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。
本章未完,请翻下一页继续阅读.........