1978年10月顺利成为中科院上海技术物理研究所第一届研究生，师从汤定元先生学习和研究窄禁带半导体红外光电子物理。这一念就是6年，在学术的殿堂里，他如鱼得水，一口气拿下了硕士、博士学位。

与德国的不解之缘

1986年3月，受洪堡基金会邀请，褚君浩前往德国慕尼黑技术大学从事客座研究，在柯霍教授的实验室，参与半导体二维电子项目研究工作。初到实验室，他就碰到一个问题：有一个远红外激光器工作时，几乎连5分钟也稳定不了。德国的一些年轻博士对此一筹莫展。柯霍教授关照他想方设法让这台红外激光器稳定下来。接到这个任务，他既兴奋又焦虑，“兴奋的是，面前的难题，别人已费尽心思，却束手无策，这是对自己显示能力的一次挑战，也是为中国人争光的大好机会；焦虑的是，自己万一也不能成功，岂不是要耽误实验了吗？”褚君浩如是说。

面对这一现状，褚君浩化焦虑为动力，先静下心来把自己稳住。功夫不负有心人。后来，他经过一连几天的观察、摸索，渐渐地熟悉了这台仪器，一周里就把仪器调节得相当好，竟然可以连续稳定工作6 至8个小时。柯霍先生把仪器显示的关于激光强度和时间关系曲线贴在墙上，不时地向来访的教授和同事们介绍褚君浩，这让他品尝到了成功的喜悦。

褚君浩在慕尼黑生活、工作了近三年。他对慕尼黑—这座坐落在伊萨河畔的德国城市印象颇佳。“这里依山傍水，风景秀丽。它是一座现代化气息很浓的城市，但它又是一座富有特色的有着优秀历史传统的古老的城市。”

在德期间，柯霍教授与褚君浩交往颇深，他们经常在一起促膝交谈。他经常邀请褚君浩夫妇到自己的家里作客，而褚君浩夫妇也经常邀请柯霍教授夫妇来自己家中，做中国菜招待他们。那时，柯霍教授就会乐呵呵地说：“这是我品尝到的最好的中国菜。”

回国后，褚君浩几乎每年都要赴德国进行学术交流及考察活动。截至目前，他的八个博士生先后选择前往德国进行进一步的深造，其中有三个去维尔茨堡大学做访问学者。“诞生于17世纪初的维尔茨堡大学非常著名，1901年诺贝尔物理学奖获得者威廉·康拉德·伦琴的实验室就在维尔茨堡大学。这里是伦琴射线科研成果的诞生地，现建有伦琴博物馆供人参观。”褚君浩饶有兴致地介绍。

1998年，维尔茨堡大学举行“伦琴射线发现100周年纪念研讨会”，褚君浩受时任物理系主任朗德范尔教授邀请与会，并作了题为《碲镉汞二维电子气研究》的学术报告。褚君浩说，“朗德范尔教授与中国相当友好，他作为大众基金中德联合培养博士研究生评审委员会主任，选拔了许多优秀中国学生到德国去深造，他也派了不少德国学者和学生到中国来访问和进修。他热衷于为中国培养科技人才，始终关注着中国的发展。受他的影响，他的女儿也曾经到南京大学学习中文。”

褚君浩还与冯·克里钦教授的助手洛特教授一起开展了欧共体—中国合作项目研究。这一项目为“金刚石和碳60的特性研究”，于1996年至1998年期间开展并最终完成。由褚君浩负责热导测量与电学性质测量，由洛特教授负责材料研究，这一项目成果在国际一流杂志上发表。

褚君浩与德国科学家朋友们的缘分仍在继续。令人欣喜的是，他的儿子褚力文已经在德国获得了博士学位，曾经在德累斯顿一家微电子公司任职，经常往来于德国和上海张江高科技园区之间，从事着德中之间的技术交流工作。

创新成果蜚声海外

30多年来，褚君浩在红外物理、窄禁带半导体以及铁电薄膜的材料器件物理的应用基础研究上，取得了系统的创新研究成果，促进了半导体学科的发展，为我国红外物理和技术基础的发展作出了重要贡献，许多研究成果被国外媒体和权威科学专著广泛转载，在国际相关科学领域内产生了重要影响。

