早期的红外技术探索
2015-11-28 18:54:31   来源：微迷   评论：0   点击：

现代红外科学技术是在第二次世界大战期间出于军事需要，首先在德国发展起来的。那时在极其保密的状态下德国已研制成硫化铅红外探测器，制造出了几种军用设备，有些已开始小批量生产。只不过没有进入实质性的使用阶段，法西斯德国就无条件投降了，科研成果及设备全部被美国及苏联所浮获。由于红外技术主要用于军事，美国在二战后继续在保密条件下对具有军事应用背景的红外技术投入了大量人力、物力和财力，开展多方面研究。

直到1959年9月，美国公开了他们发展红外技术的部份内容。中科院物理研究所的成众志是1956年从美国回国的，他一直订有《美国无线电工程师协会会刊》(Proc.IRE,也就是后来的Proc.IEEE)。他收到1959年9月的杂志后就送给汤定元看。当时，Proc.IRE和《美国光学学报》(JOSA)两种学报上，以"红外物理与技术"为主题，内容完全相同的两份专刊，公开了美国在红外技术研究的部分科技成果。汤定元以极大的兴趣早已阅读翻版杂志半年甚至一年，了解到国际上红外技术的发展。从文章内容来看，当时的红外技术已经成为一门新兴的学科。这一技术的重要性在中国还未被深入认识，急需在一片空白的基础上起步。

汤定元在美国时，曾进行过硅在超高压下导电性能的研究，对当时半导体的研究情况有一些了解。半导体的研究有着广阔的发展前景，因此在195l年下半年汤定元回国后进入中国科学院应用物理所，就选择了新兴的半导体物理作为研究方向。当时王守武早于汤定元半年回国，也以半导体作为研究方向。他们俩再加上两位新分配来的大学毕业生组成“半导体研究组”，汤定元分工从事半导体的光学及光电性能的研究。1951年底做了一个1952年的工作计划，其中一项是对硫化铅的天然晶体(方铅矿)进行硫处理。因为硫化铅是一种既可以处理成P型，也可以处理成N型的半导体。

当时英国有一位科学家首先提出了方铅矿的P-N结研究。汤定元也想用硫处理做成P-N结，研究结的性能。到了1954年，国外的半导体研究有了极大发展，已经出现了商品晶体管。此时他们开始做半导体工作时，已意识到锗、硅的重要性。他和同事们很想进口一些锗、硅纯材科，以加快半导体研究工作的进程。但是，西方国家那时对中国内地封锁很紧，无法从国外直接进口这些材料。由于搞不到这种高纯材料，才不得不暂时从事硫化铅和氧化亚铜的研究。此时那位英国科学家在方铅矿的P-N结研究工作中遇到困难，放弃了这一工作。汤定元看到英国《自然》杂志上一篇硫化铅红外探测器的文章（Sosnowski,Nature,vol.159,1947)，他也就放弃了P-N结的研究，改做硫化铅红外探测器，把它作为光电导现象的半导体物理研究课题。开始时采用的方法是真空蒸发PbS薄膜、高温敏化和制作电极，而检测手段仅仅是用万用表测量它的电极间受光照后的电阻改变。当时并不知道PbS红外探测器有什么用途，更不知它的重要性。但是有两件事给了他深刻的印象。

其一英国人R.A.Smith写了一篇有关红外探测器的综合性文章。他是从苏联的俄文翻译本中看到的，其中说第二次世界大战中，发展了两门重要的新技术学科，即微波与红外。微波技术已经是大学里的课程，为什么“红外技术”也是新兴技术学科呢?它有些什么内容?汤定元与同事们曾私下议论过，但找不到任何根据。其二是苏联科学院的一位副院长巴尔金院士来应用物理所参观。当走到汤的实验室时，他很感兴趣，竟然坐下来，大谈红外探测器的各种用途和重要性，谈了半个多小时。可能与译员的水平有关，汤定元当时理解得并不多。关于PbS红外探测器的工作，他们连续进行了两年，尽管到1955年初，这一工作停止了。但无可争议的是，汤定元所领导的课题组在国内最早开展了硫化铅红外探测器的研究，已经在红外技术领域进行了早期的、开创性的工作。为日后中国研制PL-2空空导弹的红外探测器奠定了基础。

在1954年下半年，由黄昆领衔，王守武、洪朝生和汤定元对如何发展中国的半导体科学技术进行了研讨。每周一个下午，持续了相当长时间。经过深入讨论之后，大家采取了一些决定性的措施。其决定之一，由中国物理学会召开一次全国性“半导体物理讨论会”，并出版会议文集。

“半导体物理讨论会”于1956年1月30日到2月4日在应用物理研究所大礼堂举行。会议就半导体的各个重要领域的科学内容和发展概况有9个综合性报告，另有一个下午为9篇科研工作报告，更重要的是几次分组座谈会提出如何发展中国的半导体科学技术并形成建议书。这次会议内容由科学出版社出版《半导体会议论文集1957年》。

1956年，汤定元参与制订“十二年科学技术发展远景规划”，规划制订了十二项重点任务，其中发展半导体学科被列为四项紧急措施之一。“半导体物理讨论会”为这次规划做了很好的准备。在“半导体发展纲要”中由汤定元起草的“半导体的光电现象和热电现象的研究”一章中，有关红外技术也只能笼统地写上一条：开展硫化铅等红外探测器的研究。

在“向苏联学习”和“一边倒”的年代，半导体规划组请来了一位外国专家——苏联科学院通讯院士符耳作为顾问。在这段时间内，北京应用物理研究所得到苏联科学院物理研究所赠送的一些半导体材料和晶体管并由汤定元负责保管和分发。其中，有一锭N型锗(Ge)单晶，汤定元就利用实验室仅有的一台光学测试仪器——单色仪，找了一位助手，建立了测试系统，进行锗光电导光谱的测量。因为当时已经有了锗的吸收光谱，也有人推导过表面复合对光电的影响。汤定元利用文献上看到的吸收光谱的实测数据，计算出不同表面复合速度下的锗的光电导光谱分布曲线。竟然与实验室实测的曲线符合得很好。这项研究工作写好的论文“表面复合速度对锗的光电导光谱分布的影响”在《物理学报》上发表。并于1957年秋由汤定元在民主德国召开的“国际固体物理学术会议”上宣读，收到了意想不到的效果。

不知是什么原因，1958年“大跃进”时红外技术也成为一个热门课题。据有人估计，当时国内研制硫化铅探测器的单位至少有30多家，所用的方法都与汤定元课题组的差不多。这也许与汤定元等起草的“半导体发展纲要”中的一条开展“硫化铅等红外探测器的研究”有关。但是在后来的“三年困难时期”，30多家科研单位的红外研究工作因经费等原因又纷纷“落马”，一时科学界众说纷纭。