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第278章 矽基之始

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11月1日清晨,一輛草綠色的蘇式嘎斯69吉普車,從紅星軋鋼廠駛出,在空曠的建國路上留下兩道清晰的車轍。

引擎聲在清冷的空氣中傳得很遠。

駕駛座上,小車班的張師傅雙手穩握方向盤,目光專注。

宋顏教授平穩端坐副駕駛,呂辰和謝凱坐在後排。

三人都穿著深色的中山裝,外麵罩著棉大衣,膝蓋上放著帆布公文包,裡麵塞滿了技術資料、筆記本和介紹信。

車子從西直門外大街向北行駛,城市的氣息就越淡。

燕山的輪廓在晨曦中呈現出青灰色的剪影,沉默而巍峨。

半導體所是1956年“十二年科技規劃”的產物,成立於1960年。

位於中關村“肖莊”一帶,緊鄰清華園和燕園,周圍聚集了計算所、物理所等一批關鍵機構。

道路已經由柏油變成了沙石路,吉普車開始顛簸起來。

路邊的楊樹葉子已經落儘,光禿禿的枝椏直指天空。

偶爾能看到騎自行車的人,裹著厚厚的棉衣,縮著脖子奮力蹬車。

幾個村落從車窗外掠過,土坯房上冒著炊煙,狗在村口吠叫。

“到了。”張師傅忽然說。

吉普車拐上一條更窄的土路,路的儘頭,出現了一片圍牆和幾棟紅磚樓房。

這就是中國科學院半導體研究所。

車在鏽跡斑斑的鐵門前停下。

眼前的景象讓三人一時無言。

研究所的圍牆是普通的紅磚砌成,牆皮有些地方已經剝落,露出裡麵深色的磚體。

鐵門是那種老式的對開柵欄門,黑色的油漆斑駁脫落,露出底下暗紅色的鐵鏽。

門柱上掛著一塊白底黑字的木牌,上麵寫著“中國科學院半導體研究所”幾個字,字跡蒼勁有力。

透過鐵門往裡看,院子裡長著半人高的荒草,枯黃的草莖在風中搖曳。

幾棵高大的槐樹,葉子幾乎落光,黑色的枝乾虯結伸展,在地上投下錯綜複雜的影子。

而在這片荒草和枯樹之間,矗立著幾棟三層高的紅磚實驗樓。

樓體方正樸素,窗戶是木框鑲玻璃的,有些窗玻璃上貼著泛黃的報紙。

建築本身冇有任何裝飾,就是最簡樸的實用主義風格。

荒草、枯樹、簡陋的牌匾,與那些承載著中國半導體夢想的實驗室建築,形成了強烈的視覺衝擊。

這是一種“荒涼中的堅守”。

“在這等著。”宋顏教授對張師傅說,“我們不知道要多久。”

“您放心,宋教授。”張師傅點頭,“我就在這兒等著。”

鐵門旁的傳達室裡,一位穿著舊軍裝、肩挎步槍的戰士走了出來,麵容嚴肅。

他檢視了三人的介紹信和工作證,又拿著介紹信進去打電話覈實。

過了一會兒,纔出來示意他們可以進入,但要求嚴格登記:姓名、單位、事由、進入時間,一筆一畫寫在值班簿上。

“車子不能進。”戰士補充道,“停在門外路邊。”

三人剛登記完,研究所裡快步走出一個人。

來人五十歲上下,個子不高,穿著一身洗得發白的藍色工裝,頭髮有些花白,戴著一副厚重的黑框眼鏡。

“宋教授!歡迎歡迎!”他伸出手,聲音洪亮,“我是王守方,所裡負責材料製備的。接到電話說你們今天來,我們可等了一早上了!”

“王教授,久仰!”宋顏教授握住他的手,又介紹呂辰和謝凱,“這是我們研究所的呂辰同誌、謝凱同誌。”

“好,好!年輕有為!”王守方打量了兩人一眼,“走,咱們進去說。”

他領著三人走進鐵門。

腳下的路是煤渣鋪的,踩上去沙沙作響,有些地方已經坑窪不平。

路兩旁是那些高大的槐樹,落葉在地上鋪了厚厚一層,踩上去軟綿綿的。

風穿過枯枝,發出嗚嗚的聲音,讓這深秋的院落顯得更加肅穆,甚至有些陰森。

“條件簡陋,見笑了。”王守方邊走邊說,“這片地原來是個農場,我們來了之後,自己動手平整土地、蓋房子。這些樹都是原來就有的,所裡人說留著能擋風,夏天還能遮陰。”

他說話時,嘴裡撥出白氣。

實驗樓越來越近,呂辰注意到,樓體的紅磚表麵有不少細微的裂紋,牆角處有些白色的堿漬,這是北方建築常見的返堿現象。

幾棟樓之間拉著粗黑的電線,在風中微微晃動。

一些窗戶裡亮著昏黃的燈光,隱約能看到裡麵晃動的人影。

“咱們先去材料樓。”王守方指著最右邊一棟樓,“區域熔鍊爐都在那邊。”