发展窄禁带半导体碲镉汞能带参数理论和实验，解决涉及窄禁带半导体光电激发动力学的重要基础问题。褚君浩发现了碲镉汞禁带宽度的非线性温度系数，提出禁带宽度与组分、温度关系的公式。该表达式被国际学术界称为CXT公式(C褚君浩，X徐世秋，T汤定元)。褚君浩还获得了碲镉汞迄今为止最完整的带间跃迁本征吸收光谱。提出碲镉汞在本征吸收区的吸收系数和折射系数表达式，导出电子有效质量表达式等。这些表达式是碲镉汞材料器件设计的重要依据，已经用于我国风云卫星、神州飞船红外系统中碲镉汞红外探测器的研制，并被美国依里诺依大学编入软件包，被美国空军研究实验室等20多个单位作为碲镉汞材料本征吸收光谱的标准，作为他们相关理论和实验研究的依据。碲镉汞带间跃迁本征吸收光谱等16项研究结果作为标准数据和关系式，被写入国际公认的权威科学手册《Landoldt—Boerstein科学技术中的数据和函数关系》III/41B卷 (1999年，德国Springer出版)。研究结果还被大段引入美国《固体光学常数手册》、英国《窄禁带镉基化合物的性质》、荷兰《混晶半导体光学性质》、前苏联《半导体光谱和电子结构》等著作。美国“材料学会通报”和美国“现代薄膜和表面技术”杂志分别发表专文介绍这些结果。

建立窄禁带半导体表面二维电子气子能带结构理论。褚君浩把二维电子气研究扩展到窄禁带半导体领域，建立了研究窄禁带半导体二维电子气子能带结构的理论模型和实验方法。发现碲镉汞表面二维电子特性与电子浓度、自旋一轨道相互作用、掺杂、压力以及共振缺陷态的关系和规律，取得了一系列相关成果。黄昆先生认为“本项成果可以说代表了我国学者在这个领域的贡献”。

领导红外物理国家重点实验室成绩显著。褚君浩担任红外物理国家重点实验室主任期间，实验室在1997年和2002年国家评估中两次评为优秀，成为连续四次评为A级的实验室。2008年，他筹建了上海太阳能电池研究与发展中心，建立了薄膜电池实验室研究平台、测试平台，以及硅材料和电池提纯研究平台和光伏电池上网逆变器研究平台等。他还在华东师范大学筹建了极化材料和器件教育部重点实验室，开展电荷极化和自旋极化电子学研究。对学生，褚君浩主张启发为主，指导为辅。他对学生的研究态度有严格的要求—核心是踏实和严谨。他已培养了60多名博士，其中有两位获得全国百篇优秀博士论文奖。

铁电薄膜非致冷红外探测研究取得国际影响。褚君浩院士发展了BST、PZT铁电薄膜和LNO、LSCO导电薄膜的生长方法。在铁电薄膜微结构控制和物理研究方面取得多项创新成果。美国《材料学会通报》和美国《现代薄膜和表面技术》杂志分别发表专文介绍这些结果。多项结果被写入美国AcademicPress出版的《薄膜材料手册》、Ames实验室《稀土数据手册》以及英国国家物理实验室编写的科学手册。同时，褚君浩院士还应邀为美国2003年3月出版的《纳米科技百科全书》撰写了“钛酸钡纳米晶”专题。

褚君浩的研究工作受到了国内外同行的赞誉，也为下一代青年研究人员树立了榜样，在国际上产生了广泛影响。美国学术界在评论褚君浩研究组的工作时写道：“现在他们不仅已经赶上世界，并且在一些领域走在前面。”

心系国家能源发展

“当前世界能源和环境问题日益凸显，全球可持续发展面临着巨大的压力，发展绿色低碳技术解决能源问题迫在眉睫。”2014年5月25日，第十六届中国科协年会“技术创新·企业发展”论坛在云南昆明举行，褚君浩应邀出席论坛并作题为《从现代光电技术看第三次工业革命》的主题报告时指出。

