和李爱珍教授一起工作的日子

  我第一次见到李爱珍老师是1992年的秋天,我记得是在8号楼一楼的8111房间,当初的印象是李老师穿了一件七匹狼的文化衫。她的课题组成员在外间大办公室,李老师自己则待在一个窄长条的类似走道的小隔间,一人一桌坐下后,就无法再有人通行了,好在小办公室仅她一人工作。

 

  成为李老师的学生后,我先是在国产IV型分子束外延设备上进行辅助性的材料生长工作,并作相关的材料性能测试研究。但很快李老师计划开展磷化铟基化合物半导体材料研究。上世纪90年代,国际上化合物半导体的发展正从第一代的砷化镓基半导体转向第二代的磷化铟基半导体。铟镓砷/铝铟砷异质低维结构可以实现比砷化镓/铝镓砷异质结构材料工作速度更快的高电子迁移率晶体管,磷化铟/铟镓砷、砷化镓/铟镓磷双异质结晶体管的性能也比砷化镓/铝镓砷在高速、大功率方面更有发展前景。另外,铟镓砷磷四元合金是制备光通信激光器和探测器的必用材料。李老师看准此方向,下定决心,发展用于制备高性能磷化铟基材料的气态源分子束外延技术。

 

  研究需要建设气态源分子束外延设备,该设备是从英国VG Semicon公司进口。为此课题组大的办公房间从8111是搬到三楼的8314房间。当初实验室的建设时间很紧张,我记得设备计划安装的时间是945月,并且已经与英方商定好了。而在94年的23月份装修工人还在工作,以至于英方工作人员十分担心实验室房间不能按时交付。但李老师很有信心地告诉英方我们绝对能按时交付房间,让老外“Don’t Worry”。在装修工人撤离后,李老师以身作则,带领全课题组成员做最后的清洁工作,英方人员在5月份看到焕然一新的实验室时,也禁不住竖起了大拇指,连连赞叹。

 

  设备安装前,李老师决定调我到新建设的气态源分子束外延设备上工作。她跟我说:“学习分子束外延技术和知识最好的时机和方法就是从设备安装做起。而一个从事分子束外延的研究人员能够遇到的设备安装机会是很少的”,鼓励我抓住这非常难得的机会。因此,我从国产IV固态源分子束外延设备来到了气态源分子束外延设备上。

 

  完成设备的安装和调试后,面临的首要任务是生长出高纯度的磷化铟材料,这也是后续获得高性能异质结构、器件结构材料的基础。但生长出高纯度材料是一件非常考验材料生长者功底的事情,也是一件很耗时、耗力的事情。从设备的生长室、束源炉及坩埚的除气、源材料的除气等,每一件事都必须科学合理地做到位、做彻底,是没有办法“偷时省时”的。因此,李老师带领我们开启了“7/15”的工作模式,即每天工作七天,每天起码有15小时在实验室。那时李老师在办公室有一张行军床,很多时候工作实在太晚了,就在行军床上将就一晚。就连英国公司前来协助我们调试设备的技术人员也为李老师的工作精神感动,情不自禁地与我们加班加点地工作。

 

  正是在这样的工作模式下,气态源分子束外延方面的研究一直进展顺利。19949月份,我们成功地生长出了80K温度下电子迁移率达到20cm2/V.s的砷化镓/铝镓砷二维电子气材料。同年底,高纯度磷化铟出来终于获得突破,80K温度下,材料的本底载流子浓度仅为低的1014cm-3,电子迁移率超过了10cm2/V.s。这是我国首次获得如此高纯度的磷化铟材料。

 

  高纯度磷化铟材料的突破为生长高性能器件结构材料奠定了基础。在李老师的带领下,我们先后生长出了铟镓砷/铟铝砷、砷化镓/铟镓磷高电子迁移率晶体管材料以及砷化镓/铟镓磷双异质结晶体管材料,与器件单位合作研制出了高性能的微波、毫米波晶体管。

 

  这里特别值得一提的是在量子级联激光器方面的工作。量子级联激光器是美国贝尔实验室于1994年发明的新型半导体激光器,其工作原理基于全新的子带跃迁、声子共振散射和共振隧穿的量子过程,与传统的PN 结激光器有本质的不同。量子级联激光器的出现为中红外光电子和激光光谱学开拓了新的方向。但量子级联激光器的外延结构非常复杂,由几百上千层纳米厚度的单层材料构成,在当时这对材料的外延生长是一个很大的挑战。李爱珍老师及时把握前沿动态,带领我们采用气态源分子束外延技术生长出了高质量的磷化铟基铟镓砷/铟铝砷量子级联激光器材料,经贝尔实验室器件验证和测试,获得了很好的性能,成为中国乃至亚洲第一个成功实现量子级联激光器的研究组。为此,时任贝尔实验室付总裁卓以和院士还给当时的中国科学院院长路甬祥致信祝贺。

 

  在李老师手下做学生和工作的几年时间里,一个可以经常看到的现象就是李老师刚从医院出来,身上还带着小型的医疗器具,但她直接来到办公室和实验室投入工作。那时我们学生就住在研究所附近的单身宿舍,因此我们一般会在晚饭后再办公室学习,但李老师常常一直在她的办公室工作到深夜。除非家中有事,否则就算是节假日和双休日,李老师一般也出现在办公室。这种几十年如一日的坚持,如果没有对科研工作发自内心的热爱是很难做到的。与李老师交谈,她的话中常常流露出对祖国深深的热爱以及以发展祖国的科研事业为己任,一定要把祖国的科研水平做上去的雄心壮志。

 

  对待学生,李老师是既严又爱。我记得气态源分子束外延设备刚引进时,因为我刚开始接手设备,很多工作有些乱,缺乏条理。为此。李老师将我狠狠地批评了一顿,那是李老师骂我最狠的一次,以至眼泪也在我的眼眶中打转。但李老师在最后又加一句:“我在家骂儿子骂得凶多了”。是的,李老师对她的学生将像对待自己的小孩一样,在工作上严格要求,在生活上关心体贴。

 

  李老师对待科研工作的认真态度以及她对学生后辈既严格要求又悉心培养的无私精神,留给我深刻印象,她的忘我拼搏至今仍时时鞭策我不要偷懒,她的谆谆教导将永远激励我不断前行。

    

  (作者:陈建新  中科院上海技术物理研究所研究员  1995在本所获博士学位)




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