从1950年从浙江大学化学工程系毕业进入上海冶金所（即现上海微系统所的前身）科研工作，前前后后60余年。前15年从事的是钢铁冶金，中间25年从事是微电子研发，接下来10多年从事生物芯片的研究。

一、钢铁冶金十五年（1950—1964）

20 世纪 50 年代初，钢铁工业是国家建设重点，我有幸参加了包头、攀枝花两大铁矿的科研开发工作。  

1950年新中国成立不久，国家百废待兴，新中国工业建设如火如荼展开，各种科技问题也随之而来，给科技工作者提供了大显身手的机遇。例如50 年代初，钢铁工业是国家建设重点，当时国家要求利用包头铁矿，攀枝花铁矿各建成一个大型钢铁基地，我有幸参加了其中科研开发工作。

1.包头矿含氟问题

包头铁矿石中伴随有萤石和稀土等矿物，其冶炼复杂性为世界之难题。最令人担心的是氟化物（萤石）在高温下要挥发！这会引起对高炉体的腐蚀，废氟气体进入大气沉降到草原后会不会污染草原，使牛羊中毒。废水排入黄河后，会不会再也看不到“鲤鱼跳龙门的”景象？如何保护环境，在中苏冶金界议论纷纷，莫衷一是。要求科学院进行解答。于是这项艰巨的任务就落到了冶金所。

刚开始，我们也找不到切入点，走了很多弯路。我在深思熟虑后，建议建一座实验性小高炉，小高炉1立方米容积，为包钢设计大高炉的1500分之一。但要求在不同炉体平面安装取样设备，以研究萤石在高温下的化学反应。在高炉处要有煤氟除尘和清洗以及废水处理设备，以测定废废氟，废水中氟含量和研究含氟煤氟和废水的处理方法。这个建议很快得到多方支持。

如何在炉内高温下取样，以及即时测定氟化物形态，却破费周折。当时，我设计了一套即时快速过滤取样的方法，获得了上万个数据。综合各种冶炼参数，证实了矿石中萤石在1000oC以上时，同水汽反应可生成氟化氢。而当煤气中氟化氢上升至炉子上部温度较低处时，又会被石灰石所吸收，再生成氟化钙。只有少量氟化氢和粉状氟化钙会随煤气被带出高炉，而大部分氟化钙溶入炉渣中，在出渣时排出炉外。这些数据和化学热力学的理论计算非常符合。高炉煤气经过炉外除尘，水洗后，含氟极低，与普通煤气一样可以回收利用。废水经石灰水处理后，氟含量低于排放要求。炉内含氟气体和熔渣对炉体结构的腐蚀也得到了完美解决。只要在炉料中增加石灰石的比例，既可提高生铁质量，又可以吸收煤气中的氟化氢。这些都已成为冶炼包头矿的合理对策，这一研究成果早已成为包钢建设和生产的主要科学依据之一。

至今已50余年了，到草原仍然风吹草低见牛羊的欣欣向荣的景象，黄河水也没有被高炉废水所污染。当初的许多疑问，从此销声匿迹，无人再议论了。后来冶金界评论认为，这是一项“出类拔萃的科研成果”。我想，得出这种论断的着眼点，不全是对其科学技术中的创新，更主要是对环境保护理念的赞赏。

2.攀枝花钛磁铁矿

攀枝花铁矿一种钛磁铁矿石，除铁外，它主要含有两种元素，一个是钛，一个是钒。这种类型的铁矿世界上其他地方并不少见，却很少被利用，最大的难点是冶炼钛磁铁矿时，渣中铁超过一定量后，就会引起渣铁不分，搅成一缸浆糊。炉内铁水就不能顺利的流出来，这样要么拆开炉子，清除凝结的炉渣，要么快速转为普通矿冶炼以洗炉子。以往为了获得钒，用小炉子冶炼并加大量废砖，以冲淡渣中的钛含量，获得含钒生铁再炼成高钒渣，再从高钒渣中提取钒。但攀钢是大型高炉，冲淡法既不经济，也找不到这样大量的废砖类资源。

我们接下任务后，试了好几种方案都无法克服这一困难，弄的人彻夜难眠，束手无策。后来，我们在试验中发现一个规律，就是上一炉渣铁流不出，下一炉就像洪水一样，渣铁畅流，直泻而下。对高钛炉渣物理化学分析和矿物结构的分析后，发现渣中四价钛已被还原成TiC，TiN和TiO等高熔点低价钛化合物，它们均不熔于高温炉渣中。稠如糖浆的渣掺入大量的固体颗粒就会变成浆糊而不流动。所以若能抑制二氧化钛的还原，炉渣就能稀而自动流出。

