試拉第一根矽單晶那天,實驗室里擠滿了人。
陸承宇、卓邵文、曹文三、兩個技術工人,還有特意趕來的李根生,八個人擠在小小的實驗室里,連下腳的地方都沒有。
「都別擠,「陸承宇說,「留兩個人在這兒就行,其他人在外面等。「
「那可不行,「李根生說,「我做的爐子,第一根單晶,我必須看著。「
卓邵文也說:「陸工,我也想看著。我搞了三年理論,今天終於能看到實物了。「
陸承宇無奈,只好讓他們都留下,但都站在後面,不許碰設備。
矽原料是卓邵文從物理所借的多晶矽,純度三個九,經過區熔爐提純了一遍,提高到了五個九。
「五個九夠嗎?「曹文三問。
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「不夠,「陸承宇說,「最好六個九以上。但我們的區熔爐精度不夠,只能到五個九。先試試,不行再說。「
他把矽原料放進石墨坩堝,又放了一小塊籽晶——從物理所借的,晶向<111>。
抽真空,通氬氣,升溫。
到了一千四百二十度,矽原料開始融化,銀白色的矽塊在高溫下慢慢變成了液體,像一汪銀色的水。
「下籽晶。「
陸承宇小心翼翼地降下提拉機構,讓籽晶接觸到矽液表面。矽液微微波動了一下,然後穩定下來。
「開始提拉。「
提拉機構緩緩上升,速度每小時兩毫米。矽液在籽晶表面凝固,慢慢長出一根細細的晶體。
所有人都屏住了呼吸。
晶體慢慢變長,一厘米、兩厘米、三厘米……
但陸承宇的眉頭皺了起來。
「不對,「他低聲說,「晶向不對。你看,晶體表面有孿晶紋。這說明籽晶的晶向偏了,長出來的不是單晶,是多晶。「
卓邵文湊過去看,果然,晶體表面有一道道平行的紋路。
「停,「陸承宇說,「第一次失敗了。「
他關掉加熱,讓爐子自然冷卻。
實驗室里一片沉默。
曹文三站在角落,攥著拳頭,指甲都快嵌進肉里了。他跟著陸承宇幹了快一年,從圓排車到收音機,從高可靠電子管到矽單晶,每一次都是成功的。這是第一次,親眼看著失敗。
卓邵文也沒說話,只是盯著那根長了三厘米的多晶,眉頭緊鎖。他搞了三年矽單晶理論,論文寫了好幾篇,今天第一次看到實物,就失敗了。
「是爐子的問題嗎?「李根生撓了撓頭。
「不是,「陸承宇說,「是籽晶角度沒對準。下次調整一下就行。「
他嘴上說得輕鬆,心裡也有點失落。但美國和蘇聯搞矽單晶,失敗了無數次才成功,一次就想成功反而不正常。
等人都走了,陸承宇一個人坐在實驗室里,閉上眼睛,打開沙盤。
他在沙盤裡重新模擬了拉單晶的過程,調整了籽晶角度,又調整了提拉速度和溫度梯度。模擬了十幾次,終於找到了一組最佳參數。
但沙盤也告訴他,五個九的純度還是不夠,晶體內部會有位錯和缺陷。
「得想辦法把純度提到六個九。「他喃喃地說。
沙盤用了兩個多小時,結束的時候,他的頭隱隱作痛,太陽穴一跳一跳的。這是最近才出現的情況——沙盤用多了,頭就會痛。他揉了揉太陽穴,沒太在意。
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第二天,陸承宇沒有急著拉單晶,而是先改進了區熔爐。
他在加熱線圈上多加了一層屏蔽,提高了溫度均勻性,又把氬氣流量調小了,減少了氣體擾動。陳景潤也過來幫忙——他搞了十幾年電子管真空工藝,對氣體控制很有經驗。
「小陸,「陳景潤看著區熔爐,「氬氣的純度不夠,四個九的氬氣里還是有雜質。你可以在進氣口加一個分子篩,過濾掉水分和氧氣。「
陸承宇一拍腦門:「陳總工,您說得對!我怎麼沒想到呢?「
陸承宇把分子篩過濾系統的設計和安裝,交給了曹文三。
「小曹,這個子項目你獨立負責,「他說,「從選型、採購到安裝調試,全部你說了算。有問題可以問我,但最終方案你自己定。「
曹文三愣了一下,然後用力點了點頭,眼睛裡閃著光。
這是他第一次獨立負責一個子項目。
但很快,他就遇到了麻煩。
分子篩買回來之後,需要在三百度的高溫下活化十二個小時,把吸附的水分和雜質趕出來,才能使用。但廠里沒有能精確控溫到三百度的烘箱——電子管烘箱最高只有兩百度,馬弗爐最低就五百度,中間差了三百度。
「陸工,「曹文三急了,「這怎麼辦?活化不了,分子篩就是一堆廢石頭。「
「自己想辦法,「陸承宇說,「我相信你能解決。「
曹文三咬著牙,開始琢磨。
他跑到廢料堆里,翻出一個報廢的電子管烘箱,又從倉庫領了電阻絲和石棉板。他把烘箱拆開,重新繞了加熱絲,加了一層石棉保溫,又自己動手做了一個簡易的溫控器——用雙金屬片控制通斷,雖然精度不高,但能穩定在三百度左右。
第一次活化,失敗了。
溫控器失靈,溫度衝到了四百度,分子篩的晶體結構被破壞了,過濾效果還不如不用。
曹文三看著那一堆報廢的分子篩,蹲在地上,半天沒說話。
陸承宇走過來,拍了拍他的肩膀。
「失敗了很正常,「他說,「我第一次做實驗,燒了三台設備。「
「陸工,我是不是太笨了……「
「笨?「陸承宇笑了,「能自己改裝烘箱做溫控器的人,全廠里沒幾個。你只是經驗不夠,多試幾次就好了。「
曹文三抬起頭,看著陸承宇,咬了咬牙。
「我再試一次!「
第二次,他改進了溫控器,加了一個水銀溫度計做參考,每隔十分鐘手動調一次電壓。
那天晚上,實驗室里只有曹文三一個人。烘箱嗡嗡地響著,水銀溫度計的紅線在三百度上下微微晃動。他搬了個小板凳坐在旁邊,手裡攥著調壓變壓器的旋鈕,眼睛一會兒看溫度計,一會兒看手錶。
到了後半夜,困意像潮水一樣湧上來。他掐自己的大腿,掐得青一塊紫一塊,又去水房用冷水沖臉,回來繼續守著。有一次打了個盹,頭一點,驚醒過來一看,溫度衝到了三百二十度,他趕緊調電壓,手都在抖。
整整十二個小時,他寸步不離地守在烘箱旁邊,眼睛都沒合一下。
活化完成的那天,曹文三的眼睛裡全是血絲,但精神頭十足。
分子篩裝上去之後,區熔提純的效果好了很多,矽原料的純度從五個九提高到了六個九。
「六個九,應該夠了。「卓邵文看著檢測報告,很興奮。
曹文三站在旁邊,嘴角翹著,但沒說話。他偷偷看了陸承宇一眼,陸承宇沖他點了點頭,眼裡帶著讚許。
這個年輕人,開始獨當一面了。