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与中国院士对话系列 中小学科普课外读物
对话集成电路专家邹世昌，了解芯片的知识！大院士为中小学生讲科普。立足学科背景，联系产业现状，启迪孩子的科学兴趣，培养科学精神！
大院士为中小学生讲科普。
《与中国院士对话》这套书是特别为孩子们准备的。九位中国院士从芯片、太阳能、基因、有机化学、风云卫星、红外遥感、北斗定位系统、天文九个方面与孩子们进行了对话，回答了他们天马行空的问题，为他们讲解了基础的科学知识。
《与中国院士对话》这套书适合9-14岁的孩子自主阅读，也适合教师和家长陪伴阅读。书中的“聚焦产业”“聚焦专业”两个小栏目讲述了我国相关领域的发展现状和前景，以及涉及到的相关专业，帮助教师和家长引导大一点的孩子进行生涯规划，设立人生的小目标，让梦想飞得更高！
【内容简介】
中国科学院院士 集成电路专家 邹世昌
讲述自身成长的小故事，回答孩子们感兴趣的问题，讲述了芯片的小知识，更重要的是联系我国集成电路产业的现状，让科普同实际密切相连。
【作者简介】
邹世昌 中国科学院院士，著名的材料学家，“两弹一星”研制的核心成员，国内离子注入技术和上海集成电路产业的奠基人之一。
海波 SMG东方广播中心首席节目主持人。主持《海上畅谈》《海波热线》等节目。获得全国金话筒称号、上海长江韬奋奖，蝉联三届上海广播电视台名主持人称号。
秦畅 SMG东方广播中心首席节目主持人。主持《海上畅谈》、《市民与社会》等节目。获得全国新闻界zui高奖项：全国第八届长江韬奋奖（长江奖），全国广播电视主持人金话筒奖、中国新闻作品一等奖。
武爱民 中国科学院上海微系统所副研究员，加州大学伯克利分校访问学者，主持国家科技重大专项和中科院先导计划等集成电路相关重大科技项目。
【目录】
/001
命运同中国科学事业紧紧相连
在战火中出生，小时候依靠助学金才能继续求学 的邹世昌院士，是我国极少数同时参加“两弹一星” 与“集成电路”研制项目的科研人员之一，来看看他 的科研之路吧。
/027
包罗万象的芯片
把一个复杂的电子系统放到一个指甲盖 大小的集成电路芯片里，这张小小的芯片可 能记录你乘坐公交车的信息，也可能记录你 参加一次大会的信息，甚至可能记录你所有 的身份信息。很神奇吧，来看看包罗万象的 芯片吧。
/051
有个性的半导体
半导体是一种导电性可受控制，可以从 绝缘体至导体之间变化的材料。半导体* 的价值是其导电性能够通过外部条件的改变 而改变。
/073
芯片的生产线
芯片在我们生活中的方方面面都能用 到，那么我们怎么样才能制造出芯片来呢？ 芯片的生产线到底是什么样子的呢？
【前言】
“海上畅谈”工作室的推出，是我们作为广播人的一个梦想。信息传播技术日 新月异，新技术带来的传播方式的改变， 给传统媒体如报纸、期刊、广播、电视等 以超出想象的冲击。在互联网技术崛起， 移动终端设备改变大众阅读习惯的时代， 数家报刊无奈宣布停刊，多数传统媒体寻 求转型。传统媒体会死吗？这是许多新闻 人的疑问。广播这样一种历史悠久的、“古 老的”、传统的媒体形态，在互联网技术 的冲击下，非但没有消失，反而在动荡中 异军突起，展现出活泼的生命力，这虽出 乎世人的预料，但也在情理之中。今天， 广播节目的丰富多彩，与广播人多年来的 不懈奋斗是分不开的，广播人在一次次的 新技术冲击中，始终抓住信息内容，以新 技术带动节目内容的创新，主动求新求变， 在技术裂变中寻找到了更多的机会。
新时代，面对如何“建设具有全球影 响力的科技创新中心”的战略要求，媒体 人该如何做？如何为营造“大众创业、万众创新”的社会氛围尽一份责？媒体能否在形式、内容的传播方法和手段上实现“自 我创新”？让支持创新、宽容失败的理念“随 风潜入夜”？“海上畅谈”节目试图回答 这些问题。
基于此，我们独家策划了“创新之问?6?1小 学生对话中国院士”系列广播节目，试图 为上海科创中心建设培育创新沃土。这档 节目的初衷，是想请中国院士来和小学生 一起畅谈当前有趣的科普话题。我们认为， 小学阶段的孩子，有旺盛的好奇心和求知 欲，他们的念头千奇百怪，他们的问题独 特刁钻，那么让在学术领域已成大家的院 士们和童言无忌的小学生进行科学启蒙式 的对话，会不会出现无法预料的惊喜呢？
