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陳星弼


陳星弼(1931年1月28日—2019年12月4日),出生于上海。微電子學家。1999年當選為中國科學院院士。2001年加入九三學社。

陳星弼出生在一個官宦之家,祖籍浙江省浦江縣青塘鎮。祖父曾為清朝武舉人,父親陳德徵因家庭貧窮靠勤工儉學就讀于杭州之江大學化學系。母親徐呵梅是浙江余姚人,由于小時聰穎過人,外祖父不僅特許不纏小腳,還允許讀書,直至進入上海大學讀文學。五四運動時,陳星弼的父親成了杭州學生領袖之一,從此進入政界,也曾算得一個紅人。但不久得罪于蔣介石,被摘了烏紗帽,且被軟禁。這時陳星弼出生了,因此取有小名“難兒”。

陳星弼3歲時,眼見哥哥姐姐上學,吵嚷著要讀書,居然獲得特許,進了小學。此后,父母年年勸其留級,他卻能堅持著學下去。6歲時,日寇侵華烽火蔓至上海,他隨父母先遷至余姚,后又至浦江,最后輾轉到重慶。不久,為躲避日機轟炸,舉家遷到合川。他從8歲開始就離家在鄉下小學住宿,養成了能吃苦和獨立生活的習慣,也深受抗日救國的思想教育。

小學畢業時,他成績名列前茅。抗戰時生活極為艱苦,他也曾想停止讀正規學校,早點謀出路。但父親因宦海沉浮之經歷,堅持讓他繼續讀書,學到科學技術而為國家做實事。再加上他一直進的是國立中學,包括生活費在內一概公費,因此沒有中斷學習。

家庭對他最大的影響是,學問必須靠自己努力取得。當抗戰勝利第二年他從內地轉讀上海敬業中學時,許多功課都很吃力。但有一天教物理的居小石老師突然向全班說:“你們都應該向陳星弼學習。他的習題明顯都是自己一人做的。不管做得錯或對,都有他特別的做法,而且愈做愈好。”他還鼓勵陳星弼一輩子要做傻瓜(老實人)。老師的這些話使陳星弼受用一輩子。

另一個影響來自他的大哥及幾個同學。他們認為一切學問都是有用的,并愛講一些偉大人物的故事。他自己也讀了不少愛因斯坦傳記之類的書,立志要學習世界上的偉大人物并了解他們的偉大作品。他曾想學近代物理,但家庭堅持他必須學電機,這也是當年學生中最時尚的志向。1947年,他考取了同濟大學電機系,并獲得獎學金。他的學習從來不拘一格。人在電機系,卻去旁聽物理系及機械系的課,而工程力學及畫法幾何又學得比電機系的主要課程還好。他學過小提琴,而且能背出許多古典交響樂的曲譜。他也看過唯心主義的哲學書籍,以致在新中國成立后他經過一番艱難思想斗爭才接受了唯物主義。他對別人說,他相信自己的唯物主義思想比較牢固,因為這是經過斗爭得來的。

1952年大學畢業后,他被分配到廈門大學電機系當助教。第二年,遇二次院系調整,轉到南京工學院無線電系。在那里,他輔導了幾年電工基礎課。

1956年,黨中央號召向科學進軍。當時他已被指定到新成立的成都電訊工程學院(簡稱“成電”,現電子科技大學)去工作,同時也給了他進修新學科的機會。他選擇了到中國科學院應用物理研究所進修半導體。這一決定確定了他以后的發展方向。他在該所兩年半的時間內,一邊工作,一邊自學了從物理系四大力學到半導體有關的專業課,寫出了當時才出現的漂移晶體管中關于存儲時間的論文。該文后來出現在Prichard著書的參考文獻中,由此可知是該方面最早的工作。

1959年,他回到成電。改革開放前,由于家庭出身原因,他始終是受命去教書。他認為要教好書,不僅要把所教內容融會貫通,還要考慮學生如何能最好地接受。他甚至為講一句話或一段話都要事先琢磨很久。因此他上課時不需講稿,只帶一張香煙盒大小的紙,寫一點備忘綱要即可,他的教課深受學生稱道。教書也使他自己打下了更好的科學基礎。

