中国单晶硅原本落后欧美50年!幸亏有他:我们仅用4年就完成反超( 二 )


看着沉默的梁骏吾 , 林所长已经猜到了他的担忧 , 随即用温和的语气和他说到:
“小梁 , 如今我们国家在半导体领域落后甚多 , 我们国家现的科研条件也不好 , 想要追上欧美强国难度很大 , 这些我都知道 , 但也请不要低估了自己的潜力 , 只要你心中有那股不服输的劲头在 , 即便是再大的困难也阻挡不住你的!”
看着主任信任的眼光 , 梁骏吾心中了然 , 国家需要自己 , 就是再难也得上!想明白了这一节 , 他深吸一口气 , 斩钉截铁地回答:
“感谢您的信任 , 我一定倾尽我的所能 , 在最短的时间内突破咱们中国人自己的单晶硅生产工艺!”
那个年代的先辈们 , 身上都有一种浓浓的家国情怀 , 那是一种为了国家利益不惜牺牲一切的劲头 , 我们的梁骏吾院士也不例外 , 他曾经写过这样一段话:
“无疑 , 对科学的探索是艰苦的 , 然而科学的成果却会带来全人类的喜悦 。 为祖国的富强而探索 , 我深感责任重大 , 为科学而奉献 , 那是我们的无上荣光!”

梁骏吾院士手笔
梁院士说到做到 , 从此他和课题组成员们一起 , 踏上了生产单晶硅技术的漫漫科研攻关路 。
说到这里 , 咱们有必要简单介绍下单晶硅 , 制造单晶硅的原料很常见 , 就是随处可见的沙子(SiO2) , 不过沙子中虽然含有硅(Si)元素 , 但更多的是没用的杂质 , 为了保证制取的硅具有较高的电阻率 , 就需要扫除其中的杂质 , 从而得到纯度较高的硅单晶 , 这就是单晶硅制备技术的工艺原理 。
提纯单晶硅的办法有两种:直拉法和区熔法 , 其中直拉法就是本文开头所说切?克劳斯基发明的工艺 , 直拉法制取单晶硅方法简单、运行稳定、投资少 , 但其制备的单晶硅纯度比较低 , 而要想制备纯度更高的单晶硅 , 就必须得用第二种办法:区熔法 。
区熔法制备单晶硅的原理 , 是利用热能在纯度较低的棒料一端产生一熔区 , 再熔接单晶籽晶 , 然后再调节温度使熔区缓慢地向棒的另一端移动 , 当熔区通过整根棒料后就会生长成一根与籽晶晶向相同的单晶!
在上世纪60年代 , 区熔法制备单晶硅可是一项实打实的前沿科技 , 由于单晶硅极易受到外物污染 , 因此在熔融的过程中必须要使其保持不予任何物体接触的悬浮状态 , 再加上如此高温对区熔炉材料要求极高 , 因此 , 区熔法虽然能制得高纯度单晶硅 , 但设备寿命就成了制约该法大规模应用的瓶颈问题 , 毕竟用不了几次就报废的设备 , 再有钱的主也早晚被折腾垮了 。
国际上如此 , 国内就更别提了 , 在上世纪60年代我国半导体行业 , “区熔”简直就是禁区般的存在 , 如果一个中国科学家胆敢宣称自己要搞区熔法制备单晶硅 , 那么一定会受到所有人的质疑:
“中国人 , 这辈子甭想搞成区熔法!”

先进半导体材料 , 中国人不能落后!
但梁骏吾是艺高人胆大 , 作为留学专攻半导体行业的尖子生 , 他怎不知道区熔法的前沿性?但欧美强国都在搞 , 如果我们还把主要精力放在相对落后的直拉法工艺中 , 那么注定永远也无法追上来 。
梁骏吾团队的技术攻坚战正式于1961年初打响 , 那个年代不论是生活物资还是科研设施 , 条件都非常差 , 当时所里面为了给他们提供最好的物资保障 , 专门翻修了实验室 , 但梁骏吾团队等不及实验室修好了 , 他们就在寒冷的冬天 , 挤在一间没有暖气的平房里工作 , 为了取暖 , 大家只能在上班路上顺手捡生火炉的柴火 , 但就是在这样的环境中 , 这群年轻人没一个叫苦叫累 。
1964年 , 团队辛苦的付出总算有了回报 , 在无数次实验失败后 , 梁骏吾和他的课题组成员们终于发现了导致区熔炉寿命缩短的关键问题所在 , 并根据问题对症下药 , 创造性的提出了一种高频感应加热主回路的方案 , 试图解决这个困扰半导体行业向前一步的关键技术问题 。
“大家注意 , 现在点火!”按照团队自主方案设计的区熔炉制造好后 , 大家迫不及待地进行了正常工况验证 , 只听梁骏吾一声令下 , 这台由中国人制造的区熔炉开始运转起来 。
“1小时到 , 运行状态完好!”
“2小时到 , 运行状态完好!”
......
时间一分一秒的过去了 , 这台区熔炉还在稳稳的运行着 , 但梁骏吾却把心提到了嗓子眼 , 双眼紧盯着仪表盘 , 恨不得连眨都不眨一下 , 因为以前的炉子在刚开始运行时也能撑住 , 但用不了几个小时 , 就会因为极端运行环境导致故障 , 所以越往后 , 梁骏吾越紧张 。

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