他戴着一副用胶布粘着镜腿的老花镜,正俯身观察真空计的水银柱,手指轻轻调节着一个针阀。
他的动作极其缓慢、极其轻柔,仿佛不是在操作机器,而是在雕琢一件易碎的艺术品。
“刘师傅正在做一批氮化硅样品。”顾赟低声介绍,“今天运气好,正好赶上完整的工艺过程。”
几人安静地站在一旁观察。
刘师傅先检查了基片,那是几片一寸见方的玻璃片,已经经过严格的清洗,在灯光下晶莹剔透。
他用特制的镊子将基片放入钟罩内的样品架上,动作很稳。
然后按下启动按钮,真空泵的轰鸣声陡然增大。
刘师傅盯着热偶真空计,水银柱开始缓慢下降。
这个过程持续了将近二十分钟,期间刘师傅不时用改锥轻轻敲击管道的某些部位,侧耳倾听,像是在诊断病人的心跳。
“他在查漏。”文昭南教授低声解释,“微漏是真空系统的大敌。我们没能力买进口的氦质谱检漏仪,就用土办法,有时候用酒精涂抹可疑部位,看真空度变化;有时候充入氢气,用自制探测器找漏点。”
终于,真空度达到了要求,大约10??托。
接下来是预热。
刘师傅接通加热电源,缠绕在石墨坩埚上的电阻丝开始泛红,温度逐渐升高。
测温靠的是插入坩埚侧壁的一根老旧热电偶,连接的毫伏表指针缓缓偏转。
“温度控制是个大难题。”顾赟苦笑道,“加热丝是我们自己绕的,温场不均匀;热电偶的精度有限;控温电路就是简单的调压器。能控制在±10°C以内,就算成功了。”
吕辰看着墙上的温度曲线图,那上面用不同颜色的铅笔标注着多次实验的数据,曲线起伏如心电图。
每一次成功的沉积,背后都是数十次失败的摸索。
温度稳定后,真正的“魔法”开始了。
刘师傅缓慢地打开两个钢瓶阀门,一个是氨气,一个是氯硅烷,也就是SiH?与Cl?的混合物。
气体通过手工打磨的针阀,进入管道。
没有质量流量控制器,没有比例阀。
流量控制,靠的是观察玻璃转子流量计里那个小浮子的位置。
浮子在玻璃管中上下浮动,刘师傅要根据浮子的高度,“估算”出气体的流量比例。
“氨气……大概每分钟150毫升。”他低声自语,手指微调阀门,“氯硅烷……30毫升。比例5:1。”
他的眼睛紧紧盯着两个流量计,整个实验室鸦雀无声,只有真空泵的低鸣和电流流过加热丝的轻微嗡嗡声。
气体进入钟罩,在高温的基片表面发生化学反应。
微观世界里,氨气与氯硅烷分子分解、重组,氮原子与硅原子结合,生成氮化硅,一层原子一层原子地“生长”在玻璃表面。
这个过程肉眼看不见,但刘师傅仿佛能“感觉”到。
他不时调节冷却水的流速,那根滴水的橡胶管连着铁桶里的水泵,水流快慢会影响钟罩内的温度分布。
他还不时用改锥轻敲某段管道,这是靠听声音来判断气流是否顺畅。
他嘴里念念有词,像是在进行某种仪式:“这回的‘火候’差不多了……左边温度好像高了点……”
整整四十分钟,沉积过程在一种高度紧张而又充满艺术感的氛围中进行。
终于,他关闭了气体阀门,停止加热,让系统自然冷却。
又过了二十分钟,他才小心翼翼地打开放气阀,让空气缓缓进入钟罩。
气压平衡后,他松开密封夹具,用液压装置缓缓升起玻璃钟罩。
钟罩内的景象展现在众人面前。
样品架上,那几片玻璃基片看上去依然透明。
但若对着灯光仔细观察,能看到表面覆盖着一层极薄的、略带虹彩的薄膜,像肥皂泡的色彩,又像雨后的油膜。
“成功了。”刘师傅长舒一口气,脸上露出一丝疲惫的笑容,额头上沁出了细密的汗珠。
他用特制镊子取出基片,放在铺着软布的木托盘里,端到旁边的工作台上。
接下来是检测,又是一系列“土法上马”的智慧。
膜厚测量用的是自制的椭圆偏振仪原型。
核心光学部件是从旧显微镜上拆下来的棱镜和透镜,装在一个手工打磨的铝制支架上。
光源是一盏经过滤光的钠灯,发出单色黄光。
研究员将样品放在平台上,调整角度,透过目镜观察干涉条纹的变化。
另一个人在一旁用计算尺和手摇计算器,根据条纹位移计算出膜厚。
“精度大概能到±50纳米。”顾赟说,“对于微米级的薄膜,勉强够用。但未来如果要做纳米级……”
他没有说下去,但意思很明显。
另一种更直观的方法,是在薄膜上滴一滴折射率匹配油,在单色光下观察牛顿环。
环的间距与膜厚有关,有经验的老师傅看一眼环的疏密,就能大致估出厚度。
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