有了这样的想法，我们尝试着请中国 院士来为小学生进行科普，出乎意料地顺 利，院士们纷纷表示支持，这一节目得以 顺利完成。就节目谈话内容来说，大院士 们给小朋友谈的并不是特别尖端前沿的科 学，而是更偏向于基础的工程学，偏向于 如何用科学探索去引领技术突破，继而带 动产业升级，*终服务全人类。不积跬步， 无以至千里，科学探索的道路漫长而艰辛。 院士们以自身的成长经历为例，为孩子讲 自身“学”的故事，引导他们去养成一种“思” 的习惯。
院士为孩子们讲的科学知识，不光是理论研究的内容，而是结合我国现有的产 业现状，让孩子们能切实感受到产业现状， 了解专业学科的背景知识，启蒙他们的职 业意识，让孩子们知道科技强国的梦想务 必得立足实际。
近 90 高龄的知名天文专家叶叔华院士 代表科学界首次宣布了我国参与世界探索 太空的巨型望远镜计划。“海上畅谈”率 全国之先 , 成为*先披露此消息的节目。 钱旭红院士讲述了自己小时候动手拆闹 钟的故事，让孩子们对勤动手勤动脑有
了更贴切的体会。邹世昌院士在现场 严肃认真的模样，让孩子们感受到科 学家老爷爷的气场。贺林院士讲述遗 传基因的现场十分热闹，他和孩子
们讨论双胞胎为啥那么像这个话题时乐翻 全场。一场场妙趣横生、充满智慧的对话， 打造了一场场听觉盛宴！院士们不拘泥于 传统科普刻板的知识灌输，充分展现了个 人魅力，拉近了对话者之间的距离。对话中， 孩子们大胆向院士们抛出一系列童言无忌、 天马行空的问题，院士们耐心接招，甚至 坦言“不知道”，并以此激励孩子们自己 去想，去探索。听者不仅惊讶于现在小学 生的知识面，也为院士们呵护每一个孩子 至为珍贵的探索精神而感动。
当然，不光是小学生，还有初中生，他们也对科普知识十分渴求。这样生动的对话在节目结束后我们依 然不能忘怀，我们希望有更多的孩子能听 到院士们的话。于是有了我们这套“与中 国院士对话丛书”。在各位参与院士的支 持下，我们将节目谈话的知识内容加以系 统化地扩展，以文字的形式配上插图，更 清晰更形象地展示学科领域的基础知识。 在知识内容编写的过程中，一群年轻的、 奋斗在各科研领域一线的博士们加入到编 写队伍中，他们梳理了谈话涉及的领域知 识，补充了相关的专业内容，让这套丛书 的科学性更立体、知识性更充实。本套丛 书的插图选自“视觉中国”、“富昱特” 等专业图库，力求图文并茂地为孩子们展 现知识内容。
杨雄里院士在节目中说道：“科学就 是跟新的东西打交道，要不断地创新。” 我们把这套丛书献给孩子们，希望他们在 成长的道路上能探索一个又一个的秘密， 并以此为乐。
“海上畅谈”节目
2017 年 2 月 26 日
【免费在线读】
我生在1931年，在我懂事的时候，抗日战争就爆发了。当时的上海，有几块地方是租界。现在大家熟悉的市中心、南京路这些地方，那是英租界，淮海路是法租界，四川北路虹口那一带是日本租界，外围那一圈才是中国人自己的地盘。日本人就在郊区，闸北那个地方打响了。到了1941年，太平洋战争爆发，租界也被日本人占领了。老百姓受尽了苦难，吃的米都是碎米，或是发霉的米。日本人有个封锁区，你要买点粮食就必须经过日本人的封锁区，经过封锁区的时候，日本人都要搜查。有个孕妇经过封锁区，日本兵就用刺刀去捅，我们的同胞，母亲和孩子的两条命就被捅死在刺刀之下。亲眼目睹这些情况，在我幼小的心灵上就埋下了受压迫、受欺凌的仇恨。
可以说，我小时候正值国难，大环境很动荡，再加上家庭经济状况本来就不是很好，所以那个时候我要念书，就很困难。想读书靠什么呢？当时上海有两张*的报纸，一张是《申报》，一张是《新闻报》，这两张报纸用有钱人捐助的钱设立助学金，也有一些有钱的资本家设的奖学金，要得到这些资助，得凭你的成绩，书要读得很好。我就是靠社会上方方面面的支持，才完成了我的中学学业。不靠这样的帮助，像我这样的家庭，根本不可能到初中毕业，更不用说高中毕业。我家庭比较清苦，不指望我读大学，我就上了一个中华职业学校，想毕业以后就去做工。中华职业学校的校舍就在陆家浜，靠近江南造船厂那个地方。
