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。
本章未完,请翻下一页继续阅读.........