从单晶锗到氮化镓，西电微电子学科发展侧记

多年以后，当张义门沿着西电校园里的梧桐道，走向实验室的时候，这位已届耄耋之年的老人总能想起六十多年前初到这里时的情景。当初种下的小树苗如今早已长成合抱之木。林荫蔽日，法桐斑驳，鸟鸣嘤嘤，树影婆娑，偶尔，老人会在路边的凳子上坐下来，往事历历，一个甲子的时光沉淀在了校园晨曦的静谧里……

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1958年，当生产队锣鼓喧天地庆祝着从土地上蹦出来的一个个高产数字的时候，17岁的河南商城青年张义门正在准备明年的高考。1941年，他出生在大别山北麓的山村中。商城县位于豫皖交界，历来为兵家必争之地。近代史上，这是一片被红色浸染过的土地。抗战烽火中，臧克家领导的文工团，电影艺术家金山领导的上海抗日救亡演剧社都曾落脚于此。刘邓大军千里挺进大别山的过程中，邓小平的“前方指挥所”就设在这里。商城县著名的革命史迹“金刚台三年红旗不倒”至今依然向人们讲述着这里曾经的峥嵘岁月。

张义门的童年不止一次看到过日军的轰炸机从头顶飞过。“做一个对国家有用的人”，在这个少年心里早早就埋下了种子。 1959年高考，张义门填报了北京大学无线电物理专业，他的成绩衬得起这样的志愿。 就在他回家等通知书的时候，一个影响他命运的通知下达到了学校。

此时，部队正从全国高中当中选拔优秀毕业生，青年才俊中最好的苗子将在提前批次进入部队的视野。哈军工，西军电、四医大三所部队顶尖高校甚至还在有些省联合以“给应届毕业生的一封信”的形式展开招生总动员。就这样，在学校领导的推荐之下，18岁的张义门将要去往的地方不再是未名湖畔，而是刚刚从张家口迁到西安的西军电。 此时她的名称叫做中国人民解放军通信兵学院，四个月后到来的元旦，她将更名中国人民解放军军事电信工程学院，来到西电历史上赫赫有名的“西军电”时期，学校也在这一年被中央确定为全国首批20所重点大学之一。

成为一名军人，在那样一个青春燃烧的岁月里是无上光荣的事情。就这样，1959年8月，张义门在郑州火车站报到，他将与来自河南各地的同批录取的伙伴一起，踏上开往西安的列车。当火车沿着陇海线一路向西抵达西安站的时候，张义门并不清楚，此一落足，即是一生。

1959年，今日在国内占有重要分量的西安电子科技大学微电子学科的历史开始了。

当张义门和其他51名新生出现在半导体物理与器件专业的课堂上的时候，站在教室门外的钱建森露出了欣慰的目光。

几年前，还在清华大学物理系求学的钱建森响应祖国号召，参军入伍，跟随西电的创业者们一路从张家口来到西安。 在半导体专业设立之前，西电人已经开始了半导体材料的研究工作，而这与一位将军的战略眼光密不可分。

这位将军就是被毛泽东主席誉为“我军通信工作的开山鼻祖”以及“为中共中央、为工农红军立下了大功”的王诤。 靠着“半部电台起家，一生征战为民”（李先念语）的王诤更是西电这所具有光荣革命传统、血脉里流淌着红色基因的大学的重要创办者，其先后三次担任西电校长。建国后，作为解放军通信事业的领导者，王诤深入研判了世界电子科技发展趋势，敏锐地洞察到晶体管取代电子管是历史潮流的大势所趋。在苏联执迷于电子管技术的发展方向的背景下，我国通信事业的决策层保持着战略清醒。王诤为西电选择的技术路线图的价值，站在多年以后的今天回望，老一辈革命家的睿智和远见为后来我国在微电子领域里守护好国家安全的防火墙提供了先决条件，也为西电微电子事业成为中国科技领域的高地奠定了基础。

