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厦大物理百年|我的好老师:凌风劲力 岁寒暗香——回忆黄启圣教授

发布时间:2021-12-18 15:06      浏览次数:

【人物名片】

★黄启圣,1934年10月出生于厦门,祖籍惠安。1955年毕业于厦门大学物理系。先后于中国科学院物理研究所、昆明物理研究所工作,1974年回厦门大学物理系任教。曾为瑞典隆德大学访问学者(1983年-1984年)、厦门大学物理系主任(1984年-1990年)、福建省政协委员(1988年-1997年)。现已荣休。

黄启圣教授先后从事超声物理、半导体物理研究及教学,长期承担多项红外探测国家国防研究。发表数十篇论文,出版三部译著,“锑化铟红外材料与探测器”等3项获省部级奖。

凌风劲力 岁寒暗香

                    ——回忆我的老师黄启圣教授

康俊勇

行走于寂静的厦大校园,心头时常浮现起学习和工作的许多往事,其中尤其让我怀念的是三十多年前追随恩师黄启圣教授学习的研究生生涯。

记得与黄启圣老师的初次见面是在第四个学期。在老物理馆411室,黄老师向我介绍组里年轻的余辛老师和比我高一年级的洪蘋师姐后,给我布置了论文主要工作:基于电子线路基础和工作经验,搭建和完善深能级瞬态谱和瞬态谱仪,将半导体中缺陷深能级上的载流子发射率测量范围从当时的两个数量级拓展到五至六个数量级,赶上国际领先的瑞典隆德大学固态物理系H. G. Grimmeiss实验室水平。黄老师从办公桌左边的一叠材料中拿出两本油印的硕士论文和《半导体中的深能级》讲义,让我一周内读完。两本硕士论文为黄老师在厦大指导的第一、第二位研究生——俞书彬、吴耀塘的毕业论文。听完黄老师布置的任务和余辛老师及洪蘋师姐的介绍,怀揣着赶超半导体实验研究国际领先水平的憧憬,我开始了半导体深能级瞬态测量仪器研发的征程。

那时的条件十分简陋,所有的实验都要自己动手。从实验室每个闸刀开关的相位和黑色圆形胶木插座的电源种类到电子管稳压电源的“脾气”,从自来水冷却到液氮变温等,每个细微处都留下黄老师的印痕。至今,我仍然记得黄老师和余辛老师自制的样品室。为了原位测量低温条件下半导体的深能级,黄老师亲自设计并亲手制作了一个外径三厘米的密封腔体,可插入玻璃杜瓦瓶用液氮冷却变温;除常规O形橡胶密封圈外,螺口外还得封焊,以避免低温下空气进入后凝固成水致使样品和加热线圈以及电路短路。黄老师还特别调配了一种低熔点合金焊料,配方和配制时间均记录于实验室的公用记录本上。样品室设计精巧,但在狭小的空间里换装样品始终是一件细活儿,既要保证良好的热接触,又要与样品杆绝缘。拆装时常碰到紧挨着的热电偶,改变探测温度的准确性。为了减小探测点与样品的温差,从铜和康铜丝接触点的烧结,到水、冰、水汽三相共存标准参考温度点的获得,每一个环节都得严格把控。单单三相点的获得就很不容易,因实验室没有冰箱制冰,每次都得到厦门冷冻厂“乞讨”干净碎冰,装入我向祖母要来的珍贵小保温瓶内,以延长维持时间。每次接入样品室合上机械泵电闸抽真空时,似杂技表演,得把另一只手张开放在排气口,以感知出气与否,免得真空油倒灌不可收拾。

记得那时,我和洪蘋都如饥似渴般超负荷地使用这台深能级瞬态测量仪器。而我多在洪蘋晚上十二点回宿舍后,独自一人使用仪器。因而我对仪器情有独钟,进行了各种折腾:拆下电子管收音机中的叠层平板电容器等,最大限度地增大深能级瞬态谱仪的电桥补偿范围;通过外接脉冲信号发生器,延长瞬态周期。经过反复尝试,测量范围的拓展收效甚微,只能回到黄老师原来的设想,利用实验室取样积分器搭建新深能级瞬态谱仪。不知经过多少夜以继日的奋斗,离目标仅剩百毫秒到秒范围待解决,可借用他人的存储示波器直接测量,也可通过降低测试温度至液氮以下间接拓宽范围。

在多方协商无果的情况下,黄老师从储藏间翻出一台尘封二十来年的微型闭循环制冷机,告诉我这是导弹上的制冷机,让我试试。在余辛老师的帮助下,我把制冷机的部件逐一卸下清理,重新安装和充气。当制冷温度降至液氮时,内心的希望油然而生。可是降至50 K后,运行声音出现异常,温度快速回升。原来传动压缩腔的橡胶密封圈老化开裂了,市场上又找不到这种特殊形状的替换品。无奈之下,黄老师建议我自己设计和安装一台能测量毫秒瞬态谱的设备。鉴于研究对象AlGaAs中的DX中心浓度高,国际上普遍采用电容瞬态测试方法并不准确,新建设备确定为定电容电压瞬态谱仪。

此时,我的硕士研究生阶段仅剩最后一个学期,同一年级做理论研究的同学多已着手起草毕业论文。我心里十分纳闷,黄老师不仅精于实验技术,半导体理论也十分了得:在上海科学技术出版社翻译出版过J. S. Blackmore的《半导体统计学》、在国际著名学术刊物上也发表过相关理论和实验密切结合的研究成果,可他为何非得让我主要开展实验研究?单测量条件的建立,我就折腾了一年。

