王守武的人物生平

王守武是我国著名的半导体器件物理学家、微电子学家。1980年当选中国科学院学部委员（院士）。我国第一个半导体研究室、半导体器件工厂、半导体研究所和全国半导体测试中心的创建者。

王守武于1919年3月15日出生于江苏省苏州市。孩童时代常被疟疾纠缠，身体状况不好，智力曾一度受到影响。上学后，经常性的病休，持续不断的自学磨练，使王守武从小就养成了寡言、内向的性格，和善于独立思考的习惯。在他4岁时，父亲赴上海与他人合股开办机械厂，家人也随之迁居。不到两年，工厂倒闭，家里分得不少机械加工工具，这却使王守武在家有条件学会钳工和配钥匙、修理家庭用具、绕制变压器等技艺。王守武后来之所以能在科研工作中动手能力强，均得益于那时的培养和磨练。他喜爱数学的父亲，工作之余，常给子女们讲些趣味数学，或出一些智力测验题让孩子们回答。那时，王守武曾随哥姐们听父亲讲过如何求圆周率π的问题，他虽听不懂，但“π”这个无理数的特性，却一直印在他的脑海之中。

1934年，王守武父亲退休后举家迁回苏州。王守武也随之转入省立苏州中学学习。高中三年级时，经过对《三角》、《高等代数》的学习，启迪了他的思维，他从反三角函数的级数展开中，得到了π的计算方法，写成“圆周率π的级数展开”一文，发表在苏州中学的校刊上，显露了他在领悟数理理论方面的过人才华。自此，从事自然科学工作，既符合他父亲的希望，也是他酿就的意愿，渴望在著名大学里得到名师的教诲和严格的科学训练。

1934年父亲自北平中央研究院工程研究所退休后返回上海。后又因留恋故乡情，举家又迁回苏州。王守武也随之转入省立苏州中学学习。王守武高中毕业前夕未曾根治的疟疾再次重犯，耽误了学校的年终考试和苏州全区的毕业会考。靠一张肄业证书，难以像他哥姐们那样入清华大学、燕京大学、协和医学院等名牌学府就读，只得听从曾留学美国的大哥王守竟的建议，进上海同济大学德文补习班学习。一年后，他重回苏州中学参加会考，拿到了高中毕业文凭，才正式成为同济大学机电系的学生。

1941年春天，王守武在昆明郊外的同济大学临时校舍里毕业后，就近在昆明入兄长王守竞任总经理的中央机器厂当了公务员。一年后又入中国工合翻砂实验工厂任工务主任。经过实践，讷于言表的王守武自感不适合从事工厂管理工作，便申请重回母校，在已迁往四川李庄的同济大学任教。

1945年10月王守武负笈远行，横渡大洋，入美国印第安那州普渡大学研究生院攻读工程力学，导师R. M. Sturm，翌年6月荣获硕士学位。王守武各门功课优异，尤以数学成绩最好，受到老师和同学们的赞赏。校方为鼓励王守武继续深造，资助他攻读博士学位。这时，正在兴起的量子力学引起了王守武的兴趣，便从工程力学转向对微观粒子运动规律的研究，导师H. M. James。两年后王守武完成了题为《一种计算金属钠的结合能和压缩率的新方法》的论文，获得了博士学位。后经普渡大学工程力学系主任的敦聘，留校执教。这时他与同在普渡大学留学的葛修怀女士组成了温馨的家庭，过着宁静、舒适的生活。

1950年6月25日朝鲜战争爆发。王守武借“回乡侍奉孤寡母亲”为由，向美国当局递交了回国申请。获得批准后，经印度驻美使馆的协助，很快就办完了离美手续。夫妇二人携不满周岁的女儿于同年10月离开美国，回归故里。

