11月16日清晨。
京城東郊酒仙橋,灰色的天空下,低矮的廠房與蘇式住宅樓輪廓分明,煙囪吐著白煙,街道上自行車流如織,上班的工人們裹著棉襖匆匆而行。
宋顏、呂辰、謝凱三人從紅星軋鋼廠出發。
軋鋼廠與真空所相距不過幾裡地,穿過兩條街道,便進入了另一片工業區域。
“就是前麵了。”宋顏教授指著遠處一棟紅磚建築。
真空所坐落在一片相對獨立的院落中,隻有幾棟三四層的紅磚樓,屋頂豎著通風管道和自製天線。
院牆刷著白灰,紅漆寫著的“自力更生,艱苦奮鬥”標語,字跡已有些斑駁。
鐵門緊閉,門口有持槍的衛兵站崗,神色嚴肅。
空氣中飄散著一絲若有若無的臭氧氣息,那是高壓放電裝置特有的味道。
整個區域給人一種集中與緊張感,彷彿正在進行一場看不見的戰爭。
衛兵仔細覈驗三人的介紹信和工作證後,打了個電話。
不一會兒,一個三十五六歲、戴著黑框眼鏡的男人快步走了出來。
“宋教授!歡迎歡迎!”他熱情地伸出手,聲音清亮,“我是真空所‘星河計劃’對接組的顧贇。這位是工業學院的文昭南教授,今天特地過來一起交流。”
顧贇身邊站著一位五十歲上下的學者,麵容清臒,眼神銳利,穿著灰色的中山裝,胸前彆著一支鋼筆。
文昭南教授與宋顏握手:“宋教授,久仰。你們在軋鋼廠的工作,我們都有所耳聞,了不起。”
“文教授過獎了。”宋顏謙遜道,又介紹了呂辰和謝凱。
顧贇打量了呂辰一眼,眼中閃過一絲驚訝,太年輕了。
但他很快恢複如常:“幾位請進。我們所條件簡陋,多包涵。”
穿過鐵門,院子裡的景象映入眼簾。
院子不大,水泥地麵有些裂縫,角落裡堆放著各種“廢品”。
鏽跡斑斑的真空泵殼體、裂了縫的玻璃鐘罩、拆解到一半的電機、成堆的鋼材和銅管。
這些並非真正的垃圾,而是被拆解、研究、等待重生的“器官”。
牆邊立著一排木架,上麵晾曬著各種玻璃器皿,燒杯、試管、蒸餾瓶。
兩個年輕的研究員正蹲在水槽旁,用毛刷仔細清洗一套玻璃管道,動作輕柔得像對待嬰兒。
主樓是一棟三層的蘇式建築,紅磚牆麵,窗戶寬大,樓門口上方掛著白底黑字的牌子:“北京真空電子技術研究所”。
走進樓內,光線驟然暗下來。
走廊狹窄,水磨石地麵磨損得露出了石子,兩側牆壁刷著淺綠色的油漆,已經泛黃起皮。
天花板上的電線裸露著,用瓷瓶固定,像蛛網般延伸向各個房間。
走廊兩側是一間間實驗室,門牌上寫著“真空物理組”、“薄膜工藝組”、“材料分析室”、“電子束實驗間”……透過門上的玻璃窗,能看到裡麵擺滿了各種自製的裝置:纏繞著銅絲的線圈、玻璃與金屬拚接的奇異裝置、閃爍著暗紅色光芒的電子管、繪滿曲線和公式的黑板。
真空泵的低沉轟鳴、變壓器的輕微嗡鳴、繼電器的哢嗒聲、算盤的劈啪聲交織在一起。
“這邊請。”顧贇領著他們上到二樓,在最裡麵的一間大實驗室門前停下。
推開門,眼前的景象讓呂辰屏住了呼吸。
這是一間約八十平方米的實驗室,窗戶被厚厚的黑色窗簾遮住,隻留幾盞白熾燈提供照明。
房間中央,矗立著一個龐大而粗糙的裝置,真空薄膜沉積係統。
它的主體是一個巨大的玻璃鐘罩,直徑約一米,高約一米五,像一隻倒扣的透明巨碗。
鐘罩下方是不鏽鋼製成的基座,佈滿螺栓和密封槽。
基座中央,固定著一個石墨坩堝,周圍纏繞著自製的高電阻加熱絲,那是由細鎳鉻絲手工繞製而成的,已經因高溫而氧化成暗紅色。
從鐘罩頂部伸下幾根不鏽鋼管道,連線著幾個手動氣路閥門,閥門上貼著寫有“N?”、“NH?”、“SiH?”等字樣的紙片。
管道的另一端,連線著牆角一排鏽跡斑斑的鋼瓶。
裝置側麵,一台沉重的機械旋片真空泵正在工作,帶動著整個地麵微微震顫。