1958年，中国第一炉单晶锗从西电人手里问世，在追赶世界技术前沿的道路上，中国人以一种战斗的方式憧憬着在这个农业国实现工业化的宏大愿景。

当西电人从宣化煤里提炼出锗晶体的时候，在大洋彼岸，地球的另一端，一个叫做基尔比的年青人正趁着公司员工放假的清静，试图将12个晶体管元器件用热焊的办法连接在一起。他成功了，集成电路的历史迎来了崭新的起点，而他所使用的基材就是锗片。这种材料在东方世界里刚刚被提炼出来，过程充满了曲折与传奇，西电档案馆留存下来的一份宝贵的手写体的回忆录为我们还原了半个世纪前的真实场景。

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1958年初，张家口，中国人民解放军通信学院做着迁校西安前的各种准备，但研究工作并未因此而中断。学校训练部部长韩克树与化学教员们的对话成为中国提炼单晶锗的开始。教员们决定从学校的烟道灰中取样，以此作为提取收集锗的样本。于是，教员们爬进一个个烟囱的烟道，用最原始的方法收集到了第一批样本并送往张家口地质局化验室化验。 而化验室的同志提供的一条重要信息改变了研究者们的思路。他们听北京有色金属研究院的研究人员提及宣化地区有一种叫做“碳化木”的煤炭，锗的含量非常高，能达到万分之三到四。 经过商议，学院决定派人去塞外实地查看。就这样，29岁的孙青领命而出，这个从复旦大学化学系毕业的年轻人成为单晶锗提炼中的重要角色。

塞北，地广人稀，孙青所乘坐的汽车在这广袤的国土上奔驰，终于，在当地农民的帮助下，他取回了样品，并在经过化验之后证实了当初的结论。 研究方向开始转变，场地也从张家口转移到北京有色金属研究院，孙青与时任支委姚良华作为临时负责人带着贺文兮、黄建华、赵培健、赵衍民开始了一场艰苦条件下的科研攻关。

如何将元素从原始材料中一步步提炼出来使其富集？如何形成单质元素？如何为拉制单晶锗提供高纯多晶材料？一个个问题扑面而来。

在有色院工人的帮助下，架起炉子，煤炭在铁板上经过几天几夜的连续燃烧之后，燃煤成灰，完成第一次富集。然后将其放入石墨坩埚，加入氧化剂加热到1400摄氏度，之后再用盐酸浸泡，加入有机溶剂分解成氧化锗，然后将氧化锗再与氢化物分离，继而将氯化锗水解成氧化锗，最后将氧化锗用氢气还原生成高纯多晶锗。步骤虽不复杂，但是真正走下来，每迈出一步都要解决大量的现实难题。 就这样，靠着一股韧劲，夜以继日，日以继夜，终于在八月中旬，一根长约20cm的高纯多晶锗问世了。 消息传到北京通信兵部党委扩大会现场，领导人王诤和朱明给予了极高的评价。炼锗小组作为先进集体参加了兵部积极分子大会。此时，通信工程学院已经搬迁到了古都西安，多晶锗材料就这样被送到西安的新校园，在朱鹏九等人的努力下，单晶锗的拉制工作也顺利完成。 至此，中国向世界宣告：社会主义中国已经能够生产合格的半导体锗了！

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历史总是在这样的不可捉摸中演进。

此时，在中国大西南的重庆，一个由军人和教师结合而成的家庭里，长子郝跃的到来带给这个革命家庭一种崭新的希望，人们甚至能够从他的名字里感受到浓郁的时代气息。在半导体材料科学与器件的发展历程中，郝跃将成为一个重要的符号。

此时的钱建森正在以主持者的身份带领教师进行着半导体专业的筹备和建立，课程设置、试验设置、训练内容，点滴之间，学科轮廓渐次清晰，一个培养人才的基地就这样起步了。二十年后，郝跃将成为这里的学生，钱建森以及孙青等创业先辈将为后辈们建立冲锋的基础。 此时的他们更需要着手准备的是将“锗单晶样品”送往北京布展，十年大庆的脚步越来越近，共和国的将军们将在北京军事博物馆的橱窗前看到它，这块结晶中闪耀着西军电人的荣光。

当此一时，在西电校园里，除了主持半导体物理与器件专业创建的钱建森，还活跃着一群年轻人。

周南生、张文敏、朱作云、许佩瑛、傅仰钦、李良能等，一个个名字的背后代表一张张活生生的青春面庞。从清华毕业的张文敏在这里遇到了自己携手一生的周南生，而这个从南京大学毕业的年轻人将在日后创建博士点的工作中发挥重要作用。此时，年轻的专业，年轻的老师，工作与学习在这样一个部队加学府的环境中，军号嘹亮，一切都是那样的生机勃勃。

