是啊,理论再先进,构想再完美,如果没有能够实现它的最基础的材料,一切都只是空中楼阁。
从超纯净轴承钢,到特种低温焊条再到如今这纯度要求高到**的单晶硅……
他们感觉自己就像是在攀登一座没有尽头的险峰,每当翻过一个山头,都会发现前方有一座更高、更陡峭的山峰在等着他们。
“九个九的纯度……”
那位材料学专家,声音干涩地摇着头,“我们目前最先进的化学提纯法,最多也就能做到五个九。剩下的那万分之一甚至百万分之一的杂质,就像是混在血液里的病毒,用常规的方法,根本无法剔除。而这些微量的杂质,对于半导体材料来说却是致命的它会严重影响PN结的性能甚至让晶体管完全失效。”
李德明所长刚刚燃起的希望,也再次蒙上了一层阴影。
他知道,材料科学,从来都是工业领域里最难啃的硬骨头,它不像机械结构那样,可以靠巧妙的设计去规避,它需要的是实打实的工艺积累和设备支持。
就在众人再次一筹莫展之际,秦洛峰却平静地开口了。
“化学方法走不通,那我们就用物理方法。”
他的话,再次吸引了所有人的注意。
“各位应该都知道‘区域熔炼’的原理。”
秦洛峰走到黑板前,画出了一根长条状的硅锭,“我们可以用一个移动式的高频感应加热线圈,对一根纯度不够的多晶硅棒,进行局部的缓慢的熔化。由于大多数杂质在固态硅中的溶解度,要远低于它们在液态硅中的溶解度。所以,当这个熔融区,从硅棒的一端,缓慢地移动到另一端时,它就像一块‘海绵’,会不断地将固态区的杂质‘吸’到自己这边来。最终等熔区走到尽头凝固后,绝大部分的杂质,都会被富集到硅棒的末端。我们只需要将这一小段切掉,剩下的就是纯度极高的硅了。”
“这个过程,我们可以反复进行。每一次区域熔炼,都能将纯度提高一个数量级。理论上,只要我们有足够的耐心,别说是九个九就算是十一个九十二个九的纯度,我们都能得到!”
秦洛峰这番话,再次为所有人打开了一扇通往新世界的大门!
利用物理学上最基本的溶解度差异原理,来进行极限提纯!
这个思路,简直是神来之笔!
然而问题并没有这么简单。
“秦总师,这个方法太妙了!”
那位材料学专家激动地说道,“但是它只能解决‘提纯’的问题。而我们要的是‘单晶硅’!是所有硅原子,都必须按照严格统一的晶格取向,排列成一个完美整体的单晶!我们用这种方法得到的依旧是杂乱无章的‘多晶硅’啊!”
“没错。”
秦洛峰点了点头,脸上露出了一丝神秘的微笑“所以我们还需要第二步,也是最关键的一步。”
“我们将利用提纯后的高纯度多晶硅,进行第二次熔炼。这一次我们将采用一种全新的方法——直拉法!”
“直拉法?”
这个陌生的名词,让所有人都感到了困惑。
“对。”
秦洛峰的眼中,闪烁着自信的光芒,“我们将熔融的硅液体,维持在一个即将凝固的临界温度。然后我们用一根同样材质的带有完美晶体结构的‘籽晶’,伸入到液面,然后以一种极其缓慢的速度,一边旋转,一边向上提拉。”
“在这个过程中,由于‘籽晶’的引导,熔融的硅液体,在凝固时,就会像听话的士兵一样,严格地按照籽晶的晶格结构进行排列生长!最终我们就能从坩埚里,硬生生地‘拉’出一根我们想要的完美的巨大的——单晶硅棒!”
一番话,石破天惊!
在场的所有专家,都彻底被秦洛峰这番充满了想象力与精确控制的构想震撼得失去了言语的能力。
他们呆呆地看着黑板上那幅“提拉晶体”的示意图,仿佛看到的不是一幅工业蓝图,而是一位创世神明,正在从混沌的液体中,创造出秩序井然的完美晶石!
这是一个比“电火花腐蚀”还要精密,比“人工时效”还要考验耐心的神之技艺!
“Gott……mein Gott……”
人群中,那位之前被秦洛峰的“炼金术”和“冰与火之歌”彻底折服的德国专家,再次下意识地用母语,发出了充满了敬畏与震撼的惊叹。
他知道,自己今天又一次见证了一个足以颠覆教科书的伟大创造。
接下来的日子里,计算机所的材料实验室,便成了整个第九研究院最繁忙,也最神秘的地方。
秦洛峰再次化身为那个孤独的无所不能的“炼金术士”。
他亲自设计并指导工人,改造了一台高频感应加热炉,为其配备了可以精确控温和缓慢移动的控制系统。
他又用高纯度的石英,烧制出了一个能够承受上千度高温的石英坩埚。
最关键的“籽晶”,他则别出心裁地,从一块成色极佳的天然水晶(二氧化硅晶体)上,小心翼翼地切割下了一小块,作为最初的“晶种”。
一切准备就绪。
“土法拉单晶”的伟大试验,正式开始。
这是一个无比漫长,也无比煎熬的过程。
秦洛峰就像一个孤独的守望者连续数天数夜都守在那台散发着灼热高温的设备旁。
他需要像一个最顶尖的绣花女工,用肉眼和简单的仪器,去精确地控制着石英坩埚内的温度,那个温差,甚至不能超过0.1摄氏度。
他需要像一个最耐心的垂钓者去控制“籽晶”提拉的速度那个速度,是以毫米每小时来计算的。
太快,晶体结构会长歪;太慢,晶体又会熔断在坩埚里。
整个实验室里,只有设备发出的轻微“嗡嗡”声,和秦洛峰那沉稳得可怕的呼吸声。
李德明所长和几位核心专家,都自发地守在外面,他们不敢进去打扰,只能透过观察窗,看着那个仿佛与机器融为一体的年轻身影,眼神中充满了敬畏与担忧。
时间,在枯燥的等待中,一分一秒地流逝。
终于,在第四天的黎明。
当秦洛峰缓缓地关闭设备,脸上露出一丝如释重负的疲惫笑容时,所有人都屏住了呼吸。
当那根被他从石英坩埚里,缓缓“拉”出来的东西,呈现在众人面前时,在场的所有专家,都发出了见了鬼一般的惊呼!
那是一根长约半米,通体呈现出一种深邃的蓝灰色,表面光滑如镜,在晨光的照耀下,闪烁着一种近乎于梦幻般光泽的金属棒!
它不像是什么工业品,更像是一件来自外星文明的艺术品,充满了神秘与完美的气息!
经过最精密的仪器检测,结果出来了——纯度:99.99999992%!
晶格结构:完美单晶,无一位错!
成功了!
共和国第一根依靠“土法”,硬生生“拉”出来的足以用来制造最顶级半导体器件的高纯度单晶硅棒,在秦洛峰的手中,宣告诞生!