抗日战争爆发后，日本人征用这个学校，把这个学校的人赶到市中心浦东同乡会。抗战后期，美军开始轰炸江南造船厂，日本人又要占领浦东同乡会，再把我们赶回去。我们学生当时每个人搬一条椅子一张桌子，就这样步行搬回到原来的校址。每天中午在教室里上课的时候，B—29轰炸机的炸弹就扔在我们旁边的江南造船厂。上课的老师讲，不能下课，如果现在下课把学生放出去，在路上被炸了，学校对家长就解释不清楚了，要炸死的话就大家一起死。处在当时那样一个环境里，我就经常会想，为什么我们中国人就这么穷？为什么我们中国人要这样受日本人欺负？1945年8月，美国在广岛和长崎扔了两颗原子弹，日本就投降了。我也从中懂得了国家经济实力强大与科学技术进步是取得战争主动权的重要因素，中国之所以受侵略与压迫，国力不强与技术落后是一个很重要的原因。我们当时对抗战胜利抱有很大的希望，觉得抗战胜利了，用老百姓的话说就是“天亮了”。想不到抗战胜利以后，国民党接管上海，并没有给老百姓的生活带来多大变化。无非是日本人走了，换来了美国人，美国兵在上海街道上横行霸道，社会秩序一塌糊涂。国民党派来的接收大员贪污腐败，物价飞涨，老百姓的生活还是处在水深火热之中。于是，我又从中悟出一个道理：国家要富强，单有经济实力恐怕还不行，还要有一个为老百姓服务的政府。我青少年时代对好多问题的认识，都是在反面的环境里慢慢地悟出来的。
1949年解放前夕我刚好高中毕业，毕业后还想继续求学，非常想上大学。当时的社会环境，除非能考上国立大学，家里是没有钱支持我上私立大学学习的。我考了好几所大学。那时考大学和现在不一样，一所一所地考，一个夏天可能要赶十几场考试，每所大学考一场。成绩好的学生，好几个大学都会争着录取，在报上发榜，排在前面的是正取生的名单，后面的是备取生的名单。我考进好几所大学，交大考上了，同济考上了，北大也考上了。家里父母反复斟酌，还是叫我去读中国纺织工学院。中国纺织工学院是荣家申新集团所办，这个学校给出的条件是免学费、住宿费、膳食费，还给衣服穿，毕业后直接进申新纱厂工作。那时我们念大学，*要紧的毕业后要找一份工作，因为以前大学一毕业就失业是常有的事。为了减轻家里负担并在大学毕业后能找个安稳的工作，及早挑起家庭负担并帮助弟弟和妹妹们，出自这样的考虑就进了中国纺织工学院。
进中国纺织工学院后不久，国家开始搞建设，建设的重点是重工业。当时我想为国家建设出力，觉得学纺织好像不行。我就想放弃一年，再考大学，考到北方去。后来我到了北京以后，一看唐山交大招转学生，可以插班读二年级，就直接从北京到了唐山，考上了唐山交大。
我大学毕业的时候，赶上国家*个五年计划开始，急需人才。我们这批大学生是提前一年毕业分配工作的。我被分配到中国科学院，从这开始，我的命运就和中国的科学事业联系起来了。
*年做的工作是什么呢？当时长春正在建设国家*汽车厂，首先要造的汽车是载重五吨的卡车，相当于现在解放牌的载重车。那时候苏联造汽车用的钢是苏联产的系列钢，后轴用的是含有镍和铬的低合金钢。当时在我国这两种元素十分奇缺。我到了研究所报到后，*项科研工作，就是要制造出用我们国家富有的元素锰、钼取代镍铬的低合金钢，确保我国的*个汽车厂能顺利地启动生产。这也可以说是20世纪五十年代初建立我国低合金钢系统的开创性工作。
工作一年以后，国家要派一批年轻人去苏联学习，我很幸运，我以前连做梦也想不到可以出国留学。到了苏联以后，我把全部精力放在学习上。苏联的基础教育还是挺强的，好多教材，像高等数学、理论物理、都有比较经典。我在莫斯科拿了学位，就是当时苏联的副博士。
同学们，在20世纪60年代，我国还有一个至关重要的国防任务，就是要造两弹一星，即是原子弹、氢弹和人造卫星。
浓缩铀是造原子弹的关键所在。什么叫浓缩铀？采出铀矿提炼成金属铀，铀有两个同位素，铀238和铀235。铀235可以产生裂变反应，所以要制造原子弹，铀238是没用的，只有铀235才有用。但是，在天然铀中，铀235的含量只有0.7﹪，也就是7‰，其余的99.3﹪都是铀238。要造原子弹，就要把浓度为7‰的铀235浓缩到90﹪以上，这就叫浓缩铀。