对黄老师坚守实验第一的理念,直到1987年8月我才有所感悟。在北京国际发光会议上,黄老师领着我到中国科学院应用物理所参观低温中心。在物理所的廊道里,一位与黄老师年龄相近的老师吃惊地问:“你是给我们讲过超声应用的黄启圣吗?”并乐呵呵地说:“记得你还说超声可以把皮鞋擦得很亮。”通过俩人的对话,我才知道,黄老师1955年从厦门大学物理系毕业后被分配到中国科学院应用物理所,恰逢我国超声学研究奠基人应崇福博士从美国归来,黄老师参与了超声实验室建设和相关研究,并因表现突出,被所里安排向同事介绍超声应用。1958年的台海空战中,黄老师被“钦点”参加“55号任务”,并成为应用物理所指派的两位本科毕业生之一,承担起最重要的研究工作。经过不到半年的努力学习和工作,在美国高度保密、苏联尚未掌握、我国红外技术基础几近空白的条件下,制备出1~3 m波段高性能的PbS红外探测器,建立了黑体辐射源、噪声频谱以及光谱响应等红外探测器主要参数检测方法和设备,为我国红外光电探测材料、器件以及技术起步争取了宝贵的时间,获得了“55号任务”委员会的表扬。由于表现出色,黄老师被选为物理所十位师从名家的年轻学者。后来,黄老师拜汤定元先生为师,进一步致力于3~5 m波段“大气窗口”红外探测技术研究。在汤先生的指导下,黄老师较系统地完成了InSb研究,相关成果于1964年和1965年发表在《物理学报》上。

这次和黄老师的物理所之行,让我对黄老师有了更深刻的了解,原来黄老师为我国红外技术基础的奠定做出过突出的贡献;他那十八般实验技艺,正是在共和国科研条件建设的过程中磨练出来的。黄老师及汤先生等前辈致力于半导体前沿技术研究的精神,也极大地鼓舞了我献身这一伟大事业。他们的亲身经历让我深刻领悟到半导体材料和技术紧系国家安危,不但要说得出,还得做得出,否则就会挨打,只有像黄老师一样坚守实验为先,方能在竞争中立于不败之地。

从北京乘火车返厦耗时五十多小时,白天,黄老师给我讲述他年轻时在物理所的经历,既有北京传统小吃炒肝的回味,也有五道口电影院的演出;夜晚,我们把黄老师咖啡色的行李包靠在我俩硬座的过道边,让黄老师可侧卧休息,我则把座位下的地板当卧铺,不知不觉就已抵达厦门。

1994年8月11日,康俊勇与黄启圣老师(右一)出席在美国加利福尼亚大学伯克利分校召开的国际浅能级学术会议


与黄老师出差让我最感动的是1989年的上海之行。为了节省经费和时间,我和黄老师乘船从厦门出发。不料出港后不久就遇上11级台风,船大幅摇晃。晕船的我勉强从上铺下到甲板上,但无法在晃动、倾斜的甲板上行走,也无法清扫呕吐物。黄老师不但在颠簸中帮我打扫、抹净,还亲自给我倒开水。抵达上海后,黄老师带我到中国科学院上海技术物理所拜访恩师汤定元院士。汤先生虽已许久未见到黄老师,但两人依然如故,无所不谈。他们谈了原来的同事俞振中,谈了当时的HgCdTe外延,直至下班了还依依不舍。从他们的交谈中我才知道,黄老师与汤先生分开是在1964年,汤先生被派到上海技术物理所,黄老师则到中国科学院昆明物理所重点发展我国的红外技术。

黄老师在厦大很少提及在昆明物理所的往事。黄老师的岳父是黄埔军校第六期毕业生郭志雄,于闽侯大湖战役抗日救国时捐躯,1984年8月,被国家认定为烈士。“文革”期间,黄老师因此在昆明物理所历尽磨难。尽管如此,在导弹靶场试验器件时,为了国防的强大和国家的安全,黄老师从未保留。没有光刻机,他就用手磨圆细小玻璃棒,蘸点指甲油替代,凭借扎实的半导体实验功底,硬生生做出了精准的InSb红外光电探测器。当昆明物理所处于8~12m波段红外光电探测材料选择的岔路口时,黄老师根据自己的学识,坚持转型HgCdTe,而非PbSnTe,使得红外技术发展有较高起点。虽然黄老师1974年已回厦大任教,但在昆明物理所20世纪80年代及以后获得的国防科工委等奖项中仍名列主要完成人之中,其贡献不言自明。

黄老师从未在学生面前高谈阔论过,但他的高尚品格和爱国情怀却深深影响了我和后来者。如今,我们也养成了以国家需求为导向、尖端设备建设为先导、半导体物理为基础、器件应用为目标的研究生培养思路和理念,所培养的学生已在半导体材料和器件领域,尤其是在光电半导体方面崭露头角。“百年之计莫如树人”, 今天,在厦大迎来百年诞辰之际,我们重温恩师为国家岁月静好而负重前行的故事,以此铭记其无私奉献之品德,将激励新一代肩负起半导体事业重任,攻坚克难,引领未来。

*本文收录于《我的厦大老师(百年华诞纪念专辑)》


【作者简介】

★康俊勇,男,1978-1982年就读于厦门大学物理学系,获理学学士学位,1993年获理学博士学位。现为厦门大学物理学系特聘教授、博士生导师,厦门大学“物理学”一级学科博士点、“微电子学与固体电子学”二级学科工科博士点学术带头人、“凝聚态物理”国家重点学科主要学术带头人。