五十年代女材料学家 第68章 6个9

共和国第一根自力更生拉制出的区熔单晶硅棒，如同一个蹒跚学步的婴孩，虽然满身瑕疵，却宣告了一个全新生命的诞生。

它被小心翼翼地切割、抛光、腐蚀，置于简陋却洁净的检测台下，接受最严苛的审视。

数据是冰冷而无情的。电阻率不均匀，位错密度高达每平方厘米10的6次方，少数载流子寿命短暂得可怜……与国外报道的先进水平相差数个数量级。

实验室里，兴奋的余温尚未完全散去，沉重的现实已如秋霜般降下，让每一个参与其中的人心头都蒙上了一层阴影。

“没关系！”向真的声音打破了沉寂，清亮而坚定，如同刺破阴霾的阳光，“第一步能拉出来，就是最大的胜利！现在，我们要做的就是当好医生，给它诊断、治病，让它长得更壮实、更完美！”

她立刻组织全员复盘，将第一次拉晶的全过程数据贴在墙上，一点一点地抠细节，不放过任何一丝疑点。

加热功率的曲线波动、保护气体流量的微小变化、引晶转速的匹配、甚至那套临时救场的辅助磁场强度与稳定性……都成了反复争论和计算的焦点。

林翰民戴着老花镜，伏案疾书，密密麻麻的公式铺满了草稿纸，试图从固体物理和热动力学的角度解释熔区涡流的产生机理及磁场的镇流效果。

何沁带着检测组的年轻人，对那根“百病缠身”的硅棒进行了地毯式扫描，绘制出缺陷分布图。

王世钧则领着工人师傅们，围着那台“争气”又“不争气”的单晶炉打转，拧紧每一个可能漏气的阀门，校准每一个温度测点。

陆向真穿梭其间，时而与林翰民激烈讨论热场模型的边界条件，时而俯身查看何沁手中的检测报告，时而又蹲在王世钧旁边，对某个管道的走向提出改进意见。

她的思维跳跃而精准，总能抓住问题的核心，将看似不相干的细节串联起来。

沈屹偶尔会在下班后过来，静静地站在实验室门口，看着里面灯火通明、热火朝天的景象。他不打扰，只是目光始终追随着那个清瘦却仿佛蕴含着无穷能量的身影。看到她因专注而微蹙的眉头，因灵光一现而发亮的眼睛，因疲惫而悄悄按一下胃部的小动作……他的心头便像是被什么东西填得满满的，又酸又软。他会默默地去食堂打好饭菜，放在她办公室的暖气片上温着，留下一张字条：“记得吃饭。——屹。”

经过近一个月的反复模拟计算、小规模试验和设备改进，第二次全流程拉晶试验再次启动。

这一次，准备更为充分。

林翰民计算出的优化热场参数被输入控制系统，王世钧团队改进了石墨加热器的结构和材质，提高了热场均匀性；何沁优化了高纯氩气的纯化流程和流量控制；陆向真则综合各方意见，制定了一套更为精细、分段控制的拉晶工艺曲线。

气氛依旧紧张，但多了几分沉稳。

炉火再次燃起，硅料在高温下熔化，形成晶莹剔透的熔潭。引晶、缩颈、放肩、等径生长……每一步都如履薄冰，操作人员全神贯注，严格执行着指令。

陆向真站在主控位，目光紧盯着观察窗和仪表盘，不时发出细微的调整命令。她的额头渗出汗珠，但眼神沉静。

过程仍有波折，熔区稳定性问题依然偶有发生，但在优化后的磁场辅助和更精准的控制下，总算没有出现灾难性的崩溃。

当长长的硅棒终于在炉腔中缓缓冷却，呈现出一种略显黯淡的金属灰色时，所有人都长长地舒了一口气。

检测结果很快出来：位错密度降低了一个数量级，电阻率均匀性有所改善，但距离“可用”的标准，仍有巨大差距。

“还是不行……”一个年轻的研究员看着数据，忍不住沮丧地低语。

“怎么不行？”向真拿起那片经过初步抛光的硅片，对着光仔细看着，“比上一次好多了！看到了吗？晶格的整体性更好了！缺陷虽然在，但没有形成大规模的聚集！这就是进步！”

她放下硅片，目光扫过众人，语气铿锵：“科学研究，从来都不是一蹴而就！它就是一个不断试错、不断修正、无限逼近真理的过程！每一次失败，每一次不完美，都是在为我们最终的成功积累经验、排除错误！大家不要气馁，总结这次的经验，我们再来！”

她的话语再次点燃了团队的斗志。是的，进步虽然微小，但确确实实存在。

此后的日子，研究所仿佛进入了一个循环：拉晶——检测——分析——改进——再拉晶。失败是主旋律，成功只是偶尔奏响的微弱音符。经费在燃烧，时间在流逝，压力与日俱增。

外界并非没有杂音。一些原本就不看好自主研制路线的声音开始放大，质疑耗费如此巨大的人力物力去攻克一个“洋人已经搞得很成熟”的东西是否值得。

这些风言风语偶尔也会传到研究所。向真对此嗤之以鼻，一概不理。

她的全部心思都系在那小小的硅片上。但沈屹却在更高的层面，默默地为她抵挡着这些暗箭。

他用那次成功预警二手设备陷阱的实例，据理力争，强调核心材料技术自主可控的战略意义，为研究所争取到了继续前行的宝贵空间和时间。

转机发生在一次看似偶然的发现上。

一次拉晶试验后，负责清洗硅棒的助手不小心将一片待测的硅片滑落，掉进了旁边一个盛有少量稀硝酸的塑料槽中。他慌忙捞起，以为这片昂贵的样品报废了，吓得脸色发白。

然而，当这片硅片被送到何沁那里进行例行检测时，却意外发现其表面异常光滑，某些微观层面的划痕似乎变浅了！

何沁敏锐地抓住了这个异常，立刻向向真汇报。陆向真和林翰民听后，立刻意识到这绝非偶然。他们马上组织重复实验，系统研究不同浓度、不同配比的化学腐蚀液对硅片表面缺陷的修饰作用。

经过大量实验，他们发现，某种特定比例的酸液组合，能够选择性地腐蚀掉硅表面因机械加工应力造成的微损伤层和某些晶格畸变区域，从而显著降低表面缺陷密度，暴露出更完整的晶格结构，甚至对后续的热氧化处理和质量提升都有意想不到的益处！

“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。