我前几年到日本，专门去看了美国在广岛扔的原子弹，这个原子弹名叫“小男孩”，因为它的大小跟小孩子一般大。它的核心部分是两块放在两边的浓缩铀，两块浓缩铀中间有个引擎，是一个爆炸装置。原子弹升到一定高度后，这个引擎就起爆，随后，两块浓缩铀碰在一起，超过临界体积，就产生了链式裂变反应。
要造原子弹的关键就是要有浓缩铀。当时世界上会做高浓缩铀的只有两个国家，一是美国，二是苏联。在20世纪四十年代，美国有个曼哈顿工程，是由当时美国总统罗斯福批准的。罗斯福批这个工程的时候，还听过科学家的意见。美国到底要不要造原子弹，罗斯福问过爱因斯坦，爱因斯坦说可以，罗斯福就批了。
怎么生产浓缩铀？在过去，技术不是很先进的时候，从天然铀中提纯浓缩铀是非常不容易的事情，当时主要采取气体扩散法。
把铀转化成六氟化铀。六氟化铀中的“铀”，既可能是铀238，也可能是铀235，但我们现在已经清楚，99%的可能是铀238。制成六氟化铀后，接着把六氟化铀加热使它变成气体，然后在这些气体中把铀235分离出来，怎么做呢？
我先举个例子，在一撮面粉里混点沙子，使劲一吹，先扬起来的是什么？是面粉，对不对？因为面粉的颗粒比沙子轻一点，吹口气，质量轻的，先被吹起来。在当时，技术条件有限的情况下，要想分离铀235和铀238，就是利用了它们之间这一点点质量差，毕竟，铀235比铀238少了3个中子。
从分子动力学的观点来讲，我们用一个多孔薄膜，薄膜里有很多分布均匀且尺寸细小的微孔，薄膜的两边有压差，气体从压力大处流向压力小处，六氟化铀分子和薄膜微孔的孔壁发生碰撞并通过薄膜，轻分子铀235六氟化铀走得快一点，铀238六氟化铀走得慢一点。这样，经过一次扩散，铀235比铀238要多一点点，再来一次，再多一点点，经过无数次级连的薄膜扩散，就可以把铀235浓度增加到90％以上。当时世界上生产浓缩铀用的就是这种技术。
这种分离法的效率比较低，耗能非常大。图片中是早期美国橡树岭的气体扩散工厂，这个工厂里的机器是一个压缩机接一个压缩机，整个工厂大概要几公里长，不断地运作，一刻也不能停，用的电力大概等于一个中等城市的电力。基于同样的原理，后来又使用离心机来分离铀235，离心机分离法的效率要高于气体扩散法。
我那三四年白天晚上都在实验室里奋斗，完全是一种献身精神，为的就是为国家争一口气。直到20世纪八十年代，国家给我们这个研发项目奖励了发明一等奖，这是很高的一个奖。还给了几万块钱的奖金，不管是所长室主任还是辅助技术人员，大家平分，每人都拿一份，又给每一个参与过这个工作的有关科技人员每人发一张获奖证明。1999年，国家在人民大会堂举行两弹一星的授奖典礼，全国获奖者只有23人，上海只一个，就是我的老师，老主任吴自良先生。参加两弹一星工程的全国可能有几万个人，奖授给谁好？当时也是一个很大的争议，中央为这件事开了几次会。*后定下来的名单中只有23个名额，甲种分离膜的代表人物，就是我们的代表人物室主任吴自良，我也有幸参加了人民大会堂的授奖典礼。
20世纪70年代以后，我进入了另外一个科研领域，就是半导体材料领域。我国的半导体研究，1965年就开始了。我搞了几十年的半导体科研，我的梦想就是想看到中国集成电路作为一个规模产业被建立起来。集成电路的研究与制造水平，综合反映了一个国家的科技和经济实力。如果没有掌握这种技术，说明我们还没有掌握信息产业的核心技术。
一个电子系统的核心是什么？就是两样东西，一个是硬件即集成电路，一个就是软件。而现在，集成电路的关键部分都不是中国制造的，而是从国外进口的。我们做的是把国外的组件组合装配，有的产品说得难听一点，是贴个牌子就完事了。这种状态是很危险的。
我们的目的决不是在国内建立一批外国设计公司的加工点，而是希望建立我国自主知识产权的半导体工业。这件事是几代科技人员的愿望，也包括我的前辈，如已故的复旦大学前校长谢希德，她是我国著名的女科学家，也是半导体专家，建立我国自主知识产权的半导体工业也是谢校长这一辈人的梦想。
我们这一辈人趁现在还做得动要为年轻人做铺路石子、打好基础，希望年轻人继续攀登，经过几代人的努力和奋斗，这个梦想一定会实现。只有这样，我们国家才是一个真正的经济科技大国。