他在業余時間從事一些理論研究。當時,晶體管物理中常用的電荷控制法缺乏基礎論證,他從瞬態響應的角度做出分析,確立了其理論基礎,還導出變化速度較截止頻率高10倍的新電荷法方程。他將原來只適用于兩種均勻介質的鏡像法推廣到在一個方向不均勻的介質,導出求鏡像的方程。

他為人正直、坦率,由于不愿隨俗而家庭出身又不好,被有些人認為清高,在“文化大革命”中被無限上綱,首批被打倒,但不久又被解放。1970年,國家電視攻關中,他被派往工廠支援研制氧化鉛攝像管,得知國外已研制硅靶攝像管,建議研制這種新攝像管并獲四機部批準。但是好景不長,才初見該管可出圖像,他就被首批點名去五七干校勞動,直至愛人病發而調回。

1980年,他被派往美國俄亥俄州大學做訪問學者,但因專業不吻合,于1981年初轉到加州大學伯克利點校,開始進行新型半導體功率器件的研究。1983年回國后被選為系主任,不久建立了微電子研究所。他為了國家及本單位的需要,徹底放棄了從事基礎物理的念頭,以MOS型功率器件為主要研究方向。在他率領下,在中國首次研制了VDMOST、IGBT、LDMOST、MCT、EST等器件并開發了相關技術。

在功率器件中,如何使器件的pn結避免表面邊緣擊穿而盡可能達到體內擊穿電壓的理想值是一個關鍵環節。過去世界上已發展了多種結邊緣技術,但沒有定量理論,甚至缺少解釋。1986年,他首先給出了關于邊緣技術各種結構的物理解釋,進一步提出了各種結構的理論及優化設計方法。通過這些工作,他發現對平面結的邊緣慣用了20年的圓柱對稱解的不準確性及帶來的問題,并提出解法。

在VDMOST中,導通電阻與擊穿電壓的矛盾成為主要矛盾。這個問題關系到現代的快速大功率器件的發展。在20世紀80年代末期,他發明了兩種新的耐壓層結構,可以大幅度突破傳統器件的極限。這成為功率器件的一個里程碑。

1993年后,他從事功率集成電路的研究。在10年前有人提出過將半導體微電子電路與功率器件同時做在一塊芯片上會帶來容易實現各種保護及控制的好處。由于世界上有近四分之三的電能是通過半導體功率器件來轉換其形式后才可以使用的,因此國外有人預言做在一塊芯片上會引起所謂“第二次電子革命”。它和集成電路的發展引起的信息時代的到來——又被稱做第一次電子革命,有同樣的重要性。但是國際上制造的功率集成電路采用了復雜的工藝,而且電學性能不夠好,造成其性能價格比甚低,從而第二次電子革命的進展甚慢。他的兩個表面耐壓層結構的新發明解決了在普通集成電路上做功率器件的問題,不僅制造功率器件的工藝與普通集成電路的工藝全兼容,而且所做功率器件電學性能特別優良,阻礙第二次電子革命迅速發展的桎梏也將會因此而被打破。他最大的希望是這個成就在中國開花結果,使中國在該領域居于世界領先的地位。

近年來,他又發明了幾種新器件,有望做出新的突破。50余年科學研究生涯,陳星弼碩果累累。他著書7本,發表學術論文110多篇,申請中國發明專利20項(已授權17項),申請美國發明專利19項(已授權16項,另有兩項已通知準備授權),申請國際發明專利1項。獲國家發明獎及科技進步獎2項,省部級獎勵13項,完成國家自然科學基金重點項目、軍事研究項目、國家“八五”科技攻關項目多項。

陳星弼是中國電子學會會員,美國IEEE高級終身會員,1991年起享受國務院特殊津貼,1997年被電子工業部授予優秀教師獎項,1998年被評為全國優秀教師、四川省學術技術帶頭人、成都市勞模。

