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第428章 从锗到硅的跨越(3/5)

工程师们采用了真空脱气技术。

在坩埚成型的高温阶段,强行抽出内部气体,使其变成透明、无气泡的透明石英玻璃坩埚。

其内部杂质浓度被严格控制在百万分之几级别。

即使是高纯度石英,在接触到一千四百度的高温硅液时,依然会发生微弱的反应,导致少量的氧原子进入硅液中。

但这是在当时的材料科学下,唯一能够勉强维持平衡的妥协方案。

既然水平方向的区域熔炼法对硅失效,物理学家们将目光转向了垂直方向的直拉法。

一九四八年十一月。

西京第九特种半导体制造厂,直拉单晶车间。

车间内被一种类似于潜水艇内部的压抑感所笼罩。

中央矗立着一台高达三米的单晶炉。

它由厚重的水冷不锈钢外壳封闭,内部是一个充满高纯度氩气的真空腔体。

腔体底部,放置着那个新造出来的透明石英坩埚。

坩埚外侧环绕着石墨加热器。

操作员李刚穿着隔热服,戴着深色滤光眼镜,透过炉壁上的石英观察窗,盯着内部的反应。

“石墨加热器功率提升至五十千瓦。

坩埚内高纯度多晶硅块开始熔化。”李刚对着通讯器汇报。

透过观察窗,可以看到石英坩埚内的硅块在高温下逐渐坍塌,最终化为一汪闪烁着刺眼白光的液态硅熔池。

温度稳定在一千四百五十度左右。

“降下籽晶杆。”

在单晶炉的顶部,一根通过精密伺服电机控制的金属拉杆缓缓下降。

拉杆的末端,夹着一小块具有完美晶格取向的单晶硅籽晶。

这是生长的种子。

当籽晶的尖端刚刚接触到液态硅熔池的表面时。

相变在液固交界面瞬间发生。

在热力学平衡中,液态硅原子接触到温度稍低的籽晶,失去了热运动的动能。

它们没有杂乱无章地凝固,而是像士兵列队一样,严格按照籽晶原有的晶格排列方式,一层一层地在籽晶下方堆积、结晶。

“接触良好。

形成半月形弯月面。

开始提拉。”

李刚操作着控制台上的旋钮。

籽晶杆开始以每分钟几毫米的极度缓慢速度向上提拉,同时以每分钟几十转的速度进行旋转。

而在下方,装满硅液的石英坩埚则以相反的方向缓慢旋转。

随着籽晶的上升,硅液被拉出液面,在冷却区的氩气吹拂下凝固。

一根圆柱形的硅棒,像变魔术一样,从液态熔池中缓缓“长”了出来。

这个过程对温度梯度的控制要求苛刻到了变态的程度。

如果加热功率稍高一千瓦,刚刚结晶的硅棒底部就会重新融化掉回坩埚;如果功率稍低一千瓦,液态硅就会大面积结晶,将坩埚撑破。

李刚必须像走钢丝一样,时刻盯着液面的光晕变化,手动微调加热功率。

在提拉过程中,一个致命的干扰出现了。

由于石英坩埚壁面的温度高于中心,液态硅在坩埚内形成了强烈的马兰戈尼热对流。

高温硅液从边缘上升,流向中心,再下沉。
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