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第402章 硅与锗的提纯

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   加热线圈回到起点,重新融化出一个狭窄的区域,再次开始缓慢的平移。
    十次、二十次、三十次。
    在实验室不眠不休的运转中。感应线圈在锗锭上反复扫过了整整四十次。
    每一次扫描,都会将微量的杂质进一步向右侧驱赶。
    当第四十次扫描结束后。
    刘峰戴上隔热手套,打开石英管的密封盖,抽出了那个石墨舟。
    经过四十次重熔和结晶的锗锭,其物理形态发生了一些明显的变化。
    它的左端和中段,呈现出一种极其明亮、结构致密的银色金属光泽。而它的最右端,大约五厘米长的一小段,颜色却变得暗淡且布满了杂质的斑点。
    这最右端的五厘米,集中了整根锗锭中几乎所有的杂质原子。
    “拿金刚石切割机来。”
    刘峰毫不犹豫地下令。
    高速旋转的金刚石锯片喷洒着冷却液,将锗锭最右端那含有高浓度杂质的部分切下,直接扔进了废料桶。
    剩下的那根锗锭,被送入了最高级别的光谱分析仪中进行纯度检测。
    几个小时后。
    检测员拿着报告单,双手因为激动而剧烈颤抖,快步走到刘峰面前。
    “刘主管……结果出来了。”
    “纯度九个九。杂质浓度,低于百亿分之一。”
    刘峰长长地吐出一口气,摘下防护眼镜。
    在物理学和材料学的极限拉扯下。大西北的工程师们,用最粗暴的火力发电厂粉煤灰,结合最精密的电磁感应和热力学偏析定律,生生炼出了当时地球上最纯净的物质。
    但这依然只是半导体的原料。要让它变成晶体管,还需要在微观层面上对其进行结构的重塑和极其精确的掺杂。
    西京物理研究院,超净实验室。
    这里是大西北向微观世界进军的前沿阵地。
    人类的肉眼无法看到灰尘的破坏力。但在半导体制造中,一颗直径只有几微米的灰尘如果落在晶体表面,就足以导致晶格缺陷,让电子的跃迁发生短路,整个元件直接报废。
    材料化学家林思媛博士,正准备进入这间全西北防尘级别最高的实验室。
    她必须遵守极其严苛的隔离程序。
    在更衣室里,林思媛脱去所有的外套。穿上了一套由致密尼龙纤维缝制的全封闭白色连体防尘服。戴上无尘帽,将所有的头发包裹进去,只露出一双眼睛。戴上两层医用乳胶手套,脚上穿上防静电的无尘靴。
    推开第一道气密门,她进入了一个被称为风淋室的狭小空间。
    四周的喷嘴喷射出每秒二十五米的高速洁净空气,强劲的气流将她防护服表面附着的任何微小尘埃吹落。脚下踩着具有强粘性的防尘地垫。
    三十秒后,第二道气密门打开。林思媛终于进入了超净实验室的核心操作区。
    这里的空气经过了高效微粒空气过滤器的层层过滤。空气中的悬浮颗粒物数量被控制在了一个近乎真空的物理极值。
    操作台上,放置着几片经过单晶拉制和金刚石切割的锗晶片。它们只有指甲盖大小,厚度不到一毫米。
    尽管经过了区域熔炼,但金刚石切割的机械应力,在锗晶片的表面留下了一层厚约几十微米的物理损伤层。这一层晶格扭曲的表面,必须被彻底去除。
    林思媛走到一台带有强力排风系统的化学通风橱前。
    接下来的化学腐蚀作业,极度危险。
    她需要使用的是氢氟酸与硝酸的混合溶液,被称为CP4腐蚀液。
    氢氟酸,是自然界中最可怕的无机酸之一。它的腐蚀性极强,甚至能够直接溶解玻璃。因此,操作台上的所有容器,不能有一丝玻璃制品,全部采用特氟龙塑料制造。
    更为致命的是氢氟酸对人体的物理伤害。如果不慎滴在皮肤上,它不会像硫酸那样立刻产生剧痛和烧焦的痕迹。氟离子会无声无息地穿透表皮细胞,直达骨骼。它会与骨骼中的钙离子发生剧烈的化学反应,生成氟化钙。在这个过程中,钙质被大量抽离,引发极度痛苦的骨骼坏死和全身性的低血钙抽搐,甚至导致心搏骤停。
    林思媛的眼神专注而冷酷。她深知自己手里拿着的是怎样的化学恶魔。
    她用特氟龙镊子,夹起一片锗晶片。
    缓慢而平稳地,将晶片浸入装满CP4混合液的特氟龙烧杯中。