1950年底王守武刚刚踏上祖国大地，上级就十分信赖地交给他一项紧急任务：为在抗美援朝前线的志愿军运输队设计一种特殊的车灯和路标，让祖国“最可爱的人”在朝鲜前线既可夜里行车，又不致被敌机发现，免遭轰炸。报国心切的王守武，立即在他任职的应用物理研究所，组织科研人员设计与制作。他依据光线在锥体表面定向反射的原理，使特殊设计的车灯光线在路标上的反射光只能定向地射到司机的眼里，避免了敌机发现的可能性。设计制作完成后，进行了实地试验，圆满完成了任务。

1951年5月西藏和平解放后，当地政府发现藏民生活用燃料奇缺，能源不足，但高原阳光充足，便向中国科学院提出了为之设计制造太阳灶的请求。受命主持此项设计任务的王守武，考虑到制造一个大面积的抛物形反射镜加工有困难，决定改用多个窄圆锥形反射面组成的反射系统，用调整每个圆锥面斜度的方法，使平行于主轴方向的光线，都反射到太阳灶的中心。设计制作成功后，用它可以在15分钟内把一壶水烧开。这种太阳灶，在青藏高原长时期地发挥过它的作用。

1953年春中国科学院派员赴苏联考察，了解苏联科学研究工作的进展情况。访苏代表团回国后，报告了苏联在半导体科学技术上的巨大成就，以及飞速进展的情况。这一信息，使我国的科学工作者，特别是物理学工作者，进一步认识到半导体科学技术在社会主义建设事业中的重要性，应当大力推动这方面的工作。为此中国物理学会常务理事会决定，在1955年1月底召开一次全国性的半导体物理学讨论会。

1954年作为讨论会筹备组成员的王守武为了推动中国电子技术跟上时代的发展，他与同期归国的黄昆、洪朝生、汤定元等专家一起合作翻译了苏联半导体权威学者A．F. 约飞写的《近代物理学中的半导体》一书，于1955年由科学出版社出版。1955年黄昆在北京大学物理系开设了《半导体物理学》的课程，这一新兴课程也由他们四人合作讲授。1956年1月这四位专家与后期回国的专家一起在物理学会年会上对“半导体”做了多方面的介绍，希望引起有关方面的重视。王守武的报告题目是：《半导体整流器》与《半导体的电子生伏打效应的理论》。

这期间作为半导体科学的开拓工作，王守武开展了硒与氧化亚铜整流器的制作条件与性能研究，并从理论上分析了有关半导体整流器的一些性能。其研究成果相继在中国《物理学报》上发表。

1956年，是王守武科学研究工作中的一个关键的转折点。因为在这一年，王守武应邀到京西宾馆参加由周恩来总理主持的“全国十二年科学技术发展远景规划”的讨论和制订工作。在所确定的57项重大科技项目中，半导体科学技术的发展，被列为四大紧急措施之一。为了落实这项紧急任务，中央有关部门决定由黄昆、谢希德和王守武等知名学者，分别在培养人才和从事开拓性研究两个方面进行突击。王守武深知这一工作的重要性，毅然中断了其他科研项目，全身心地投入到半导体的研究工作中来，组成了中国科学院应用物理所中中国第一个半导体研究室。

根据当时国外文献的报道，锗是制作晶体管最现实的材料。目标明确之后，在他与同事吴锡九研究员的组织领导下，集中了二机部华北无线电元件研究所、南京工学院等单位的40余名科学工作者，开始了半导体锗材料的研究工作。他一面抓锗材料的提纯，一面亲自领导设计制造了我国第一台拉制半导体锗材料的单晶炉，并于1957年底拉制成功了我国第一根锗单晶；1958年8月，负责器件组工作的王守觉副研究员从苏联学习归来，引来了合金扩散工艺，加速了我国第一批锗高频合金扩散晶体管的成功研制。作为研究室主任的王守武，在参与研制锗高频合金扩散管的同时，又参与了拉制硅单晶的组织领导工作，并具体解决了在拉制硅单晶过程中因坩埚底部温度过高而引起的跳硅难题。

