1982年深秋的清华园,银杏叶铺满了通往物理系的小径,踩上去沙沙作响。林建军提着一网兜苹果,站在“近代物理实验室”的红砖楼前,看着楼顶上“为祖国健康工作五十年”的标语,忍不住笑了——这话林卫国小时候听他念叨过无数次,如今真成了儿子实验室墙上的座右铭。
“爸!”林卫国从楼里跑出来,身上的蓝布工装沾着几点白色粉末,是实验用的石英砂。他比暑假时瘦了些,眼镜片后的眼睛却亮得惊人,拉着林建军的胳膊就往实验室里带,“快进来,我们刚做出纯度99.99%的多晶硅,正想给您报喜呢!”
实验室里弥漫着氢氟酸的刺鼻气味,几个穿着白大褂的学生围在一台硅片炉前,蓝色的火焰舔舐着石英管,里面正在进行硅材料的气相沉积。靠墙的柜子上摆着一排排贴着标签的样品瓶,最上面那瓶贴着“林卫国 10.25”的标签,瓶底的硅锭泛着金属的光泽。
“这是我们组的王教授,这是我爸,轧钢厂的技术主任。”林卫国忙着介绍,王教授是个头发花白的老者,握着林建军的手笑道:“早就听卫国提起您,说您手把手教他看机械图纸,这孩子的动手能力,在全系都是拔尖的。”
林建军看着儿子调试设备的侧脸,想起他小时候趴在轧钢厂车间的地上,看自己修机床的模样。时光过得真快,当年那个举着扳手都费劲的小家伙,现在已经能摆弄国内最先进的半导体设备了。
“王教授,孩子们辛苦。”林建军把苹果放在实验台的角落,“卫国说你们在攻关高纯度硅材料?”
“是啊,难啊。”王教授叹了口气,指着显微镜下的硅片,“国外能做到99.9999%,咱们现在最好的水平才99.99%,差两个数量级,就卡在这里了。没有高纯度硅,集成电路就是空谈,国家的半导体产业总不能一直靠进口。”
林卫国正在用镊子夹取硅片,闻言抬头道:“我们尝试改进提纯工艺,用三氯氢硅还原法,但总控制不好温度梯度,杂质含量降不下来。”他指着电脑屏幕上的曲线,“你看这杂质峰值,总是在10的负四次方徘徊。”
林建军凑过去看,屏幕上的杂质检测曲线像条倔强的尾巴,始终不肯落到合格线以下。他想起轧钢厂提炼特种钢时的经验——温度控制、气流速度、原料纯度,任何一个参数差一点,成品质量就会大打折扣。半导体硅的提纯,原理相通,只是精度要求更高,堪称“工业上的绣花活”。
就在这时,脑海里的系统提示音如期而至,比实验室的仪器蜂鸣声更清晰。
【叮!】
系统的声音带着晶体般的纯粹质感:【检测到“国家战略技术需求”,符合“科技报国”主线。】
【奖励“半导体硅材料提纯工艺指南(1982版)”:包含三氯氢硅还原法温度梯度优化参数、石英器皿预处理方案、杂质检测误差修正公式,附国产替代原料采购渠道。】
信息流瞬间涌入脑海,林建军眼前仿佛展开了一张精密的工艺流程图:三氯氢硅在1100c时的分解效率最高,但需配合每分钟5升的氢气流速;石英管必须用氢氟酸浸泡24小时,再经1200c焙烧,才能去除表面的钠杂质;甚至连检测时的探针压力,都标注着“0.5克力为最佳,避免硅片晶格损伤”。
最关键的是“杂质陷阱”解决方案——在提纯后期通入微量的硼元素,利用“掺杂补偿”原理,将剩余的磷杂质浓度降低两个数量级,这正是王教授团队苦苦摸索的突破口。
“卫国,你过来。”林建军拉着儿子走到角落,从口袋里掏出个笔记本,假装是早就准备好的,“我前阵子去中科院开会,听半导体所的老专家讲过几句,记了点东西,你看看有用没。”
他快速写下几个关键参数:还原炉温度1105±2c,氢气流速5.2L\/,硼掺杂浓度1.2x10^15 atos\/3。字迹潦草,却精准得像仪器打印出来的。
林卫国的眼睛越睁越大,手指在参数上点着:“爸,这温度比我们现在用的高5c,流速也快0.2……硼掺杂?我们试过磷补偿,没敢用硼啊!”
“老专家说,硅材料里的磷杂质多,用三族元素硼做补偿,效果比同族的磷好。”林建军故意说得含糊,“你们试试,控制好浓度,别弄成p型半导体了。”