主要論著

1陳星弼,關于半導體漂移三極管在飽和區工作時的儲存時間問題,物理學報,1959,15(7 ):353~367。

2陳星弼,一維不均勻介質中的鏡像法,成都電訊工程學院學報,1963,4(3):76~84。

3陳星弼,表面復合對半導體中非平衡載流子漂移及擴散的影響,成都電訊工程學院學報, 1963,4,100。

4陳星弼、易明光,論晶體管中電荷控制法的基礎,第二屆四川省電子學會年會論文集, 1964,168~185。

5陳星弼,小注入下晶體管IC-VBE特性的指數因子的研究,物理學報,1978,2(1):10~ 21。

6Xingbi Chen,Chenming Hu,Optimum Doping Profiles of Power MOSFETs Epitaxial Layer,IEEE TransOn Electron Devices,1982,ED-29(6):985~987.

7XBChen,Best Uniform Surface Doping in the Drift Region of Offset-Gate Power MOSFETs With Deep Junctions,Procof International Semiconductor and Integrated Circuit Technology,1986,383~385.

8陳星弼,P-N+結有場板時表面電場分布的簡單表示式,電子學報,1986,14(1):36~43 。

9陳星弼、蔣旭,突變平面結表面電場的近似公式,成都電訊工程學院學報,1986,15(3) :34~40。

10XBChen,ZQSong,ZJLi,Optimization of the Drift Region of Power MOSFETs with Lateral Structures and Deep Junctions,IEEE Transon Electron Devices,1987,ED-34(11),2344~2350.

11陳星弼,場限環的簡單理論,電子學報,1988,16(3):6~9。

12XBChen,ZJLi,XJiang,TwoDimensional Numerical Analysis of Field Profiles in HighVoltage Junction Devices,Chinese Journal of Semiconductor,1988,9( 2),181~187.

13陳星弼、李肇基、蔣旭,高壓半導體器件電場的二維數值分析,半導體學報,1988,9(3 ):255~260。

14陳星弼、楊功銘,橫向結構結深功率MOSFET漂移區的優化設計,微電子學,1988。

15陳星弼,表面電荷對具有場限環的P+-N結電場及電位分布的影響,電子學報,1988,16 (5):14~19。

16陳星弼、李肇基、宋志慶,高壓半導體器件電場的二維數值分析,成都電訊工程學院學報 ,1988,17(1):46~53。

17Chen Xingbi,Li Zhaoji,Li Zhongmin,On Breakdown Voltage of Abrupt Junction with Cylindric Edges,Chinese Journal of Semiconductors,1989,10(2):233~ 237.

18陳星弼、李肇基、李忠民,關于圓柱邊界突變結的擊穿電壓,半導體學報,1989,10(6 ):463~466。

19Chen Xingbi,A Theory of Floating Field-Limiting Rings Regarding the Effect of Surface Charges,Acta Electronics Sinica,Supplement,1989,105~111.

20Chen Xingbi,Analysis and Design Guidelines of JTTs Used in Planar Technology,Proc.of ICSICT’89會議特邀報告,1989,456~458.

21陳星弼,功率MOS及HVIC的進展,第六屆全國半導體集成技術與硅材料學術年會特邀報告 ,1989。

22Chen Xingbi,A Simple Description of Diffused Impurity Distribution of an Instantaneous Source Through a Window of a Mask,Proc,of ICSICT’98,1989,241~ 243.

23Chen Xingbi,Li Zhaoji,Li Zhongmin,Field Profiles and Breakdown Voltages of Elliptic Cylindric Abrupt Junction,Procof ICSCT’98,1989,459~461.

24陳星弼,MOS型功率器件,電子學報,1990,18(5):97~105。

25Xingbi Chen,Power MOST and Merged Devices,Procof Congress of German Chinese Electronics,BerlinOffenbach,1991,339~345.