一根橡膠管從泵體伸出,通入旁邊一個大鐵桶,那是自製的冷卻水迴圈係統,鐵桶邊緣還有漏水的痕跡。
冇有數字顯示屏,冇有計算機控製檯。
隻有老式的儀器,一個熱偶真空計,靠水銀柱的高度顯示真空度;幾塊指標式的電流表和電壓表;一台自製的溫度控製器,上麵是粗糙的旋鈕和刻度。
牆上貼滿了手工繪製的圖表,溫度-時間曲線、氣壓-流量關係圖、薄膜厚度與沉積速率對照表……都是用鉛筆和三角尺繪製,線條工整,資料密密麻麻。
最引人注目的,是站在裝置前的一位老師傅。
他約莫五十歲,身材瘦削,穿著深藍色的工裝,袖口挽起,露出佈滿燙傷和酸蝕痕跡的手臂。
他戴著一副用膠布粘著鏡腿的老花鏡,正俯身觀察真空計的水銀柱,手指輕輕調節著一個針閥。
他的動作極其緩慢、極其輕柔,彷彿不是在操作機器,而是在雕琢一件易碎的藝術品。
“劉師傅正在做一批氮化矽樣品。”顧贇低聲介紹,“今天運氣好,正好趕上完整的工藝過程。”
幾人安靜地站在一旁觀察。
劉師傅先檢查了基片,那是幾片一寸見方的玻璃片,已經經過嚴格的清洗,在燈光下晶瑩剔透。
他用特製的鑷子將基片放入鐘罩內的樣品架上,動作很穩。
然後按下啟動按鈕,真空泵的轟鳴聲陡然增大。
劉師傅盯著熱偶真空計,水銀柱開始緩慢下降。
這個過程持續了將近二十分鐘,期間劉師傅不時用改錐輕輕敲擊管道的某些部位,側耳傾聽,像是在診斷病人的心跳。
“他在查漏。”文昭南教授低聲解釋,“微漏是真空係統的大敵。我們冇能力買進口的氦質譜檢漏儀,就用土辦法,有時候用酒精塗抹可疑部位,看真空度變化;有時候充入氫氣,用自製探測器找漏點。”
終於,真空度達到了要求,大約10??托。
接下來是預熱。
劉師傅接通加熱電源,纏繞在石墨坩堝上的電阻絲開始泛紅,溫度逐漸升高。
測溫靠的是插入坩堝側壁的一根老舊熱電偶,連線的毫伏表指標緩緩偏轉。
“溫度控製是個大難題。”顧贇苦笑道,“加熱絲是我們自己繞的,溫場不均勻;熱電偶的精度有限;控溫電路就是簡單的調壓器。能控製在±10°C以內,就算成功了。”
呂辰看著牆上的溫度曲線圖,那上麵用不同顏色的鉛筆標註著多次實驗的資料,曲線起伏如心電圖。
每一次成功的沉積,背後都是數十次失敗的摸索。
溫度穩定後,真正的“魔法”開始了。
劉師傅緩慢地開啟兩個鋼瓶閥門,一個是氨氣,一個是氯矽烷,也就是SiH?與Cl?的混合物。
氣體通過手工打磨的針閥,進入管道。
冇有質量流量控製器,冇有比例閥。
流量控製,靠的是觀察玻璃轉子流量計裡那個小浮子的位置。
浮子在玻璃管中上下浮動,劉師傅要根據浮子的高度,“估算”出氣體的流量比例。
“氨氣……大概每分鐘150毫升。”他低聲自語,手指微調閥門,“氯矽烷……30毫升。比例5:1。”
他的眼睛緊緊盯著兩個流量計,整個實驗室鴉雀無聲,隻有真空泵的低鳴和電流流過加熱絲的輕微嗡嗡聲。
氣體進入鐘罩,在高溫的基片表麵發生化學反應。
微觀世界裡,氨氣與氯矽烷分子分解、重組,氮原子與矽原子結合,生成氮化矽,一層原子一層原子地“生長”在玻璃表麵。
這個過程肉眼看不見,但劉師傅彷彿能“感覺”到。
他不時調節冷卻水的流速,那根滴水的橡膠管連著鐵桶裡的水泵,水流快慢會影響鐘罩內的溫度分佈。
他還不時用改錐輕敲某段管道,這是靠聽聲音來判斷氣流是否順暢。
他嘴裡唸唸有詞,像是在進行某種儀式:“這回的‘火候’差不多了……左邊溫度好像高了點……”
整整四十分鐘,沉積過程在一種高度緊張而又充滿藝術感的氛圍中進行。
