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第428章 从锗到硅的跨越(2/5)

此时,单向导电性彻底崩溃,晶体管不再是一个可以控制的开关或放大器,而变成了一块毫无阻力的纯导体。

电流失去控制,最终导致元件因过热而烧毁。”

“只要我们还在使用锗,我们的雷达就不能装进超音速飞机,我们的导弹在重返大气层时就会变成瞎子。

甚至我们的昆仑二号超算,在冬天也必须开着大功率的制冷空调来防止它自己烧掉。”

赵广陵放下粉笔,转身看向在场的材料学家和化学家们。

“我们必须寻找一种禁带宽度更大、能够在高温下死死锁住本征载流子的新材料。”

赵广陵的目光落在了一张元素周期表上,指尖指向了锗元素正上方的位置。

“第十四号元素。

硅。”

“硅的禁带宽度是一点一二电子伏特,几乎是锗的两倍。

数学模型显示,硅晶体管能够承受两百摄氏度以上的高温而不发生热失控。

它在地球地壳中的丰度排名第二,仅次于氧。

可以说,我们脚下的沙子和石头里,到处都是硅。”

“但大自然是公平的。

硅虽然多,但它比锗更难驾驭。”

赵广陵列出了转向硅基材料面临的三道鸿沟。

“第一,熔点高。

锗在九百三十八度就会融化,而硅的熔点高达一千四百一十四度。

在这个温度下,硅熔体具有极强的化学活性,它会像强酸一样溶解掉绝大多数已知的耐火材料坩埚,从而引入致命的杂质。”

“第二,提纯难。

我们用区域熔炼法把锗提纯到了百亿分之一。

但硅的表面张力和液态密度特性,导致区域熔炼在硅身上效果极差,熔区容易断裂崩塌。

我们必须寻找新的单晶生长方法。”

“第三,加工难。

硅的硬度远高于锗,且极度脆硬,金刚石切割时容易产生微观裂纹。

而它表面在空气中极易形成一层致密的二氧化硅绝缘层,这会阻碍后续的杂质掺杂扩散。”

从锗到硅的跨越,不是简单的材料替换,而是一场要求大西北整个冶金、化工和精密机械体系进行全面升维的工业长征。

任务下达,大西北的微观机器开始全速运转。

第一关:寻找能够装下液态硅的容器。

高纯度硅的熔炼不能使用金属坩埚,那会直接将铁、镍等金属原子污染进去。

普通的氧化铝陶瓷在高温硅液面前也会发生反应。

西京特种玻璃厂和硅酸盐研究所接到了死命令:制造高纯度石英坩埚。

原料不是普通的石英砂,而是从特定矿区开采的水晶原矿。

工人们在全封闭的防尘车间内,将水晶块进行反复的酸洗、水洗去离子化,去除表面的碱金属离子。

随后破碎成微米级的粉末。

在电弧熔炼炉中,利用碳电极产生的数千度高温电弧,在真空环境下将石英粉末融化。

此时,石英呈现出极其粘稠的玻璃态。

利用旋转的石墨模具,在离心力的作用下,将液态石英甩向模具内壁,成型为碗状的坩埚。

但这种坩埚内部含有大量微小的气泡。

在拉制单晶时,气泡破裂会扰乱硅液的流场。
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