1957年林兰英回国，王守武亲自到她所住的宾馆去动员她来半导体工作组工作，任材料研究组组长，具体实施了硅单晶的拉制方案。经王守武与林兰英的共同努力，使得我国第一根硅单晶于1958年7月问世。为了促进我国第二代(晶体管型)电子计算机的研究，在王守武与有关同志的组织领导下，于1958年创建了我国最早的一家生产晶体管的工厂——中国科学院109工厂，从事锗高频晶体管的批量生产。在人员和设备都较困难的情况下，组织全厂人员奋战，到1959年底，为研制109乙型计算机提供了12个品种、14.5万多只锗晶体管，完成了该机所需的器件生产

1956年是王守武科学研究工作中的一个转折点，人生旅途中的一个关键时代。因为在这一年，王守武应邀参加了“全国十二年科学技术发展远景规划”讨论会。在所确定的57项重大科技项目中，半导体科学技术的发展被列为四大紧急措施之一，是抓紧实施的重点。为了落实这项紧急任务，中央有关部门决定由黄昆、谢希德和王守武等知名学者，分别在培养人才和从事开拓性研究工作两个方面进行突击。王守武深知这一工作的重要性，毅然中断了其他科研项目，全身心地投入到“半导体”的研究工作中来。刚过而立之年的王守武，在团中央礼堂，在北京图书馆广场，在天津，在上海，在大江南北……，搞演讲，举办报告会，大力普及半导体科学知识，热情宣传“半导体”科学的广阔未来。

在应用物理研究所王守武以电学研究组成员为主要对象，举办了半导体专业培训班，继而组建了中国第一个半导体研究室，担当了研究室的主任。

根据当时国外文献的报道，锗是当时制作晶体管最为现实的材料。目标明确之后，在他与后来回国的吴锡九研究员的组织领导下，集中了二机部华北无线电元件研究所、南京大学、武汉大学等单位的40余名科学工作者，开始了半导体锗材料与锗晶体管的研究工作。他一面抓锗材料的提纯，一面亲自领导设计制造了中国第一台单晶炉，并于1957年底拉制成功了中国第一根锗单晶；同年11月底到次年初王守武与同事合作，研制成功了中国第一批锗合金结晶体管，并掌握了锗单晶中的掺杂技术，能控制锗单晶的导电类型、电阻率及少数载流子寿命等电学指标，达到了能自主生产不同器件的要求。

1958年8月领导器件组工作的王守觉从苏联学习归来，引来了半导体“合金”加“扩散”的双重工艺，促使晶体管的研制在提高工作频率方面产生飞跃，加速了中国第一批锗高频合金扩散晶体管的研制。

作为研究室主任的王守武在参与研制锗高频合金扩散晶体管的同时，又参与了拉制硅单晶的组织领导工作，并亲自解决了在拉制硅单晶过程中因坩埚底部温度过高而引起的“跳硅”难题。

1957年春林兰英教授自美国归来，被任命为半导体研究室材料研究组组长。在她的领导下，重新设计制作拉制硅单晶的炉子。经王守武与林兰英的共同努力，采用林兰英从国外带回的硅单晶做籽晶引向，1958年7月中国第一根硅单晶问世。

为了促进我国由电子管型转向晶体管型的第二代电子计算机的研究，在王守武与有关同志的组织领导下，于1958年创建了中国最早的生产晶体管的工厂——中国科学院109厂。工厂刚一成立，立即开展锗高频晶体管的批量生产。在人员和设备都较困难的情况下，他组织全厂人员奋战，到1959年底为研制109乙型计算机的计算技术研究所提供了12个品种、14万5千多只锗高频合金扩散晶体管，完成了该机所需的半导体器件的生产任务，及时为两d一星任务提供了技术保证。

1960年4月王守武受命筹建中国科学院半导体研究所，任筹委会副主任。1960年9月6日，在原应用物理研究所半导体研究室的基础上半导体研究所正式成立，王守武被任命为首任业务副所长，负责全所的科研业务管理和开拓分支学科的组建工作。1962年王守武依据国家科委的决定，在半导体所筹建全国半导体测试中心，并兼任该中心主任。

