5微米,均匀性±0.1微米。
这个精度要求,已经非常接近集成电路制造中对金属布线层的要求了,这个实验室在薄膜沉积和精密控制方面,有独特的积累。
“周工,”吕辰身体前倾,认真地问,“这个反射面板,你们已经做出来了吗?”
“做出了三批试样。”周工从抽屉里拿出一个木盒,打开盒盖。
盒内衬着红色的绒布,上面放着三块巴掌大小的金属板。
板面呈浅金色,光洁如镜,能清晰地映出人的倒影。
吕辰戴上白手套,小心地取出一块,对着光观察。
板面极其平整,几乎看不到任何起伏,他用指甲轻轻划过边缘,感受表面的光滑度。
“能看看你们的工艺吗?”他问。
“当然。”周工站起身,“走,去镀膜车间。”
一行人下楼,穿过厂区,来到镀膜车间,车间里很干净,水泥地面拖得发亮,空气中有一股淡淡的臭氧味。
正中央是一个银白色的圆柱形设备,大约两米高,直径一米五,表面布满了各种接口、观察窗和仪表。
“这就是我们自行设计的真空镀膜机。”周工拍拍金属外壳,“核心部件是这台电子枪,从民主德国进口的,能产生高能电子束,轰击金靶材,使其蒸发,沉积在基片表面。”
他指着设备侧面一个透明的观察窗:“基片放在这个行星旋转夹具上,公转加自转,保证镀层均匀。整个腔体能抽到10^-4帕的真空度,避免空气分子干扰镀膜过程。”
胡教授补充道:“最难的不是把金镀上去,而是镀得均匀。卫星天线是抛物面,不同位置的曲率不同,离蒸发源的距离不同,镀层容易厚薄不均。我们研究了大半年,试了二十多种旋转轨迹,才找到最优的那一组参数。”
“控制部分呢?”吴国华问,“如何实时监测膜厚?”
周工走到旁边的控制台前,那是一个用旧课桌改造的操作台,上面密密麻麻布满了旋钮、开关、仪表,还有两个圆形的示波器屏幕。
“我们自己搭了一套光学干涉膜厚监测系统。”他指着其中一个示波器,屏幕上是一条起伏的曲线,“用一束氦氖激光打在基片上,测量反射光的干涉条纹变化。每镀一层,干涉条纹就会移动一个周期,我们计数周期数,就能反推出膜厚,精度能达到纳米级。”
钱兰凑近仔细观察:“这套系统,对环境的震动、温度波动敏感吗?”
“非常敏感。”周工苦笑,“所以我们给整个控制台做了隔震基础,下面铺了橡胶垫和弹簧。车间空调是二十四小时恒温恒湿,温度控制在22±0.5摄氏度,湿度50%±5%。就这,有时候外面过重型卡车,或者刮大风,数据还会跳。”
这套系统的原理是先进的,但实现方式还很土法,依赖手工调试和经验。
不过,这正是中国工业当下的真实写照,用有限的资源,做无限接近极限的事。
“周工,”吕辰问,“如果我们要镀的不是抛物面,而是平面的硅片,尺寸更大,比如直径150毫米,均匀性要求±0.05微米,能做到吗?”
周工和胡教授对视一眼。
“理论上可以,”胡教授谨慎地说,“但需要重新设计夹具和旋转轨迹,优化蒸发源的分布。最关键的是,监测系统要升级。现在的系统是单点测量,如果要保证整片硅片的均匀性,可能需要多点测量,甚至扫描测量。”
“而且真空腔体要扩大。”周工补充,“150毫米的硅片,加上夹具和旋转空间,现有的腔体装不下。要重新设计制造,这需要时间和经费。”
吕辰点点头,他理解这种制约,但更看到了可能性。
这个实验室已经掌握了微米级薄膜沉积的核心技术,缺的是系统化和工程化。
随后,在周工和胡教授的带领下,他们又参观了有色金属厂自行研制的亚微米级定位工作台,台面下有一套液压伺服系统,能实现X、Y、Z三轴运动,定位精度理论值0.1微米。但受限于电机与模拟控制,精度还差点意思,周工表示,如果用上红星所的脉冲电机和数字控制系统,性能至少能提升一个数量级。
最后,他们来到材料提纯车间,参观真空感应熔炼炉。
这是提炼超高纯稀有金属的设备,主要产品是钽、铌、钨等用于电子管和特种合金。
纯度99.9%的粗金属,通过真空熔炼,挥发掉低沸点杂质,再经过区域熔炼,进一步提纯,最高能做到99.999%的纯度。
纯度检测是取样做光谱分析,通过设备只能测到四个九,更高的纯度主要凭经验,看熔炼时金属液面的光泽,看凝固后的晶粒大小和颜色来分辨。
吕辰认为,如果能把兰州大学的放射性同位素示踪技术用在这里,就能直观地看到杂质在熔炼过程中是如何分布、如何被去除的,从而优化工艺参数,把经验变成科学。
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