三年后，半导体物理与器件专业的科研实验室建立完毕，他们开始了锗提纯和单晶拉制的研究工作，并研制出了锗点接触二极管和锗高频三极管。

与此同时，半导体物理、半导体器件、晶体管原理、晶体管工艺等系列课程具备了独立开设的条件，在人才培养上，这里已经规模初具。张义门的大学时代见证了这一切的变化，在他大三这一年，半导体物理与器件所在的无线电物理系更名为无线电物理与电子器件系，专业也拓展到六个。

1964年，在经过五年扎实的专业学习之后，张义门毕业了。从此，他成为这里的一名教员，夜以继日地工作了44年。

在近半个世纪的执教生涯中，1970年5月1日在张义门的心中留下了深刻的印迹。

那一天，学校第一条半导体生产线正式运转，当第一支硅平面晶体管被生产出来的时候，张义门、张德胜和金振伦难掩兴奋。 一个个教师和一个个工人的脸上洋溢着属于西军电人共同的光彩。西电发展历程中，总是少不了工人的身影。这是西电这座学府与众多地方高校的不同之处。他们是学校正式招工进来的，属于学校的正式职工，他们在这里上班，下班，操作着各种机器，加工着各种由老师和学生设计出来的零件，春秋相推，直到退休。西电的实习工厂是西电学子记忆深处的一抹暖阳，这是成长必修课的重要去处。理解了这一点，在西电的实验楼里出现生产线就不奇怪了。型号3DG6，张义门永远记住了这个数字，那是第一支硅平面晶体管的代号。此时，世界半导体材料的发展，在经历了短暂的锗材料之后，早已经过渡到了硅材料。

1971年，张廷庆带领一批教师和工人，经过日夜奋斗，更为先进的第二条生产线在实验楼三楼投入使用。 生产线成为半导体物理与器件专业教学与研究中的重要载体，在这个被称为“五七”车间的地方，西电建立形成半导体和无线电元件与材料两个教学科研基地，依靠着它，西电人安静而专注地进行着半导体材料与器件的深入研究，即便在十年动荡里亦未曾中断，与很多在多舛岁月停摆的学科与专业相比，他们是幸运的，他们用一种坚守等待着曙光。

1978年，曙光出现了，年青的面孔们到来了。

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当郝跃与杨银堂、庄奕琪等89名同学坐进西电的教室里的时候，已经不能只用百里挑一来形容这批年青人的优秀。

1977年的高考改变了一代人的命运。郝跃与三百名来自地质系统的年轻人一起走进考场，他们中的两个成为被命运青睐的人。郝跃的成绩可以考入清北，但是他选择了西电。 理由放在今天来看，简单得有点不真实，这里距离延安不远，另外他喜欢“电”。

郝跃的家里有一屋子的书籍，这成为他15岁就连跳两级高中毕业的一个外在依据。在艰苦的岁月里，郝跃带着两个妹妹，拥抱着这一屋子的书，渐次长大。15岁，他就下乡插队，来到了云南西双版纳。因为他是知青队伍里唯一的高中生，就被选为生产队长。因为酷爱电学，他在农村的广阔天地迅速成长为一个技术过硬的电工。即便后来招工，他也没有丢掉这种热爱，成为一名地质系统的电工。插队期间，大队图书室要被挪作他用，知青们听说后争先恐后地把文学书一扫而光。等郝跃回来的时候，等待他的是整书架无人问津的数理化。至宝偶得，郝跃一样拿一本，抱了一大摞数理化书籍满载而归，这些书在命运之门打开的1977年发挥了重要的作用，给了他一骑绝尘的底气。

父亲是军人，父母身上那种在任何条件下对党忠贞不渝的信念深深地影响了郝跃。军人家庭走出的孩子对部队有着深厚的情结，这些因素综合发酵的结果就是将郝跃送进了西电这座具有悠久革命传统和军校底蕴的学府。