1960年2月王守武加入了中国共产党。

科学在不断发展，半导体学科的分支也在不断地拓展，1962年美国宣布用砷化镓半导体材料制成第一只半导体激光器，在世界上产生了很大的影响。这类器件在体积、重量和发光效率等方面，均比其它激光器优越，其应用前景也广泛得多。远见卓识的王守武，便于1963年组建了激光器研究室，并兼任该研究室主任。当时半导体所的材料研究室在林兰英研究员的领导下，研制成功了砷化镓单晶材料，故可着手从事半导体砷化镓激光器的研制。在当时实验室的条件下，用X射线来对单晶体进行定向比较困难，王守武创新了一种光学定向的新方法，大大加快了研制工作的进程，提高了各项工艺的成品率。在王守武的领导下，研究室于1964年元旦前夕研制成功了中国第一只半导体激光器。

此后，为了把这些科研成果迅速推广到实际应用中去，王守武除了继续从事研制新品种激光器外，还亲自指导并参与了激光通讯机和激光测距仪的研制工作。事隔不久，中国第一台激光通讯机就诞生了，它可以在无连线的情况下，保密通话达3公里以上。为了提高激光测距仪的可测距离，王守武提出并设计了从噪声中提取信号的电路，装上这个电路后，可以使激光测距仪的测距能力提高一倍以上。这些研究成果，填补了国内空白，有力地支援了国家现代化建设和国民经济建设。

正当王守武为发展我国半导体科学事业大显身手、全力以赴地奉献自己的聪明才智时，“文化大革命”开始了。王守武虽然处于被监督劳动的屈辱境地，但他对所从事的科学事业毫不忘情。在解除了领导职务的情况下，他留在研究室帮助改革工具，修理仪器。为了弥补激光器件研究室缺少分析激光特性手段的缺陷，他设计研制成功了激光发散角分布测试仪。

1968年春当时的科委领导点名要王守武紧急完成一项从越南战场运回的武器解剖任务。王守武毫不犹豫地登上了前往西安的航程。“文革”后期周恩来总理提出“要重视基础理论研究”的号召。王守武面对半导体所的基础理论研究队伍已受到“文革”严重摧残的困难局面，积极行动起来，着手基础理论的研究工作，开展了对新发现的耿氏器件中畴的雪崩弛豫振荡的深入研究。依据这项工作写成的论文，1975年在美国物理学会年会上宣读后，得到国外同行的好评，并在当年的《中国科学》杂志上发表。在这基础上他开始用计算机模拟技术，对耿氏器件中高场畴的动力学进行分析研究，取得了系列成果，发表了多篇论文。

1978年10月中国科学院主要领导同志将王守武请到办公室，要他出马，改变现状，全面负责4千位的MOS随机存储器这一大规模集成电路的研究。

王守武从稳定工艺入手，跟着片子的流程，对工艺线的每道工序进行认真细致的检查，详尽地订出各自的 *** 作规程。他先从研制难度不大的256位中规模集成电路入手，以检验工艺流程的稳定性和可靠性。当其成品率达到97%以上时，王守武才让投片试制4千位动态随机存储器。1979年9月28日，这种集成电路的批量成品率达20%以上，最高的达40%，为当时国内大规模集成电路研制中前所未有的最高水平。这一研制成果获得了中科院1979年科研成果一等奖。1980~1981年在王守武和林兰英的亲自指导下，又研制成功了16千位的大规模集成电路。这一重要成果荣获中科院1981年科研成果一等奖。

1973年起，领导研究半导体激光器中的高场畴动力学和畴雪崩现象。1978年起领导研制半导体大规模集成电路及其工艺研究。

1979年底他荣获全国劳动模范的光荣称号。

1980年刚刚过完春节，上级要王守武去中国科学院109厂兼任厂长职务，开展4千位大规模集成电路的推广工作，从事提高成品率、降低成本的集成电路大生产实验。王守武一到109厂，就高标准地修改了厂房扩建工程的设计方案，用很少的资金、不太长的时间，就将老厂房改造成洁净度达1000至10000级并有一定湿控、温控的高净化标准厂房。中科院109厂的这条年产上百万块中、大规模集成电路的生产线，就这样在王守武的精心 *** 持下宣布建成，其产品亦随之进入市场，并接受了众多用户的考验。1985年国内上百名专家齐集一堂，对王守武主持设计并建成的集成电路大生产实验线及其成果进行了技术鉴定。这一成果于1985年获中科院科技进步二等奖。