为此，我们改造实验高炉，采取前人不敢使用的冶炼方法，经过多次改进，并在大型高炉试验得到成功后，证实这个方法可以达到炉况顺行，渣铁畅流，钒回收率高，生铁质量好之效果。攀钢采用这种发明一直应用到现在，经济效益很好，中国也成了第一产钒大国，并在冶铁历史上又添上新的一页。

二、中间25年微电子研发

1964年我们科研组转入到微电子领域，开始了集成电路的研制工作。而集成电路是信息时代的基础。集成电路在六十年代初期的中国，还只是一个不太清晰的概念，而在美国却已经在军事上广泛应用，严峻的现实摆在我国科研人员面前。

在1965年我们就建议上海领导发展集成电路，引起市委重视和大力支持，组成集成电路攻关小组，委派我为技术负责人。联合上海元件五厂，华东计算所成立协助小组。那时西方对我国严密封锁，但这反而促进了我们加速自力更生发展集成电路。我们全体努力，大力协同，经过不到一年的时间，研制成集成电路样品。上海市很快成立新的集成电路生产厂，并用这些电路研制成我国第一台大型集成电路计算机。

微电子是一个极速发展的技术和产业，每18个月集成电路芯片中的晶体管数就翻一番，即集成度提高一倍，现在已从小规模，中规模，大规模（LSIC）进入超大规模（VLSI），后者集成大上百亿个晶体管。由于集成电路的发展，新的电子产品不断涌现计算机、电视机、手机等，并且不断的更新换代。

由于文化大革命，我们集成电路的技术研发停滞了。而这个时期国外的集成电路发展突飞猛进。这样我们又落后了很多。文化大革命一结束，我们又马不停蹄向大规模集成电路（LSIC）进军。

LSIC是微米级加工技术，必须排除环境中的尘埃，原材料中的杂质和微粒，硅单体的缺陷以及人的习惯行为的干扰。  

我们生活在“尘世”之中，每立方呎空气中含尘量至少有几百万尘埃颗粒之多，在这种环境下不可能进行微米级精细加工而获得合格的LSIC。为此，我们建造了第一个净化室，通过反复摸索，采用了经过三次过滤，除去了99.9%的灰尘，使工作区含尘量每立方呎1000颗左右，关键区域再进一步净化，空气中的尘含量由每立方呎百万颗粒下降至10个颗粒，达到了大规模集成电路研制的工艺要求。

穿上净化服装，采用无尘、低尘纸张和器皿，加上严格的管理，这样才完全符合LSIC工艺要求。在1976年，我们研制第一批LSIC样管。名地来参观学习的人络绎不绝。此后我们又不断开发新工艺和增加新设备，设计新的LSIC，至1988年已完成各种电路近100多种，最高集成度达3万多个晶体管，推广至7个厂生产，获得了很好的经济效益。  

我们荣获1985年国家科技进步一等奖，科学院一等奖多次，更重要的是我们培养了上海市一批科技骨干，以后许多人成为总经理、总工程师，成为上海市集成电路行业的领军人物。

1985年中国科学院和上海市政府合作在漕河泾开发区建立了上海市大规模集成电路科研开发中心，拨地34亩，建设厂房1461m2.成为了重要的集成电路研发基地。在1988年我们研究室迁入新址工作，我也到了退休年龄，从工作岗位上退了下来。

三、生物芯片的十年

1995年我当选为工程院院士，同时我又回到了上海微系统所工作。开始了生物芯片的工作。生物芯片又称基因芯片或DNA芯片。对于从头开始从事生物芯片的研究工作主要基于以下几点：

1. 生物芯片和集成电路芯片有一些共同点，都是信息处理的载体。

2. 这两种芯片制造工艺都是微细加工，可以相互借鉴。

3. 改革开发后，人们生活改善，更加注重身体健康。生物芯片可以从分子层次测定细菌和病毒，可以观察病毒的变异，找到引起产生疾病和产生耐药性的原因，达到真正的对症下药。

从1997年开始建设实验室，聚集在乙肝病毒，丙肝病毒和结核菌等疾病和病毒DNA的变异的检测，取得了一些成果。但远没有达到象集成电路那样的大规模应用。原因是多方面的，象DNA芯片的成本较高，DNA芯片知识普及不够，难以被医生和病人所接受。我们科研工作还需进一步研发和完善等，冀后来者续之，使生物芯片如集成电路般普惠大众。

一晃60多年过去了，弹指一挥间，能在我的科研生涯中为国家建设解决重大难题，开拓科学基础研究贡献我的微薄之力，是我作为中国科学院科研工作者的义不容辞的职责，喜看今日华夏科技参天，我深为欣慰。

徐元森（2008年）