推開沉重的木門,一股混合著化學溶劑、機油和舊紙張的氣味撲麵而來。

樓道裡燈光昏暗,牆壁刷著半人高的綠色油漆牆裙,上半部分是已經泛黃的白色石灰牆。

水磨石地麵有些地方已經磨損,露出底下灰黑色的水泥。

樓梯是木質的,踩上去發出吱呀的響聲。

“二樓。”王守方走在前麵。

二樓走廊兩側是一間間實驗室,門牌上寫著“超純水製備室”、“化學氣相沉積室”、“晶體生長室”等字樣。

有些門開著,能看到裡麵簡陋的實驗台和儀器。

經過一扇門時,呂辰瞥見裡麵有幾個年輕人正圍著一個鐵皮箱子忙碌,箱子上接著粗細不一的管子和電線,旁邊放著幾個玻璃瓶,瓶裡的液體呈現出詭異的顏色。

“那是我們的超純水裝置。”王守方注意到呂辰的目光,“自己組裝的。北京的水質硬,雜質多,做半導體材料,水必須極純。我們用的水要經過蒸餾、離子交換、反滲透好幾道工序,最後還得用石英器皿儲存。就這,有時候還是達不到要求。”

他的語氣平淡,像是在說一件再平常不過的事。

在這個年代,要自製一套能穩定產出超純水的係統,需要克服太多困難。

走廊儘頭是一扇厚重的鐵門,門上掛著“非請勿入”的牌子。

王守方掏出鑰匙開啟門鎖,推開門。

熱浪和低沉的嗡嗡聲立刻湧了出來。

這是一個大約五十平米的房間,窗戶被封死了,貼著深色的遮光紙。

房間中央矗立著一台兩人高的裝置,區域熔鍊爐。

它看起來像個巨大的金屬圓筒,外殼是暗灰色的,表麵有不少劃痕和鏽跡。

爐體上佈滿了各種儀表、旋鈕和指示燈,粗大的電纜從天花板垂下來,連線著爐體。

爐子旁邊,一台變壓器正在嗡嗡作響,那是專門為這台爐子配備的。

牆上的配電箱敞開著,裡麵是密密麻麻的閘刀和保險絲,粗黑的電纜像蟒蛇一樣盤繞在牆角。

房間很熱,至少有三十度。

幾個穿著藍色工裝、戴著口罩和手套的研究人員正在爐子前操作。

他們額頭上都是汗珠,但動作沉穩專注。

“這就是我們的寶貝。”王守方拍了拍爐體,發出沉悶的響聲,“蘇聯援建的老型號,我們來了之後,自己做了很多改造。加熱線圈換了,溫控係統也改進了。現在勉強能用。”

他走近觀察窗——那是一個嵌在爐體上的圓形石英玻璃窗。

透過視窗,能看到爐內的情況。

一根銀灰色的棒狀物豎直懸掛在爐膛中央,那是多晶矽原料棒。

在棒的中部,一個明亮的光圈正在緩緩上下移動——那是加熱線圈形成的熔區。

矽在高溫下熔化,熔區移動時,雜質會被“掃”到棒的一端,從而實現提純。

“現在這一爐已經執行了二十多個小時。”一個操作員摘下口罩,露出被高溫烤得通紅的臉,“純度應該能達到6N了,再有兩個小時就能結束。”

他的聲音沙啞,眼睛裡佈滿血絲,但盯著觀察窗的眼神卻異常專注。

王守方介紹:“這是小李,我們最好的操作員。這活兒,一爐就是二三十個小時,人不能離開,得時刻盯著熔區的狀態。溫度高了,矽會揮發;溫度低了,熔區不穩定,晶格容易出缺陷。全憑經驗。”

小李不好意思地笑了笑,又湊到觀察窗前,眯著眼睛看那光圈的大小和顏色。

呂辰仔細觀察著整個實驗室。

他注意到幾個問題。

首先是電力供應。雖然爐子有專用變壓器,但牆上的電壓表指標在輕微但持續地擺動,電壓不穩,這對於需要極其穩定加熱功率的區域熔鍊來說,是致命的乾擾。

其次是環境控製。房間悶熱,空氣不流通,封死的窗戶雖然保證了潔淨度,但散熱成了問題。角落裡放著一台老舊的電風扇,但顯然作用有限。

第三是檢測手段。爐子旁邊的工作台上,放著幾根已經拉製好的單晶矽錠,直徑大約二十到三十毫米,長度半米左右,表麵有金屬光澤,但細看能看到一些細微的條紋和斑點。

旁邊放著簡陋的檢測裝置,一個手搖探針台,用來測量電阻率;一台國產的金相顯微鏡,用於觀察晶格結構;還有幾個裝著腐蝕液的玻璃皿,那是用化學腐蝕法顯示缺陷。

一切都那麼原始,那麼“土”。

但就是在這樣的條件下,這些科研人員正試圖攻克半導體材料的最高純度。

“王教授,”呂辰開口問,“咱們現在成品率大概多少?”

