在石墨发热体的中心,放置着一个由高纯度二氧化硅烧制而成的透明石英坩埚。
坩埚内,装填着经过多道化学酸洗和还原反应提纯得到的多晶硅碎块。
硅的熔点高达一千四百一十四摄氏度,远远高于锗的九百三十八度。
随着石墨发热体温度的攀升,石英坩埚发出刺眼的、接近恒星表面的亮白色光芒。
多晶硅碎块开始软化、坍塌,最终在坩埚底部融化成一池散发着耀眼光芒、粘稠的液态硅熔体。
赵广陵站在单晶炉的观察窗前。
为了防止高温热辐射烧伤视网膜,观察窗上镶嵌了厚厚的高密度墨色滤光玻璃。
他注视着内部的流体相变。
“液面温度稳定在一千四百二十摄氏度。
热场分布均匀。
开始下放籽晶。”
炉腔顶部,一根精密加工的不锈钢拉杆在伺服电机的驱动下缓慢下降。
拉杆的末端夹持着一小块经过精确定向、具有完美单晶晶格结构的硅籽晶。
籽晶的尖端精准地接触到液态硅的表面。
在表面张力和微小温度梯度的共同作用下,液态硅开始在籽晶周围形成一个微微凸起的弯月面。
“开启旋转。
籽晶转速每分钟十五转,坩埚反向转速每分钟十转。
拉速设定:每分钟一毫米。”
提拉过程正式开始。
籽晶带着附着其上的液态硅,在拉杆的牵引下缓慢向上移动。
液态硅在脱离高温熔池、进入上方温度较低的保温罩区域时,发生结晶凝固。
硅原子严格按照籽晶的晶格结构进行排列,一层一层地向上堆叠。
一根呈现出金属光泽的圆柱形硅单晶棒,开始从液面中被一点点地“拉”出来。
这是一个需要绝对静默和恒定参数的过程。
任何微小的温度波动、氩气流量的突然改变、甚至是车间外重型卡车驶过带来的微弱地表震动,都会导致固液界面的热力学失衡,使得晶体内部产生位错缺陷,或者直接从单晶退化成毫无用处的多晶。
时间一分一秒地流逝。
在拉制进行到第四个小时,单晶棒生长到直径五厘米、长度十厘米时,冲突毫无预兆地爆发了。
“液面出现不规则热对流波纹!
固液界面温度场失稳!”操作员看着监控仪表,大声汇报道。
赵广陵透过滤光玻璃看到,原本平滑如镜的单晶棒表面,突然出现了明显的棱角和网状的孪晶纹路。
这意味着硅原子的完美晶格排列已经被外来力量粗暴地破坏。
这根耗费了巨大能源和高纯度材料的晶体,废了。
“停机。
切断射频电源。
保持氩气循环直到完全冷却。
送光谱分析室。”赵广陵的语气中没有愤怒,只有面对客观规律时的冷静。
几个小时后,冷却的报废硅棒被送入材料分析室。
高转速的金刚石内圆切割机喷洒着去离子水,将硅棒切成了一片片厚度为一毫米的薄片。
随后,这些硅片被送入x射线衍射仪和红外光谱分析仪中。
数据很快被打印出来。
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