同样在这一年，15岁的杨银堂和20岁的庄奕琪也通过高考迎来人生命运的改变。77届以及相隔几个月的78届在中国高考的历史上是具有特殊意义的一个群体，入学年龄相差悬殊，学习极为刻苦，人才集中涌现成为77届最为显著的三大特征。 学校档案馆的档案为我们提供了真实的数据，77、78两届共计录取学生1573人，这其中已诞生了7位两院院士，成为著名的“西电现象”最有力的注脚。

1978年，西电微电子事业迎来两个重要改变，无线电物理与器件系更名为技术物理系，下设专业数量调整为四个。同时，成立了502和507两个教研室，前者侧重于教学，后者侧重于科研。

多年以后回看，这两个教研室在西电微电子事业发展中具有重要意义，成为拾阶而上的两大基石。1987年，在两大教研室的基础上，西电成立了微电子所，一种新型的人才培养模式基于微电子所被建立起来。除了学生的日常管理之外，微电子所领导了西电在这一领域的人才培养及科学研究。这又构成了一个新的基石，16年后的2003年，在微电子所的基础上，西电成立了微电子学院，成为我国首批获得国家支持的五个示范性微电子学院之一，高起点、发展早成为其典型的特征。

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回溯到1978年，第一批89名半导体物理与器件专业学生在西电会经历怎样的读书生活？

“那时候经济改革刚起步，学校常停电，一停电，大家就不约而同点起蜡烛继续学，远远望去，老大楼、西大楼、东大楼里烛火通明，汇聚成一道道载着知识报国梦的星河……”数十年后，忆及当年，郝跃这样诉说从前。

废寝忘食地把对知识的热爱化作四年大学的日常，这成为一个时代大学生们的缩影。

1982年，毕业季来临。

当毕业分配表摆在眼前的时候，郝跃心想只要能发挥专业特长，无论是戈壁大漠还是深山峻岭，哪里需要就扎根在哪里，做一颗祖国的螺丝钉！ 他在分配表上写下了这样一句话：只要专业对口，到哪儿都可以。

想着到哪儿都可以的郝跃最终被留校任教，与他一同留下来的毕业生还有杨银堂和庄奕琪，他们同期考取了半导体物理与器件专业的研究生。

也是在1982年，正当郝跃、杨银堂和庄奕琪往返临潼读研的时候，张义门踏上了飞往美国的飞机，他将前往亚利桑那州立大学，以访问学者的身份开始他第一次为期两年的海外之旅，另一次，他去的是耶鲁大学，时间是在1994年。注重面向世界研究前沿是西电的传统。张义门抓住海外学习的机会，在扩大视野的同时，广泛地吸纳知识，后来他出版的《半导体器件计算及模拟》见证了他的异域之行。 大约1984年前后，公派出国的周南生，贾新章，朱兆宗分别从日本，澳大利亚，德国回国，为专业的发展带来了新思想，注入了新活力。

就在张义门在国外展开访问学者工作的同时，郝跃三人正在骊山脚下的研究所开启自己的研究生学业。此时在半导体物理与器件专业上，西电还没有自己的硕士点，所以他们必须在位于临潼的研究所完成硕士学位。当他们在两三年后拿到属于自己的硕士毕业证书的时候，西电的硕士点申请也来到临门一脚的时候，孙青发挥了重要的作用。 此时的孙青在科研上取得重要成果，他与另一名教师孙建成一道，在工厂技术人员的协助之下，经过15个月的艰苦努力，研制成功我国第一台光化学气象淀积设备（PVD）。当微电子所成立的时候，他也成为首任所长。

1986年，半导体物理与器件专业开始拥有属于自己的硕士点。作为后来引领西电微电子快速发展的新一代学人，郝跃、杨银堂和庄奕琪显然都是走在浪潮前面的人。他们的博士是在同城的西安交通大学和中科院西安光机所完成。 1996年，博士点终于申请下来，此时已经成为微电子所所长的张义门和刚刚入选国家“百千万人才工程”第一层次的郝跃成为最早的两位博士生导师。

博士点对于一个学科的重要价值是不言而喻的，一年后，微电子学与固体电子学跻身于全国重点学科。翻开当初的申报材料，我们在博士生导师的名单上看到了周南生三个字。前文提及，周南生在申博的过程中发挥了重要作用。遗憾的是，博士点申请成功了，但周南生生病了。因此，他没有招收博士生。但是，在西电微电子学科发展的历程中，他的贡献未曾被忘记。