    剧烈的化学反应瞬间发生。
    硝酸作为强氧化剂,将锗晶片表面的损伤层氧化成二氧化锗。紧接着,氢氟酸发挥作用,与二氧化锗反应生成可溶于水的氟锗酸络合物。
    晶片表面冒出细小的气泡,原本因为切割而显得粗糙暗淡的表面,在强酸的吞噬下,以每分钟几微米的速度被剥离。
    十五秒。
    林思媛在心里默念着秒数。腐蚀的时间必须精确控制。时间太短,损伤层去不掉;时间太长,晶片会被彻底溶解。
    “时间到。”
    她用镊子将晶片迅速夹出,立刻放入旁边装满高纯度去离子水的超声波清洗槽中,彻底洗去表面残留的酸液。
    经过酸洗后的锗晶片,展现出了一种完美的、没有任何晶格缺陷的镜面光泽。
    这块晶片,随后被送入了真空扩散炉。在高温下,极微量的特定杂质被作为气体源通入炉内。杂质原子在热运动的驱动下,缓慢地扩散进入锗晶片的表层晶格中,完成了N型或P型半导体的物理转变。
    所有的前置材料准备完毕。
    在超净实验室的一台高倍立体显微镜下。一场决定人类信息时代走向的微观装配正在进行。
    赵广陵亲自坐在显微镜前。
    他的面前,是一个特制的微型机械夹具。
    夹具的底座上,固定着一块经过掺杂处理的N型锗单晶基片。
    而在夹具的上方,是两根细如发丝的金丝。
    这就是世界上第一个点接触型晶体管的组装。
    赵广陵的双手通过高精度的微调螺旋,缓慢地控制着两根金丝下降。
    在显微镜放大了上百倍的视野中。
    两根金丝的尖端,缓缓逼近锗晶片的表面。
    物理距离在微米级别被压缩。
    当金丝的尖端与晶片表面接触的瞬间。
    赵广陵停止了移动。此时,这两根金丝,它们在晶片表面的接触点之间的物理距离,只有不到五十微米。
    “接通成型电压。”赵广陵下达指令。
    助理合上开关。一股短暂的高压大电流脉冲通过两根金丝注入锗晶片。
    在接触点极小的微观区域内,电流产生了瞬间的高温。金丝中的镓原子在这个瞬间熔入了锗晶格中,在N型锗基片的表面,形成了两个极其微小的P型半导体区域。
    这样,一个由P-N-P结构组成的微观电子阀门,被硬生生地焊死了。
    赵广陵深吸了一口气,感觉手心里全是汗水。
    “接入测试电路。”
    助理将一根微弱的低频音频交流电信号线,连接到发射极上。将一个电池电源连接到集电极上。最后,将一台示波器的探头接入输出端。
    “开启电源。”
    赵广陵死死地盯着示波器的屏幕。
    如果这块锗晶片仅仅是一个电阻,那么输出端的波形将毫无变化,甚至会衰减。
    但如果量子力学关于半导体能带的理论是正确的。
    当发射极的正向电压将空穴注入N型基区后,这些空穴会在晶格中扩散,并被集电极的强负电压迅速收集。在这个过程中,微小的输入电流变化,将引发集电极输出电流的巨大改变。
    “嗡——”测试电路通电。
    示波器屏幕上,原本平缓的绿色扫描线,突然出现了剧烈的跳动。
    输入端那微弱的低频正弦波信号,在通过这块没有玻璃、没有真空、体积只有米粒大小的固体晶片后。
    在输出端的屏幕上,被放大成了一个振幅极高、波形完美的巨大正弦波。
    放大倍数:四十倍。
    实验室里鸦雀无声。
    赵广陵抬起头,离开了显微镜的目镜。他的眼睛有些发红。
    没有炙热发红的钨丝,没有需要不断抽气的真空玻璃管,也没有庞大的冷却水管。
    仅仅是在一块金属的晶格中,利用原子的排列和电子的跃迁。大西北实现了对电信号的纯物理放大。
    晶体管,诞生了。
    这颗小小的锗晶体,其蕴含的战略破坏力,远远超过了千万吨当量的核爆。
    因为它意味着,那重达三十吨的昆仑一号计算机,将被压缩到一个手提箱的大小。意味着喷气式战斗机将装上能够穿透云层的雷达大脑;意味着在大气层边缘飞行的导弹,将拥有自动追踪目标的物理神经。
    人类控制能量的维度,在这一刻,正式从宏观的机械齿轮与化学燃烧,深入到了微观的原子晶格之中。大西北,率先推开了这扇通往信息时代的大门。
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