Tu Xiang Zheng (涂向真)
我的一项美国发明专利的首页中,标明专利名称:Microbolom infrared sensors, 专号:6,359,276,授权日期:Mar. 19, 2002。
我发明的红外传感器是红外夜视仪的核心,红外夜视仪就像是响尾蛇的热敏感器官,能够接收小动物身上发射出来的红外辐射,并能确定其发射的方位,从而引导响尾 蛇去猎食小动物。红外夜视仪最早用于战场寻找敌方目标,如士兵,营房,火炮,坦克等。现在除军用外,还包括导航,监视,瞄准等用途。其它用途还有,侦探用 来探查人们是否有不轨行为;商家用来监测周围环境。更令人惊奇的用途是,它还能用来揭示出一个地区有没有人类活动过的痕迹,即便四周没有任何肉眼可见的明显标记,也能显示出一块土地是否曾被挖开并填埋过一些东西,执法部门能借此发现一些罪犯企图隐瞒的证据,包括赃款、毒品以及尸体等。还能发现某些区域(如墙壁)最近发生的变化,为侦破案件提供重要线索。
我热心红外传感器的研究,与我的一位已故大学同学有关。记得有一年,我出席在云南昆明召开的化合物半导体材料学术会议,顺便看望我的一位大学同学。我们在学 校交情很深,毕业后,我留在北京,他远走昆明,从此就各奔前程,从未见面。他在昆明红外物理所工作,从事红外敏感材料的研究,已经是学术带头人了。
我的同学见我到来,又惊又喜,竟只顾说话,忘了给我让坐。他用丰盛的银鱼餐招待我吃午饭,银鱼产自素有“高原明珠”之称的滇池,具有浓厚的地方特色,让我倍感隆重和温馨。饭后,他把我领到他的实验室,向我介绍他有关红外敏感材料的研究成果。他说,用他制造的红外敏感材料制作的冷却红外夜视仪,自身无红外光源,只依赖目标与背景间,目标各部分间的温差而产生的热辐射成像,因而不受周围环境的自然照明条件影响。它可透过雾,雨,雪观察目标甚至能透过稀疏的丛林进行观察,能透过伪装,探测出隐蔽的车辆和火炮的位置,甚至能辨认机场上刚起飞不久的飞机留下的“热痕”轮廓。它具有良好的隐蔽性,不易被敌方发现和干扰,使用安全可靠。它不会由于炮口焰,炸弹爆炸等产生致盲效应。它对坦克发动机和刚发射过的枪管,炮管等具有较强的热辐射源,它的视距可达300米。
我的同学一向谦虚谨慎,在大学,他学习和工作,样样出类拔萃,总是笑容可掬,谦和待人。此时此刻,他抑制不住内心的兴奋和激动,眉飞色舞地讲述着,眼神中分明流露出自豪感和满足感。我也被感染,情不自禁地大声叫好。
我很清楚,我同学研究的课题非常重要,非常艰难,虽然会填补国内空白,但涉及军用,国外资料封锁严密。不能与国外业内人士交流,许多事情只能闭门造车。并且,我的同学做的材料毒性很大,尽管工作环境有防护装置,但难以避免毒气泄漏并吸入人体,长年累月积累起来,对人体的危害是非常大的。我的同学为了攻克科技难关,可以说是不辞辛劳,不顾安危,用尽聪明才智,付出全部精力,最终开花结果,大功告成,怎能不令人激动,称赞颂扬!
告别我的这位同学后,不久我就远渡重洋,出国深造。从此,在我研究的工作中,特别是在微机电系数研究工作中,经常会在脑海中出现有关红外夜视仪的问题,比如,能否找到一种不含毒性的材料制造红外夜视仪?能否让红外夜视仪在室温下工作?能否让红外夜视仪像普通望远镜那么便宜,到处都能买到?
大慨是别后的第三年,在上海工作的同学告诉我,在昆明工作的同学因患肝癌逝世了。我得到这个不幸的消息,非常悲痛,默默地为我的同学祈祷,愿他的英灵早日得以安息。我的同学是英年早逝,他正处生命力,创造力最旺盛的年华,却匆匆离去,显然是由于长期疲劳过度和慢性中毒而亡。他为了发展他所热爱,忠诚,并为之奋斗的红外敏感材料事业,贡献了他的健康和生命,他是科研战线上当之无愧的英雄,是国家和人民的功臣。
我同学的逝世,推动了我对红外传感器的探索。我开始收集有关基于微机电系统(MEMS)的红外传感器的资料,想以微机电系统为突破点,开发出用硅片为主要材料的红外传感器,除了免除使用有毒材料外,还可让器件在室温下工作,并用微电子技术制造,使得夜视仪的价格降到民用可接受的水平。
我在Rutges大学时,就已经有了对红外传感器的总体构想,但一直没有开始传感器的结构和工艺设计。当时,文献报道的非冷却红外传感器,都毫无例外地用电介质薄膜作隔热结构的建筑材料和形成薄膜的牺牲材料。我必须跳出这个圈子,彻底抛弃电介质薄膜。如果只是亦步亦趋,如法炮制,是不可能创新,更不可能取得发明专利权。我必须遵照顾毓秀老先生留给我的遗言:“你要研究别人没有研究过的课题,开发别人没有开发过的产品,要永远做第一,不要做第二。”,研究出有资格称得上世界第一的红外传感器。
有一次,我被邀请到南韩进行学术交流,就在机场候机时,我翻阅最近从图书馆复制的几份资料,其中有一篇,报道一种非电介质材料的热学性质,其热导系数低于二 氧化硅,而二氧化硅是隔热最好的电介质材料。我高兴极了,连说“妙!妙!太妙了!”,旁边的人都以惊愕的眼神看着我,以为我突发了精神病。找到非电介质隔 热材料,虽然只是千里之行的第一步,但这是极其重要的一步,是建立目标,确定方向的第一步,有了这个第一步,就可以昂首阔步地往前闯了。
如何将非电介质材料制成悬空的隔热薄膜,并整合到CMOS集成电路的制造流程中去,这是我面临的又一大难题。我设想了三个方案,为从中选取最好的一个,我必需逐个进行数学计算和电脑模拟。让我苦不堪言的是,这种非电介质材料是新研发出的材料,在工具书中查不到计算和模拟所需要的数据,必须从发表的期刊论文中去寻找。这等于是大海捞针,要从无边书海中找出需要的数据,有的数据在现有的论文中还找不到,只能耐心等待别人发表新的论文。就这样,收集数据-计算-模拟-比较,循环往复,将近花了一年的时间,才确定了一个实用方案,完成了专利申请的撰写。