京城,中科院半導體研究所,西配樓。
這是一棟上世紀八十年代的老樓,紅磚牆上爬滿了爬山虎,走廊裡昏暗潮濕,空氣中瀰漫著一股發黴的書卷味和化學試劑的味道。
和江州那充滿未來感的“啟明”總部相比,這裏簡陋得像個鄉村中學。
林遠和顧盼站在一扇掉漆的木門前。門上貼著一張手寫的紙條:“實驗中,請勿打擾敲門者後果自負”。
“老闆,咱們是不是找錯地兒了?”顧盼小聲嘀咕,“這可是國家級研究所,怎麼跟個倉庫似的?”
“沒找錯。”林遠看著那張紙條,神色肅穆,“真正的高手,往往都在掃地僧待的地方。”
他輕輕敲了三下門。
沒反應。
又敲了三下。
“滾!”
門裏傳來一聲女人的怒吼,伴隨著玻璃杯摔碎的聲音。
林遠沒走,他推開了門。
屋裏亂得像個垃圾場。到處是堆積如山的論文、圖紙,還有吃剩的泡麵桶。
在房間中央的一台儀器前,坐著一個穿著白大褂的女人。她頭髮蓬亂,黑眼圈重得像熊貓,手裏拿著一把鑷子,正對著顯微鏡發獃。
她就是陸曼ProfessorLu。中科院最年輕的博導,也是半導體物理界公認的“瘋子”。
“我說了滾,聽不懂人話嗎?”陸曼頭也沒回,“經費沒了就是沒了!別再拿那些填表報銷的破事來煩我!”
“我不是來報銷的。”林遠開口,“我是來送錢的。”
陸曼轉過身,眯著眼睛打量了林遠一眼。
“你是誰?那個賣保健品的?”
“我是林遠,江南之芯的。”
“哦,那個造晶片的暴發戶。”陸曼冷笑一聲,轉過身繼續看顯微鏡,“沒興趣。你們搞的那套是工程,我搞的是科學。道不同。”
“我聽說,您想在矽片上種出量子點?”林遠沒生氣,直接切入正題,“但是,種了三年,全都死了。”
陸曼的手抖了一下。
這是她的痛處。
“關你屁事。”
“我有辦法讓它們活。”
陸曼猛地轉過身,死死盯著林遠。
“你知道為什麼會死嗎?”
“知道。”林遠走到黑板前這裏隻有黑板,拿起粉筆。
“因為腳不合鞋。”
林遠在黑板上畫了兩個方塊。
“下麵這個大的,是矽Silicon原子,它們排得很整齊,間距比較大。”
“上麵這個小的,是磷化銦InP,也就是能發光的量子點材料,它的原子排得很緊。”
“當你想把小的硬生生種在大的上麵時。”林遠畫了幾條歪歪扭扭的線。
“因為腳印晶格常數對不上,兩者之間就會打架,產生應力。”
“就像你非要讓一個穿35碼鞋的人,去穿45碼的鞋,還得跑百米衝刺。”
“結果隻有一個崴腳。”
“在微觀世界裏,這就是位錯Dislocation。”
“這些裂紋會像傷口一樣,不斷蔓延,最後把量子點撕碎。光還沒發出來,材料就先崩了。”
“我說得對嗎?”
陸曼看著黑板,眼神變了。她沒想到這個“暴發戶”竟然懂底層的晶體物理。
“你說得對。”陸曼嘆了口氣,從抽屜裡拿出一盒廢片。
“這就是屍體。”
“我試了無數種緩衝層,想給它們墊個鞋墊,但都失敗了。裂紋總是能穿透鞋墊,殺死上麵的花。”
“所裡已經停了我的經費。他們說這是違揹物理規律的,讓我去搞搞簡單的LED。”
“林先生,你憑什麼覺得你能行?”
林遠看著那盒廢片。
“因為我不信命。”
“陸教授,如果平地上種不活,那我們就在懸崖上種。”
“什麼意思?”陸曼皺眉。
“既然裂紋位錯一定會產生,那我們就不去消滅它。”
林遠在黑板上畫了一排深深的“溝”。
“我們利用它!”
“我們在矽片上,刻出一排排深坑。坑的兩邊是直上直下的牆壁。”
“然後,我們在坑底開始種量子點。”
“裂紋會產生,會向上生長。”
“但是!”林遠加重了語氣,“當裂紋撞到兩邊的牆壁時,它就會停住!”
“這叫缺陷捕獲。”
“就像我們把垃圾掃進地縫裏一樣。”
“隻要坑夠深,牆夠直,所有的傷口都會被鎖在坑底。”
“而長出坑口的這一部分材料,”林遠畫了一個冒出頭的蘑菇,“就是完美無瑕的!”
“我們就在這上麵,做鐳射器!”
陸曼盯著那個圖,眼睛越瞪越大。
這是一種極其巧妙的幾何學陷阱。利用晶體的生長方向,把缺陷“引導”到死衚衕裡去。
“這……這理論上可行。”陸曼喃喃自語,“這叫ART縱橫比捕獲技術。但是……”
“但是什麼?”
“但是,要在矽片上刻出這麼深、這麼直、還要隻有幾十納米寬的坑,國內的刻蝕機做不到。”
“坑壁稍微歪一點,裂紋就跑出來了。”
“而且,”陸曼指著那台老舊的機器,“我的這台分子束外延爐MBE,是二十年前的古董。它的溫度控製早就壞了,正負誤差5度。要在坑裏長晶體,溫度誤差不能超過0.1度。”
“巧婦難為無米之炊。”
這就是科研的無奈。有想法,沒裝置。
林遠看著那台像廢鐵一樣的機器。
“裝置壞了,我來修。”
“刻蝕機不夠好,我給你調。”
“陸教授,從今天起,江南之芯就是你的後勤部。”
“你要什麼,我給什麼。”
說大話容易,幹起來難。
林遠把王海冰和漢斯都叫到了北京。
漢斯看著那台老掉牙的MBE爐子,直搖頭。
“林,這東西該進博物館了。加熱絲都老化了,真空泵也漏氣。想讓它控製在0.1度?除非上帝親自來燒火。”
“買新的呢?”