1996年，无论对于刚刚成为博士生导师的郝跃，还是对于西电微电子学科，一场影响深远的出国考察即将到来。

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1996年，学校组织了一系列出国考察。电子信息科技日新月异，闭门造车不是建设一流大学的打开方式。学校鼓励西电的教授们走出去看一看，看看世界科研的前沿，要用世界眼光来审视自己脚下的路。就这样，38岁的郝跃有了影响一生科研之路的海外之旅。 在与不同国家的同行进行学术交流的过程中，以氮化镓和碳化硅为代表的第三代半导体材料的可行性成为同行之间交流的崭新话题。

彼时，半导体材料在集成电路发明之后，已经有了长足的进步。硅材料虽然应用广泛，但它并不是一个全能冠军。20世纪90年代，移动通信的车轮滚滚而来，以光纤通信为基础的信息高速公路和史无前例的互联网开始兴起。与之相伴随的是砷化镓、磷化铟等为代表的第二代半导体材料的崭露头角。 较之于硅，这些材料更适用于高速、高频、大功率以及发光电子器件。它们是制作高性能微波、毫米波器件及发光器件的优质材料，而且这些器件在一个国家的国防安全中扮演着重要角色。 但是，与它们优异的性能相伴随的是资源稀缺、造价高昂以及材料本身毒性对环境的压力。爱恨交加之下，科学家们的目光开始逐渐离开了这里。新的材料不断被讨论，氮化镓和碳化硅只是话题中的一部分，它们与氧化锌、金刚石、氮化铝一起被称为第三代半导体。三代之间，不是彼此更迭替代，而是进入视野的早晚不同。

海外归来，所见所闻使得郝跃陷入了深入思考。此时的他刚刚成为西电的副校长。第一、二代材料的研究我们是跟在西方后面跑，这对于国防安全是致命的。 西电的特色是直接服务于国防及国家重大战略需求，要想从根本上摆脱受制于人的系统困境，自己开始从0到1开出一条新路才是最为安全可靠的选择。

就这样西电微电子学科中的一支劲旅——宽禁带半导体科研团队开始了拓荒之旅。他们从建立超净室起步，为了节省资金，彼时还是学生的张进成和马晓华等一众师兄弟包揽了包括线缆安装在内的很多苦活累活。他们拿起电钻给外墙打眼，钻进管道铺设线缆。工程进行的过程当中，常常是满面灰尘，难辨彼此。 靠着这样一种一分钱掰成两半儿花的精神，他们完成了超净室的建设，并在2001年研制成功国内高校第一台氮化镓生长的关键设备——MOCVD。在经过两年的反复调试改进之后，MOCVD设备通过国家验收。 国资验收编号2003XXX，这串简单的数字背后凝结了一颗颗赤诚报国之心的心血与汗水。也是在这样艰苦的过程中，新一代的队伍得到了锻造，张进成和马晓华分别成长为学校的副校长和学院的副院长，成为能够独当一面的行业翘楚。

2003年6月，一趟由西安开往石家庄的列车上，25岁的团队成员王冲心情忐忑。非典的阴霾尚未尽散，车厢里乘客稀少，车窗外关中平原迎来了又一季麦浪金黄。流片是从材料到器件的关键环节，王冲远途，团队心悬。半个月后，喜讯传回西电，流片成功，这成为氮化镓走出实验室，走向生产力的关键一步。 高质量氮化镓材料如何生长和高功率氮化镓器件如何实现，随着这两个关键问题的迎刃而解，2008年和2009年，国家科技进步二等奖和国家技术发明二等奖应声而来。 他们赢得了时间，开始成为领跑者。之后，顺利进入国家“核高基”科技重大专项，成果广泛应用于新型相控阵雷达、北斗导航、5G移动通信等国家重大工程领域，为我国筑牢了“自主可控国产化”的安全防火墙。 迄今，宽禁带半导体实验室拥有氮化镓专利量依旧保持全球领先的优势，西电成为世界上第三代半导体材料研究的重要基地。