在用原有国产设备进行大生产实验的同时，王守武还领导并参与了另一条引进现代化集成电路中试生产线的建设。1988年这条生产线通过了国家计委、国家科委、电子工业部、北京市、中国科学院等有关部门的领导和国内著名专家的验收，并于1990年获中科院科技进步二等奖。

在王守武的倡议下，1986年1月上级将半导体所从事大规模集成电路研究的全套人马合并到109厂，组建中科院“微电子中心”。年事已高的王守武被任命为该中心的终身名誉主任。王守武自此离开现职，专事于学术研究工作。

行业主要上市企业：目前国内第三代半导体行业的上市公司主要有华润微(688396)、三安光电(600703)、士兰微(600460)、闻泰科技(600745)、新洁能(605111)、露笑科技(002617)、斯达半导(603290)等。

本文核心数据：第三代半导体分类、SiC、GaN电子电力和GaN微波射频产值、SiC、GaN电子电力和GaN微波射频市场规模

行业概况

1、定义

以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石、氮化铝(AIN)为代表的宽禁带半导体材料，被称为第三代半导体材料，目前发展较为成熟的是碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)。

与传统材料相比，第三代半导体材料更适合制造耐高温、耐高压、耐大电流的高频大功率器件，因此，其为基础制成的第三代半导体具备更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的导热频，以及更强的抗辐射能力等诸多优势，在高温、高频、强辐射等环境下被广泛应用。

第三代半导体主要包括碳化硅(SiC)、氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)、金刚石、氧化锌(ZnO)，其中，碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)并称为第三代半导体材料的“双雄”，是第三代半导体材料的典型代表。

2、产业链剖析：产业链涉及多个环节

第三代半导体产业链分为上游原材料供应，中游第三代半导体制造和下游第三代半导体器件环节。上游原材料包括衬底和外延片中游包括第三代版奥体设计、晶圆制造和封装测试下游为第三代半导体器件应用，包括微波射频器件、电力电子器件和光电子器件等。中国第三代半导体行业产业链如下：

第三代产业链各个环节国内均有企业涉足。从事衬底片的国内厂商主要用露笑科技、三安光电、天科合达、山东天岳、维微科技、科恒晶体、镓铝光电等等从事外延片生产的厂商主要有瀚天天成、东莞天域、晶湛半导体、聚能晶源、英诺赛科等。苏州能讯、四川益丰电子、中科院苏州纳米所等从事第三代半导体器件的厂商较多，包括比亚迪半导体、闻泰科技、华润微、士兰微、斯达半导、扬杰科技、泰科天润等。

行业发展历程：兴起的时间较短

中国第三代半导体兴起的时间较短，2013年，科技部863计划首次阿静第三代半导体产业列为国战战略发展产业。

2016年，为第三代半导体发展元年，国务院国家新产业发展小组将第三半导体产业列为发展重点，国内企业扩大第三半导体研发项目投资，行业进入快速发展期。

2018年1月，中车时代电气建成国内第一条6 英寸碳化硅生产线2018年，泰科天润建成了国内第一条碳化硅器件生产线2019年9月，三安集成已建成了国内第一条6英寸氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)外延芯片产线并投入量产。在2020年7月，华润微宣布国内首条6英寸商用SiC晶圆生产线正式量产。

2020年9月，第三代半导体写入“十四五”规划，行业被推向风口。

行业发展现状

1、产值规模逆势增长

随着5G、新能源汽车等市场发展，第三代半导体的需求规模保持高速增长。同时，中美贸易战的影响给国产第三代半导体材料带来了发展良机。2020年在国内大半导体产业增长乏力的大背景下，我国第三代半导体产业实现逆势增长。

