他用那次成功预警二手设备陷阱的实例,据理力争,强调核心材料技术自主可控的战略意义,为研究所争取到了继续前行的宝贵空间和时间。
转机发生在一次看似偶然的发现上。
一次拉晶试验后,负责清洗硅棒的助手不小心将一片待测的硅片滑落,掉进了旁边一个盛有少量稀硝酸的塑料槽中。他慌忙捞起,以为这片昂贵的样品报废了,吓得脸色发白。
然而,当这片硅片被送到何沁那里进行例行检测时,却意外发现其表面异常光滑,某些微观层面的划痕似乎变浅了!
何沁敏锐地抓住了这个异常,立刻向向真汇报。陆向真和林翰民听后,立刻意识到这绝非偶然。他们马上组织重复实验,系统研究不同浓度、不同配比的化学腐蚀液对硅片表面缺陷的修饰作用。
经过大量实验,他们发现,某种特定比例的酸液组合,能够选择性地腐蚀掉硅表面因机械加工应力造成的微损伤层和某些晶格畸变区域,从而显著降低表面缺陷密度,暴露出更完整的晶格结构,甚至对后续的热氧化处理和质量提升都有意想不到的益处!
“化学机械抛光CMP的雏形!”陆向真激动地对林翰民说,“虽然还很粗糙,但原理是相通的!我们完全可以利用这个原理,开发我们自己的表面处理工艺!”
这个意外的发现,如同在黑暗的隧道中凿开了一丝缝隙,透进了光亮。它虽然不能解决晶体内部所有的本征缺陷,却极大地改善了硅片的“表面质量”,为后续制造器件提供了一个更完美的“衬底”。
团队士气大振。
在此基础上,他们继续深挖。
林翰民带领理论组加紧建立更完善的晶体生长模型;陆向真和王世钧团队则对单晶炉进行了又一次大刀阔斧的改进,特别是优化了磁场发生装置,使其能提供更稳定、更均匀的轴向磁场;何沁的检测手段也愈发精细,能更快更准确地反馈工艺效果。
功夫不负有心人。
当第六十七炉硅棒被缓缓拉出时,所有参与者的心中都隐隐有了一种预感。
那根硅棒呈现出一种均匀一致的灰黑色,表面光洁度肉眼可见地提高了。经过漫长的冷却、取出、切割、抛光以及那套新开发的“表面处理”后,最终的硅片在检测灯下,反射出一种纯净、均匀、略带金属光泽的质感。
检测数据出来的那一刻,整个实验室鸦雀无声,随即爆发出震耳欲聋的欢呼声!
位错密度:<100/c!
电阻率均匀性:偏差<5%!
少数载流子寿命:大幅提升!
关键电学参数,首次全面达到了设计指标!虽然距离国际最顶尖水平仍有差距,但这意味着,他们拉制出了第一根真正“可用”的、具备实用价值的区熔单晶硅棒!
“成功了!我们成功了!”年轻人激动地跳起来,互相拥抱,有人甚至喜极而泣。王世钧这个硬汉子也红了眼眶,用力捶打着墙壁。何沁拿着检测报告,手微微颤抖,脸上是难以置信的喜悦。
林翰民长长地舒了一口气,摘掉眼镜,揉了揉发酸的眼睛,嘴角露出了欣慰的笑容。
向真站在人群中央,看着那一张张洋溢着激动和自豪的年轻面孔,看着那根凝聚了无数心血的硅棒,眼眶微微发热。
她接过何沁手中的报告,仔仔细细地看着上面的每一个数据,仿佛要将它们刻进心里。
良久,她抬起头,声音因激动而略带沙哑,却清晰无比地传到每个人耳中:“同志们,这是我们迈向自力更生的第一步,坚实的一步!但这不是终点,而是新的起点!我们要用它,造出我们中国人自己的高质量半导体器件!”
这标志性的突破,极大地鼓舞了士气,也证明了自主研制路线的可行性。上级部门发来了贺电,并拨付了更多资源。研究所的工作重心,开始从单纯的晶体生长,向更上游的“高纯多晶硅原料制备”和更下游的“器件工艺验证”延伸。
高纯多晶硅是拉制单晶硅的基础原料,其纯度直接决定了单晶硅的质量上限。
当时国内能提供的工业硅粉纯度远远不够,严重依赖进口且价格高昂,还时有时无。
“必须把源头掌握在自己手里!”向真在会议上斩钉截铁地说,“我们不能让人卡着脖子搞研究!”
攻克高纯多晶硅的任务,主要落在了王世钧和一批新分配来的化工专业大学生肩上。
工艺流程极其复杂:首先要将工业硅粉氯化生成粗三氯氢硅,然后经过一系列精密的多级精馏提纯,去除硼、磷、碳等关键杂质,最后在高温还原炉内,用高纯氢气还原得到高纯多晶硅棒。
每一个环节都充满了挑战。氯化过程剧烈且产生腐蚀性气体;精馏塔的设计、填料和控温要求极高,对硼、磷等杂质的分馏系数必须计算得极其精确;还原炉更是核心