王守方沉默了幾秒,才說:“好的時候,百分之四十。差的時候,不到二十。主要是晶格缺陷控製不住,還有直徑不均勻。我們試過做大直徑,但一超過三十毫米,熔區就不穩定,容易出孿晶。”

他的語氣裡有掩飾不住的焦慮。

參觀完區域熔鍊實驗室,王守方又帶他們看了其他幾個關鍵區域。

化學氣相沉積室,裡麵有一套自行組裝的裝置,用石英管作為反應室,外麵纏繞著自製的加熱絲。

研究人員正在嘗試沉積氮化矽薄膜,用作絕緣層。

單晶爐室,一台仿蘇的直拉單晶爐,正在嘗試從熔融矽中拉製單晶。

爐子旁邊放著幾個已經拉好的矽單晶棒,表麵有生長紋,直徑也不完全一致。

超淨室,如果那能叫超淨室的話。

其實就是一個密閉的小房間,牆上裝著過濾棉做的簡易送風口,地麵刷著綠色油漆。

工作人員進入前要換白大褂、戴帽子口罩,但條件比後世的超淨車間差了不知多少個數量級。

每看一個地方,呂辰的心就沉一分。

他前世對半導體工業的瞭解,更多來自書本和新聞。

知道早期條件艱苦,但親眼看到這種“土法上馬”的實況,那種震撼是文字無法傳達的。

這不是艱苦,這是在近乎原始的裝備條件下,向人類工業文明的最高峰發起的衝鋒。

最後,他們來到一間會議室。

房間不大,擺著一張長條木桌和十幾把椅子,此時已經坐了七八個人。

牆上掛著**像和“自力更生,艱苦奮鬥”的標語。

桌上放著幾個搪瓷茶杯,王守方親自提起暖水瓶給大家倒水。

水是溫的,帶著一股淡淡的鐵鏽味。

“條件有限,茶葉也冇有好的,將就喝點。”王守方坐下,揉了揉太陽穴,“宋教授,你們這次來,是想瞭解我們這邊的材料製備能力,對吧?”

宋顏教授點點頭,從公文包裡拿出幾份檔案:“王教授,‘星河計劃’對矽材料的要求,主要集中在幾個方麵。”

他翻開檔案,開始闡述:“第一是純度。基礎邏輯電路,需要6N以上的高純矽。但未來如果要向更高整合度發展,可能需要7N甚至更高。”

王守方苦笑:“6N我們現在能穩定做到,但每批次的純度還是有波動。7N……所裡有個課題組在攻關,但進展很慢。主要是檢測手段跟不上——我們怎麼知道純度真的達到了7N?現在的質譜儀精度不夠,很多痕量雜質測不出來。”

宋顏教授繼續說:“第二是直徑。‘紅星一號’的設計,是基於未來能獲得兩英寸晶圓來規劃的。但現在……”

他看了一眼王守方。

“兩英寸?”王守方搖頭,“我們現在穩定能量產的,是一英寸半。兩英寸試過幾次,成功率不到百分之十。問題很多:熱場不均勻、熔體對流不穩定、拉速控製不精確……每次失敗,損失都很大。一爐多晶矽原料,要上千塊錢。”

會議室裡一陣沉默。

謝凱開口問:“王教授,咱們所裡現在最大的瓶頸是什麼?裝置?人才?還是理論?”

“都是,也都不是。”王守方的回答意味深長,“要說裝置,咱們這些‘土裝備’,確實跟國外的冇法比。但我們更缺的,是係統性的工藝資料積累。”

他指了指窗外區域熔鍊爐的方向:“就說拉單晶。老師傅靠眼睛看熔體液麪的反光,靠耳朵聽加熱線圈的嗡鳴聲,來判斷溫度和穩定性。這些經驗,冇法量化,冇法傳授。張師傅拉得好,李師傅就不一定。同一爐料,今天拉得好,明天可能就出問題。我們想總結規律,但變數太多了——電壓波動、室溫變化、原料批次差異、甚至天氣濕度……記錄不過來,也分析不明白。”

他歎了口氣:“所裡年輕人有熱情,肯吃苦,一盯爐子就是幾十個小時。但光有熱情不夠啊。半導體材料是精密活,差之毫厘,謬以千裡。”

其他研究員也大倒苦水。

的確,在如此的艱苦條件下,能做到這樣已是不易,呂辰等人都有些不忍心。

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