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就在郝跃在以氮化镓为代表的宽禁带半导体材料与器件领域开辟新途的过程中，杨银堂与庄奕琪亦也从其他方向上为微电子学科的发展做出着重要贡献。

1977年，还是高二学生的杨银堂与其他十几名同学一起走进高考考场，他成为这十几个人里唯一考上大学的学生。这一年他刚刚15岁。从此，杨银堂的人生与西电结缘。杨银堂在集成电路设计、新型半导体器件和微电子机械系统与网络方向取得了一系列成果，内容涉及雷达、电源、数模、模数转换等多个方面。作为第一责任人，他先后承担起多个国家重大专项、973、863、国家自然科学基金和预先研究等重大研究任务的研究和领导工作，在国内外同行中产生了显著的学术影响力。踏实和本分是他对学生讲得最多的话，无论是作为微电子学院的首任院长，还是后来作为学校的党委副书记、副校长，亦或者是传道受业、栽桃育李的教授，杨银堂始终以高标准和严要求来带队伍、做科研。 本本分分做人，踏踏实实做事，是每一届新生必将从他嘴里听到的话。 本分不是懦弱，不是不思考，不是一味逃避，而是勇敢地面对人生中的挫折，是坚信风雨之后终有彩虹的乐观；踏实不是死板，不是不创新，不是墨守成规，而是要勇于探索，攻坚克难，是一步一个脚印在科研征途上的强烈意念。

一人，一生，一件事，做好了，足印成缀，串起的是整个人生。

继杨银堂之后，作为微电子学院的第二任院长以及国家集成电路人才培养基地主任，接力棒来到了庄奕琪教授的手中。在带领学院稳步向前的同时，庄奕琪将研究方向侧重于通信与功率系统集成、短距离无线通信及信息家电核心芯片设计、微电子器件噪声与可靠性应用技术、微弱信号检测及虚拟仪器开发。多年以来，他主持完成科研项目40项，其中9项成果获得省部级以上及全军科技进步奖（二等奖2项，三等奖7项），在国内外核心刊物发表学术论文近百篇，其中有28篇被EI、SCI收录，以此同时，他先后出版了《半导体器件中的噪声及其低噪声化技术》《微电子器件应用可靠性技术》《蓝牙梦想与现实》《电子元器件可靠性工程》《纳米电子学》等6部专著。

在1978年一起踏足西电校园的三位年青人用他们的一生实现了科研报国的理想，亦为西电微电子事业的崛起贡献了属于自己的全部力量。

如今，微电子学院发展的重任来到了第三任院长张玉明教授的肩上。2014年，他从庄奕琪教授的手中接过接力棒，成为微电子学院的又一任院长。从踏足西电到如今，三十年的光阴逝去了。

1992年，对于27岁的陕西白水人张玉明而言，人生迈入了新的阶段，他走上西电讲台，成为微电子学科的一位年轻教师。1984年，19岁的张玉明从家乡考入清华大学微电子学专业，从此与一个学科结缘。在工作的第一个十年里，他一路破格成为副教授、教授、博士生导师。张玉明在高频、宽带、大功率电子器件及相关材料方向上收获了重要的科研成果，其中对SiC、Ⅲ-Ⅴ族化合物和石墨烯的研究达到国际前沿、国内领先水平。

在西电微电子事业发展的过程中，不仅内部持续发力，外部亦成为强力的助攻。 成立于2017年5月的西安电子科技大学微电子行业校友会则百尺竿头更进一步，将聚是一团火，散是满天星的战斗力推向更高层次，进一步为西电微电子事业的发展增添崭新动能。 一个灿烂的明天在几代追“芯”人的奋斗中，图景愈加清晰，未来更当可期。

结束语
如今，81岁的张义门教授每天早上还是会按时出门，准时出现在自己的办公室。偶尔，他也会去校史馆走一走，一张张发黄的老照片里有他的青春岁月。虽然14年前他已正式退休，但是多年形成的工作惯性并未因为年岁的渐增而减损丝毫。办公室就是他的战斗的主场，与年轻人在一起，不时给予指导是他的职业惯性。 看着一代代更为优秀的人才出现在微电子研究的前沿阵地，霞光满天，草木欣然，一个老者脚步的矫健成为林荫道上最美的风景……