終於,他關閉了氣體閥門,停止加熱,讓係統自然冷卻。
又過了二十分鐘,他才小心翼翼地開啟放氣閥,讓空氣緩緩進入鐘罩。
氣壓平衡後,他鬆開密封夾具,用液壓裝置緩緩升起玻璃鐘罩。
鐘罩內的景象展現在眾人麵前。
樣品架上,那幾片玻璃基片看上去依然透明。
但若對著燈光仔細觀察,能看到表麵覆蓋著一層極薄的、略帶虹彩的薄膜,像肥皂泡的色彩,又像雨後的油膜。
“成功了。”劉師傅長舒一口氣,臉上露出一絲疲憊的笑容,額頭上沁出了細密的汗珠。
他用特製鑷子取出基片,放在鋪著軟布的木托盤裡,端到旁邊的工作台上。
接下來是檢測,又是一係列“土法上馬”的智慧。
膜厚測量用的是自製的橢圓偏振儀原型。
核心光學部件是從舊顯微鏡上拆下來的棱鏡和透鏡,裝在一個手工打磨的鋁製支架上。
光源是一盞經過濾光的鈉燈,發出單色黃光。
研究員將樣品放在平台上,調整角度,透過目鏡觀察乾涉條紋的變化。
另一個人在一旁用計算尺和手搖計算器,根據條紋位移計算出膜厚。
“精度大概能到±50奈米。”顧贇說,“對於微米級的薄膜,勉強夠用。但未來如果要做奈米級……”
他冇有說下去,但意思很明顯。
另一種更直觀的方法,是在薄膜上滴一滴折射率匹配油,在單色光下觀察牛頓環。
環的間距與膜厚有關,有經驗的老師傅看一眼環的疏密,就能大致估出厚度。
膜質檢測則用簡易的電鍍探針。
兩個細如髮絲的鎢絲探針被固定在微調架上,輕輕壓在薄膜表麵,連線到一個自製的電阻測量儀上。
通過測量方塊電阻,可以間接判斷薄膜的緻密性和導電性。
成分分析略顯奢侈,一台老舊的蘇製光譜儀占據了大半個房間。
要將樣品放入真空室,用電子束轟擊,激發出特征光譜,再用照相乾板記錄,最後在放大鏡下比對譜線。
“分析一個樣品,從製樣到出結果,要大半天。”文昭南教授說,“資料還得手工計算,誤差很大。”
儘管條件如此艱苦,但實驗室的每個角落都透露出嚴謹與執著。
牆角立著幾個木櫃,裡麵整齊地擺放著一盒盒“成功樣品”,每個盒子上都貼著標簽,寫著日期、工藝引數、測試結果。
旁邊是厚厚一摞實驗記錄本,紙張已經泛黃,上麵用鋼筆寫滿了密密麻麻的資料、曲線、觀察記錄和心得體會。
牆上除了技術圖表,還貼著幾張褪色的宣傳畫:“向科學進軍!”“攀登科學高峰!”畫麵裡,工人與知識分子並肩而立,手指向遠方的火箭與原子模型。
畫紙邊緣已經捲曲,但那種昂揚的精神,依然透過時光撲麵而來。
實驗室裡的研究人員,大多穿著洗得發白的工裝,手指有被酸液腐蝕或高溫燙傷的痕跡。
他們話不多,但眼神專注,動作利落。
當劉師傅成功取出樣品時,幾個年輕研究員圍過來,低聲討論著薄膜的色澤均勻度,語氣裡帶著由衷的敬佩。
“劉師傅是我們所的寶貝。”顧贇感慨道,“這套沉積工藝,是他帶著團隊一點一點摸索出來的。冇有理論指導,冇有現成裝置,全靠試錯、觀察、總結。每一個成功的引數組合,都是用上百次失敗換來的。”
呂辰靜靜地聽著,看著,心中湧起複雜的情緒。
他看到了侷限,極低的真空度、粗糙的流量控製、依賴經驗的工藝、簡陋的檢測手段。
這些問題,在未來整合電路製造中,都是致命的。
但他更看到了寶貴的東西,完整的工藝鏈框架、材料探索的初步嘗試、解決實際問題的創新能力,以及最重要的是,那種在極端困難條件下依然堅持向微觀世界發起“攻堅戰”的精神。
這些研究人員,正在用最原始的工具,試圖駕馭分子與原子。
他們的工作,看似在為電子管鍍上一層保護膜,但本質上,是在探索物質表麵改性的奧秘,是在為未來的表麵科學與薄膜技術積累最原始的經驗。