“化学机械抛光CMP的雏形!”陆向真激动地对林翰民说,“虽然还很粗糙,但原理是相通的!我们完全可以利用这个原理,开发我们自己的表面处理工艺!”
这个意外的发现,如同在黑暗的隧道中凿开了一丝缝隙,透进了光亮。它虽然不能解决晶体内部所有的本征缺陷,却极大地改善了硅片的“表面质量”,为后续制造器件提供了一个更完美的“衬底”。
团队士气大振。
在此基础上,他们继续深挖。
林翰民带领理论组加紧建立更完善的晶体生长模型;陆向真和王世钧团队则对单晶炉进行了又一次大刀阔斧的改进,特别是优化了磁场发生装置,使其能提供更稳定、更均匀的轴向磁场;何沁的检测手段也愈发精细,能更快更准确地反馈工艺效果。
功夫不负有心人。
当第六十七炉硅棒被缓缓拉出时,所有参与者的心中都隐隐有了一种预感。
那根硅棒呈现出一种均匀一致的灰黑色,表面光洁度肉眼可见地提高了。经过漫长的冷却、取出、切割、抛光以及那套新开发的“表面处理”后,最终的硅片在检测灯下,反射出一种纯净、均匀、略带金属光泽的质感。
检测数据出来的那一刻,整个实验室鸦雀无声,随即爆发出震耳欲聋的欢呼声!
位错密度:<100/cm?!
电阻率均匀性:偏差<5%!
少数载流子寿命:大幅提升!
关键电学参数,首次全面达到了设计指标!虽然距离国际最顶尖水平仍有差距,但这意味着,他们拉制出了第一根真正“可用”的、具备实用价值的区熔单晶硅棒!
“成功了!我们成功了!”年轻人激动地跳起来,互相拥抱,有人甚至喜极而泣。王世钧这个硬汉子也红了眼眶,用力捶打着墙壁。何沁拿着检测报告,手微微颤抖,脸上是难以置信的喜悦。
林翰民长长地舒了一口气,摘掉眼镜,揉了揉发酸的眼睛,嘴角露出了欣慰的笑容。
向真站在人群中央,看着那一张张洋溢着激动和自豪的年轻面孔,看着那根凝聚了无数心血的硅棒,眼眶微微发热。
她接过何沁手中的报告,仔仔细细地看着上面的每一个数据,仿佛要将它们刻进心里。
良久,她抬起头,声音因激动而略带沙哑,却清晰无比地传到每个人耳中:“同志们,这是我们迈向自力更生的第一步,坚实的一步!但这不是终点,而是新的起点!我们要用它,造出我们中国人自己的高质量半导体器件!”
这标志性的突破,极大地鼓舞了士气,也证明了自主研制路线的可行性。上级部门发来了贺电,并拨付了更多资源。研究所的工作重心,开始从单纯的晶体生长,向更上游的“高纯多晶硅原料制备”和更下游的“器件工艺验证”延伸。
高纯多晶硅是拉制单晶硅的基础原料,其纯度直接决定了单晶硅的质量上限。
当时国内能提供的工业硅粉纯度远远不够,严重依赖进口且价格高昂,还时有时无。
“必须把源头掌握在自己手里!”向真在会议上斩钉截铁地说,“我们不能让人卡着脖子搞研究!”
攻克高纯多晶硅的任务,主要落在了王世钧和一批新分配来的化工专业大学生肩上。
工艺流程极其复杂:首先要将工业硅粉氯化生成粗三氯氢硅,然后经过一系列精密的多级精馏提纯,去除硼、磷、碳等关键杂质,最后在高温还原炉内,用高纯氢气还原得到高纯多晶硅棒。
每一个环节都充满了挑战。氯化过程剧烈且产生腐蚀性气体;精馏塔的设计、填料和控温要求极高,对硼、磷等杂质的分馏系数必须计算得极其精确;还原炉更是核心设备,涉及高温、高压、密封和材料耐腐蚀等诸多难题。
王世钧拿出了当年在西北搞锆合金管的劲头,带着一帮年轻人没日没夜地泡在实验室和临时搭建的中试车间里。
反应釜炸过,精馏塔堵过,还原炉因为密封问题漏过气……险情不断,挫折重重。
但没有人退缩。
陆向真为他们提供了最大的支持,协调资源,邀请化工厂的老师傅来会诊,甚至亲自上阵计算精馏塔的理论塔板数。沈屹则从规划层面,将高纯多晶硅的研制列入重点项目,优先保障特种钢材和稀缺化学试剂的供应。
经过一年多的艰苦攻关,经历了无数次爆炸、泄漏和失败后,一套能够稳定运行的小型闭合循环示范装置终于建成。
当第一炉银光闪闪、结构致密的高纯多晶硅棒在还原炉中成功沉积出来时,王世钧和团队成员们激动得说不出话来。
经检测,其纯度达到了惊人的99.9999%(6个9)以上,关键杂质含量显著低于进口产品!
消息传回研究所,再次引起轰动。
这意味着他们从根本上解决了“粮食”问题,不再受制于人!
与此同时,单晶硅的制备工艺也在持续优化。