致密的二氧化硅绝缘层,这会阻碍后续的杂质掺杂扩散。”
从锗到硅的跨越,不是简单的材料替换,而是一场要求大西北整个冶金、化工和精密机械体系进行全面升维的工业长征。
任务下达,大西北的微观机器开始全速运转。
第一关:寻找能够装下液态硅的容器。
高纯度硅的熔炼不能使用金属坩埚,那会直接将铁、镍等金属原子污染进去。普通的氧化铝陶瓷在高温硅液面前也会发生反应。
西京特种玻璃厂和硅酸盐研究所接到了死命令:制造高纯度石英坩埚。
原料不是普通的石英砂,而是从特定矿区开采的水晶原矿。
工人们在全封闭的防尘车间内,将水晶块进行反复的酸洗、水洗去离子化,去除表面的碱金属离子。随后破碎成微米级的粉末。
在电弧熔炼炉中,利用碳电极产生的数千度高温电弧,在真空环境下将石英粉末融化。 此时,石英呈现出极其粘稠的玻璃态。利用旋转的石墨模具,在离心力的作用下,将液态石英甩向模具内壁,成型为碗状的坩埚。
但这种坩埚内部含有大量微小的气泡。在拉制单晶时,气泡破裂会扰乱硅液的流场。 工程师们采用了真空脱气技术。在坩埚成型的高温阶段,强行抽出内部气体,使其变成透明、无气泡的透明石英玻璃坩埚。 其内部杂质浓度被严格控制在百万分之几级别。
即使是高纯度石英,在接触到一千四百度的高温硅液时,依然会发生微弱的反应,导致少量的氧原子进入硅液中。但这是在当时的材料科学下,唯一能够勉强维持平衡的妥协方案。
既然水平方向的区域熔炼法对硅失效,物理学家们将目光转向了垂直方向的直拉法。
一九四八年十一月。西京第九特种半导体制造厂,直拉单晶车间。
车间内被一种类似于潜水艇内部的压抑感所笼罩。
中央矗立着一台高达三米的单晶炉。它由厚重的水冷不锈钢外壳封闭,内部是一个充满高纯度氩气的真空腔体。
腔体底部,放置着那个新造出来的透明石英坩埚。坩埚外侧环绕着石墨加热器。
操作员李刚穿着隔热服,戴着深色滤光眼镜,透过炉壁上的石英观察窗,盯着内部的反应。
“石墨加热器功率提升至五十千瓦。坩埚内高纯度多晶硅块开始熔化。”李刚对着通讯器汇报。
透过观察窗,可以看到石英坩埚内的硅块在高温下逐渐坍塌,最
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