2020年我国第三代半导体产业电子电力和射频电子总产值超过100亿元，较2019年同比增长69.5%。

其中，SiC、GaN电子电力产值规模达44.7亿元，同比增长54%GaN微波射频产值达到60.8亿元，同比增长80.3%。

2、产能大幅增长但仍供应不足

根据CASA数据显示截至2020年底，我国SiC导电型衬底折算4英寸产能约40万片/年，SiC-on-SiC外延片折算6英寸产能约为22万片/年，SiC-onSiC器件/模块(4/6英寸兼容)产能约26万片/年。

GaN-on-Si外延片折算6英寸产能约为28万片/年，GaN-on-Si器件/模块折算 6 英寸产能约为22万片/年。

但随着新能源汽车、5G、PD快充等市场的发展，我国国产化第三代半导体产品无法满足庞大的市场需求，目前有超过八成产品依赖进口。可见第三代半导体产品国产化替代空间较大。

3、电力电子器件市场规模接近50亿元

2017-2020年，中国SiC、GaN电力电子器件应用市场快速增长，2020年，SiC、GaN电力电子器件应用市场规模为46.8亿元，同比增长90%。

2020年，我国半导体分立器件的市场规模约3002.6亿元，SiC、GaN电力电子器件的应用渗透率约为1.56%。

目前，GaN主要应用在射频及快充领域。SiC重点应用于新能源汽车和充电桩领域。我国作为全球最大的新能源汽车市场，第三代半导体器件在新能源汽车充电桩领域的渗透快于整车市场，占比达38%消费类电源(PFC)占22%光伏逆变器占了15%工业及商业电源、不间断电源UPS、快充电源、工业电机分别占6%、3%、3%、1%。

2020年，我国GaN微波射频器件市场规模约为66.1亿元，同比增长57.2%。其中国防军事与航天应用规模34.8亿元，成为GaN射频主要拉动因素。

国防军事与航天应用是我国GaN微波射频器件的主要应用领域，2020年市场规模占整个GaN射频器件市场的53%其次是无线基础设施，下游市场占比为36%。

行业竞争格局

1、区域竞争格局：江苏省第三代半导体代表性企业分布最多

当前，我国第三代半导体初步形成了京津冀鲁、长三角、珠三角、闽三角、中西部等五大重点发展区域。

从我国第三代半导体行业产业链企业区域分布来看，第三代半导体行业产业链企业在全国绝大多数省份均有分布。其中河南省第三代半导体企业数量分布最多，同时山东、江苏和甘肃等省份企业数量也相对集中。

从代表性企业分布情况来看，江苏省第三代半导体代表性企业分布最多，如苏州纳维、晶湛半导体、英诺赛科等。同时广东、山东代表性企业也有较多代表性企业分布。

2、企业竞争格局：主流企业加速扩张布局

经过初期的发展，第三代半导体迅速在新能源汽车、5G基站、PD快充等领域应用，市场规模增长迅速。同时，行业内的竞争也逐渐加剧。为了迎合市场需求，抢占市场地位，国内主流半导体企业均加强在第三代半导体产业的布局，扩充第三代半导体的产能。其中，代表性的主流企业有三安光电、中电科55所、泰科天润等。

行业发展前景及趋势预测

1、2025年行业规模有望超过500亿元

第三代半导体已经写入“十四五”规划。在国家政策的支持和下游需求增长的背景下，预计到2021-2025年，我国SiC、GaN电力电子器件应用市场将以45%的年复合增长率增长至2025年的近300亿元GaN微波射频器件市场规模将以25.4%的年均复合增长率增长至2025年的205亿元。2025年第三代半导体整体市场规模有望超过500亿元。

2、国产化进程将加速

未来，在市场竞争趋势方面，我国第三代半导体行业国产化率将会加深在细分产品发展趋势方面，SiC需求将会增长在技术发展趋势方面，大尺寸Si基GaN外延等问题将会有所进展。

以上数据参考前瞻产业研究院《中国第三代半导体材料行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。

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