“新的MBE是美國威科Veeco產的,屬於最高階別的禁運品。給多少錢都不賣。”
“那就隻能修。”林遠咬牙。
“怎麼修?零件都買不到。”
“不用換零件。”林遠指著控製麵板,“換腦子。”
“這台機器之所以溫控不準,是因為它的控製邏輯是傻瓜式的PID控製。它不知道加熱絲老化了,也不知道真空度在變。”
“汪總,”林遠連線汪韜,“給這台爐子,裝一套AI溫控係統。”
“在爐子裏,加裝一百個感測器。”
“實時監測每一個點的溫度變化。”
“然後,用AI去預測溫度的波動,提前調整功率。”
“雖然加熱絲爛了,但隻要我們控製得夠快、夠準,爛車也能開出法拉利的速度!”
這是一場“由於貧窮而引發的技術爆炸”。
工程師們把爐子拆得七零八落,纏滿了各種線纜。
“啟動AI接管模式。”
爐子轟鳴起來。
螢幕上的溫度曲線,原本像心電圖一樣亂跳。
在AI介入後,曲線開始慢慢變平,變直。
誤差:±3度……±1度……±0.2度!
“穩住了!”漢斯驚嘆,“這AI簡直是化腐朽為神奇!”
爐子好了,接下來是“挖坑”。
要在矽片上刻出深寬比達到10:1的納米深坑,而且側壁要絕對垂直。
這需要“深矽刻蝕DRIE”技術。
國內的刻蝕機,刻淺坑還行,刻深了,側壁就會變成“V”字形,或者像狗啃一樣。
“怎麼辦?”王海冰看著顯微鏡下的廢片,“側壁不直,缺陷鎖不住。”
“用博世工藝BoschProcess?”
“試過了。博世工藝會在側壁留下波浪紋Scalloping,更糟糕。”
林遠盯著那些坑。
“既然刻不直……”
“那我們就修直。”
“怎麼修?”
“濕法腐蝕。”
林遠想起了他在大學學過的晶體知識。
“矽晶體是有方向的。它的111晶麵,化學性質非常穩定,很難被腐蝕。”
“我們用氫氧化鉀KOH溶液去泡它。”
“強鹼會把其他亂七八糟的麵都腐蝕掉,最後隻剩下那個最硬、最平、最直的111麵!”
“這叫自停止腐蝕。”
“利用大自然自己的規則,去修整出完美的牆壁!”
坑挖好了,爐子穩了。
最後的時刻到了。
陸曼顫抖著手,將一片處理好的矽片放進了爐子裏。
“開始生長。”
源爐開啟。銦和磷的原子束,像蒸汽一樣噴射出來,落在那一個個微小的深坑裏。
這是一個微觀世界的奇蹟。
原子們落入坑底,開始排列。因為“腳不合鞋”,裂紋產生了。
裂紋沿著45度角向上生長。
“砰!”
裂紋撞在了側壁的“牆”上,停住了。
而晶體繼續向上生長。
越過坑口,長出了一朵朵完美無瑕的、蘑菇狀的量子點晶體。
就像在懸崖峭壁上,開出了一朵朵純凈的花。
五小時後。
晶圓出爐。
鐳射泵浦測試。
一道明亮的、純凈的紅外光,從晶圓表麵射出!
“亮了!亮了!”
陸曼看著光譜儀上的峰值,突然蹲在地上,嚎啕大哭。
三年了。
沒人知道她這三年是怎麼過的。被嘲笑,被停經費,被視為瘋子。
今天,她終於在最廉價的矽片上,種出了最昂貴的光。
“成功了。”林遠扶起陸曼。
“這是世界上第一塊矽基量子點鐳射器。”
“成本,是傳統磷化銦鐳射器的百分之一。”
“我們可以用它,把光子晶片的價格,打到地板上!”
慶功宴就在實驗室裡吃,吃的是泡麵。
陸曼狼吞虎嚥地吃完,抹了抹嘴。
“林遠,雖然光發出來了,但還有個問題。”
“什麼?”
“這光散了。”
陸曼指著那束光。
“鐳射器發出的光,是向四麵八方發散的。但是,光子晶片裡的波導光路,隻有幾百納米寬。”
“要把這麼大一束光,塞進那麼細的管子裏。”
“耦合效率CouplingEfficiency非常低。”
“現在隻有10%的光能進晶片,90%都漏掉了。”
“如果不解決耦合問題,這鐳射器就是個大燈泡,不是晶片的心臟。”
林遠皺眉。
這就是“光路對接”的難題。
就像拿著消防水龍頭,往針眼裏灌水。
“我們需要一個漏鬥。”
“一個能把光,從大變小,聚攏起來的微型漏鬥。”
“這需要透鏡。”
“但是,普通的透鏡太大了。我們需要在晶片上,直接做一個微米級的透鏡。”
“這就得用微納3D列印。”
林遠想起了之前在新加坡看到的“雷神”封裝機。
“或許,我們可以把那個雷神,再改造一下。”
“不噴金屬,噴玻璃。在晶片的上,直接列印出一個微透鏡!”
“回江州找黃誌誠。讓他把針頭磨細點,我們要在針尖上雕花。”
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