26陳星弼,結終端技術,第七屆全國半導體集成技術與硅材料學術年會特邀報告,1991, 5~6。

27XBChen,BZhang,ZJLi,Theory of Optimum Design of ReverseBiased p n Junctions Using Resistive Field Plates and Variation Lateral Doping,Solid State Electronics,1992,35(9):1365~1370.

28陳星弼、曾軍,擴散平面結反偏壓下的電場分布與擊穿電壓,電子科技大學學報,1992, 21(5):491~499。

29陳星弼,半導體器件與微電子學的發展動向,當代電子,四川省電子學會主編,1992,84 ~94。

30XBChen,PAMawby,CATSalama,MSTowers,JZeng,KBoard,Latera l HighVoltage Devices Using an Optimized Variational Lateral Doping,IntJ Electronics,1996,80(3),449~459.

31Xingbi Chen,KOSin,Min Zhang,Bin Wang,An Analytical Model for Electric Field Distribution of Positively Beveled Abrupt PN Junctions,IEEE TransElectron Devices,1997,ED-44,5:869~873.

32陳星弼,用于靈巧功率集成電路的創新型橫向器件,第二屆中國西部地區微電子技術年會 論文集(四川、 重慶、 廣西、 甘肅、 云南六地市),1998,1~7。

33Chen Xingbi,Theory of a Novel Voltage Sustaining (CB) Layer for Power Devices,Chinese Journal of Electronics,1998,7( 3),211~216.

34XBChen,PAMawby,KRoad,CATSalama,Theory of a Novel Voltage Sustaining Layer for  Power Devices,Microelectronics  Journal,1998,29 (12):1055~1011.

35陳星弼、葉永萌,對高等學校人才培養的思考和看法,電子高教研究,1998,2、3,13~ 15。

36Xingbi Chen,Breakthrough to the Silicon Limit of Power Devices (Invite Paper),5th International Conference on Solid-State and Integrated Circuit Technology Proceedings, IEEE Press,1998,141~144.

37陳星弼、葉星寧、唐茂成、王新、蘇秀娣、單成國,新型CMOS全兼容二極管,電子科技大 學學報,1999。

38Xingbi Chen,Xin Wang,KOSin,A Novel HighVoltage Sustaining Structure with Buried Oppositely Doped Regions,IEEE Transon Electron Devices,2000,ED- 47(6):1280~1285.

39Chen Xingbi,Optimum Design Parameters for Different Patterns of CBStructure,Chinese Journal of Electronics,2000,9,(1):6~11.

40陳星弼,由半導體微電子技術引起的第一次電子革命及第二次電子革命,電子科技大學學 報社科版,2000,2(2):20~25。

41陳星弼,第一次電子革命及第二次電子革命,微型電腦應用,2000,16(8)。

42陳星弼,科技為本 創新為魂——由半導體技術引起的重大革命,世界電子元器件,2000 。

43陳星弼、蒲慕名、張瑞敏、車俊、尚選玉、于慶成、杜彭,我的創新與財富觀,中國青年 科技,2001。

44Xingbi Chen,KOSin,Optimization of the Specific OnResistance of the COOLMOS,IEEE Transon Electron Devices,2001,ED-48(2):344~348.

45Chen Xingbi,Theory of the Switching Response of CBMOST,Chinese Journal of Electronics,2001,10( 1):1~6.

46Chen Xingbi,Fan Xuefeng,Optimum VLD Makes SPIC Better and Cheaper,Procof ICSICT’2001,104~108.

47Xingbi Chen,Hongqiang Yang,Min Cheng,New Silicon Limit of Power Devices,Solid-State Electronics,2002,46:1185~1192.

48陳星弼,由半導體微電子技術引起的第一次電子革命及第二次電子革命,第十六屆全國電 源技術年會,2005,32~36。

49陳星弼,超結器件,電力電子技術,2008,42(12)。

50Chen Xingbi,Huang Mingmin,A Vertical Power MOSFET with an Interdigitated Drift Region Using High-k Insulator,IEEE Transactions on Electron Devices,2012 ,59 (9), 2430~2437.

 

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