一直以来，在褚君浩的心中，国家利益、社会责任被摆在了最重要的位置。他认为：“科学技术的发展对国家的发展至关重要，所以科研工作者的成就感要与国家荣誉、社会责任紧密相联。”

褚君浩是这样说的，也是这样做的。

最近十年来，他根据科技发展趋势开展自旋电子学研究；根据社会发展需求开展太阳能电池研究。

2003年以来，褚君浩连续两度担任第十届、第十一届全国人大代表。每年全国两会，褚君浩结合近年来主要从事的太阳能光伏电池研究，联系当前刻不容缓的环境保护问题，至少会拿出两个议案，有时候是三个，多数涉及科技政策和国家能源产业方面的政策。

“做好具体的科学技术工作固然非常重要，但是在政策法规上怎样营造一个促进科学技术发展、创新成果人才辈出的环境和土壤，更为重要。”褚君浩如是说。

2008年，褚君浩在第十一届全国人大一次会议上提出关于修改《可再生能源法》以促进太阳能应用的议案（第78号）。但是，国内太阳能电池应用的状况并没有得到根本改善。2009年的二次会议上，他根据太阳能产业和应用发展实际情况，经过更深入的分析，进一步提出了关于修改《可再生能源法》的议案（第86号），提出了关于可再生能源并网发电、促进太阳能光伏电池应用的经济激励政策的建议。

2010年，褚君浩经过调查了解到薄膜太阳能电池原材料碲矿流失的严重现状，提出了关于修改《矿产资源法》的议案（第90号），《矿产资源法》修改被列入了第十一届全国人大常委会立法计划，由国务院负责相关起草工作。

2011年，褚君浩又呼吁国家制定《低碳经济促进法》，提议建立全国统一的碳交易市场；2012年是他担任本届人大代表的最后一年，却仍不懈提议修改《电力法》，并提议对《可再生能源法》进行执法检查，为新能源发电应用于国内市场扫清障碍。

他是一个信念坚定的人。

褚君浩总在积极奔走着，希望节能环保问题能够引起各方重视。“尽管目前光伏行业虽然处在严冬，但是未来发展前景可喜、可期。”

令他欣慰的是，他的一些议案提出后引起了相关部门高度重视，并给予了积极响应。如国家能源局在书面征求了国务院有关部门、地方政府及电力企业等多家单位意见的基础上，又专门召开了《电力法》修改议案办理工作座谈会，当面向人大代表汇报办理工作，形成了书面材料—《关于十一届全国人大五次会议第19号代表议案的初步处理意见》。接着，相应的促进太阳能应用的积极政策先后出台。

褚君浩还结合自身科研经历，依据我国科学技术发展中的现状及实际情况，提出了多项关于营造良好的科技发展环境的议案。这其中包括：关于制定科技投入法的议案、针对科技成果转化问题的议案和制定住房保障法的议案等。

寻求技术突破的同时献策国家宏观政策考量，这对一位科学家来说已是难能可贵。但褚君浩并不满足于此。

褚君浩认为，“技术推广的另一个重要前提就是社会的认同；科普是实现科技成果产业化和提高社会认同的重要环节。”

作为院士，褚君浩的工作日程始终很满，但一遇上有单位邀请去做科普，他总是来者不拒。“时间上能安排，我就一定参加”这句话他不仅常说，而且常做。

截至目前，褚君浩领导的上海市科普作家协会先后发表科普文章约3.7万篇，出版科普读物1100多种，编写18套《科学家庭》系列小型科普图册，组织科普演讲、科普宣传和竞赛评比活动5400余场，获奖145项……

褚君浩最近完成了新版《十万个为什么？》“能源与环境”分卷的主编任务。现在，他正带领上海市科普作家协会，组织编写《新兴产业科普丛书》等。

2013年1月17日，上海科普教育创新奖首届颁奖典礼在上海举行，这是国内目前唯一一个省部级的专门科普奖项，褚君浩获“科普杰出人物奖”。接过奖杯的褚君浩说：“这份独一无二的科普奖，和科研工作一样，也带给我巨大的成就感。”

工作还在继续，年近七旬的褚君浩一刻没有停止过工作，他一贯的坚持、执着也将延续一辈子……