二楼走廊两侧是一间间实验室,门牌上写着“超纯水制备室”、“化学气相沉积室”、“晶体生长室”等字样。
有些门开着,能看到里面简陋的实验台和仪器。
经过一扇门时,吕辰瞥见里面有几个年轻人正围着一个铁皮箱子忙碌,箱子上接着粗细不一的管子和电线,旁边放着几个玻璃瓶,瓶里的液体呈现出诡异的颜色。
“那是我们的超纯水设备。”王守方注意到吕辰的目光,“自己组装的。北京的水质硬,杂质多,做半导体材料,水必须极纯。我们用的水要经过蒸馏、离子交换、反渗透好几道工序,最后还得用石英器皿储存。就这,有时候还是达不到要求。”
他的语气平淡,像是在说一件再平常不过的事。
在这个年代,要自制一套能稳定产出超纯水的系统,需要克服太多困难。
走廊尽头是一扇厚重的铁门,门上挂着“非请勿入”的牌子。
王守方掏出钥匙打开门锁,推开门。
热浪和低沉的嗡嗡声立刻涌了出来。
这是一个大约五十平米的房间,窗户被封死了,贴着深色的遮光纸。
房间中央矗立着一台两人高的设备,区域熔炼炉。
它看起来像个巨大的金属圆筒,外壳是暗灰色的,表面有不少划痕和锈迹。
炉体上布满了各种仪表、旋钮和指示灯,粗大的电缆从天花板垂下来,连接着炉体。
炉子旁边,一台变压器正在嗡嗡作响,那是专门为这台炉子配备的。
墙上的配电箱敞开着,里面是密密麻麻的闸刀和保险丝,粗黑的电缆像蟒蛇一样盘绕在墙角。
房间很热,至少有三十度。
几个穿着蓝色工装、戴着口罩和手套的研究人员正在炉子前操作。
他们额头上都是汗珠,但动作沉稳专注。
“这就是我们的宝贝。”王守方拍了拍炉体,发出沉闷的响声,“苏联援建的老型号,我们来了之后,自己做了很多改造。加热线圈换了,温控系统也改进了。现在勉强能用。”
他走近观察窗——那是一个嵌在炉体上的圆形石英玻璃窗。
透过窗口,能看到炉内的情况。
一根银灰色的棒状物竖直悬挂在炉膛中央,那是多晶硅原料棒。
在棒的中部,一个明亮的光圈正在缓缓上下移动——那是加热线圈形成的熔区。
硅在高温下熔化,熔区移动时,杂质会被“扫”到棒的一端,从而实现提纯。
“现在这一炉已经运行了二十多个小时。”一个操作员摘下口罩,露出被高温烤得通红的脸,“纯度应该能达到6N了,再有两个小时就能结束。”
他的声音沙哑,眼睛里布满血丝,但盯着观察窗的眼神却异常专注。
王守方介绍:“这是小李,我们最好的操作员。这活儿,一炉就是二三十个小时,人不能离开,得时刻盯着熔区的状态。温度高了,硅会挥发;温度低了,熔区不稳定,晶格容易出缺陷。全凭经验。”
小李不好意思地笑了笑,又凑到观察窗前,眯着眼睛看那光圈的大小和颜色。
吕辰仔细观察着整个实验室。
他注意到几个问题。
首先是电力供应。虽然炉子有专用变压器,但墙上的电压表指针在轻微但持续地摆动,电压不稳,这对于需要极其稳定加热功率的区域熔炼来说,是致命的干扰。
其次是环境控制。房间闷热,空气不流通,封死的窗户虽然保证了洁净度,但散热成了问题。角落里放着一台老旧的电风扇,但显然作用有限。
第三是检测手段。炉子旁边的工作台上,放着几根已经拉制好的单晶硅锭,直径大约二十到三十毫米,长度半米左右,表面有金属光泽,但细看能看到一些细微的条纹和斑点。
旁边放着简陋的检测设备,一个手摇探针台,用来测量电阻率;一台国产的金相显微镜,用于观察晶格结构;还有几个装着腐蚀液的玻璃皿,那是用化学腐蚀法显示缺陷。
一切都那么原始,那么“土”。
但就是在这样的条件下,这些科研人员正试图攻克半导体材料的最高纯度。
“王教授,”吕辰开口问,“咱们现在成品率大概多少?”
王守方沉默了几秒,才说:“好的时候,百分之四十。差的时候,不到二十。主要是晶格缺陷控制不住,还有直径不均匀。我们试过做大直径,但一超过三十毫米,熔区就不稳定,容易出孪晶。”
他的语气里有掩饰不住的焦虑。
参观完区域熔炼实验室,王守方又带他们看了其他几个关键区域。
化学气相沉积室,里面有一套自行组装的设备,用石英管作为反应室,外面缠绕着自制的加热丝。
研究人员正在尝试沉积氮化硅薄膜,用作绝缘层。
单晶炉室,一台仿苏的直拉单晶炉,正在尝试从熔融硅中拉制单晶。
炉子旁边放着几个已经拉好的硅单晶棒,表面有生长纹,直径也不完全一致。
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