林金莲一夜未睡,却不见丝毫疲惫,眼底反而愈发明亮清亮。
平板屏幕整夜亮着,她将所有关于单晶硅提纯、光刻胶制备的基础理论、实验流程、杂质控制参数,尽数熟记于心,彻底吃透了所有基础知识点。
刘科学推门而入时,带来了精选的石英砂石。
这是他目前找到的高纯度石英砂,是目前条件下,能找到的含硅量最高的天然原料。
“金莲妹妹,我找到了高纯度石英砂。”
刘科学将砂石平铺在操作台一角,颗粒晶莹发白,质地坚硬,是天然二氧化硅矿石。
他看着林金莲,继续说道:
“按照工业流程,制造芯片级单晶硅,需要矿石筛选、酸洗除杂、高温还原、拉晶提纯,最后形成超高纯度单晶硅棒。
普通工业硅纯度只有98%,远远不够。
芯片级硅片,纯度必须达到99.%,也就是行业内常说的九个九纯度。”
说到这里,刘科学语气带着凝重道:
“差一个小数点,杂质超标,未来的芯片就会漏电、短路、彻底报废。
这也是我们以前,迟迟跨不过去的门槛。”
九个九的超高纯度。
这个数字,足以劝退九成顶尖工匠。
林金莲伸手捻起一粒石英砂,指尖细腻微凉,她轻轻摩挲着砂石表面,微微点头道:
“我知道,在资料里我已经了解了。”
她抬眼看向刘科学,语气平静却无比坚定的说道:
“没有提纯离心机,没有标准化酸洗车间,我们就用仙法来辅助,分次提纯、逐级除杂。”
在一个宽敞的房间里,早已搭建好了高温熔炉。
炉膛经过耐火泥反复涂抹加固,旁边摆放着调配好的盐酸、硝酸混合酸洗溶液、清水过滤装置和耐高温石墨坩埚。
“第一步,筛选。”
林金莲动作利落,不拖泥带水。
她亲自动手将石英砂石反复分拣,剔除发黄、发黑、含杂质结块的颗粒,只留下最通透、最纯粹的白色砂粒。
只见,林金莲施展仙法一颗颗精挑细选,速度不快,却极致细致,不放过一丝肉眼可见的杂质。
刘科学在一旁辅助,帮忙清洗、沉淀、过滤。
清水一遍遍冲刷砂石,浑浊的水流反复褪去。
“第二步,酸洗除杂。”
林金莲将筛选干净的石英砂放入耐酸容器,缓缓倒入调配好的酸液。
滋滋——
细微的腐蚀声响彻工坊,微量气泡不断上浮。
酸液正在缓慢溶解砂石内部附着的金属杂质、尘土氧化物。
“常温浸泡三刻钟,分次换水,反复漂洗,杜绝酸液残留。”
林金莲低声念叨着实验准则,严格对照资料流程,把控每一个时间节点。
以往做机械改造,她可以随心改良结构,但化工提纯分毫不能差,一旦配比、时间出错,整批原料彻底作废。
三刻钟后。
酸蚀结束,反复清水沉淀冲洗数十次,直至水质彻底清澈,无一丝浑浊。
洗净的石英砂被平铺在干净铁板上,通风晾干。
此刻的砂石,已经褪去了所有天然杂质,纯度远超普通工业原料。
“第三步,高温还原。”
林金莲将晾干的纯净石英砂装入石墨坩埚,稳稳送入高温熔炉。
“升温。”
刘科学立刻点燃炉火火源,火势逐步攀升。
炉膛温度稳步上涨,热浪扑面而来。
石英砂的熔点高达一千七百多度,想要还原出单质硅,必须持续高温煅烧。
工坊内温度骤升,两人额间渐渐渗出细汗,却无人分心。
林金莲守在熔炉旁,目光紧紧盯着炉膛内部,抬手感受火势温度变化。
她没有精密测温仪器,却能通过火焰颜色、炉膛热浪、砂石软化状态,精准判断温度高低,误差绝不超过数十度。
“温度够了,封闭炉膛,恒温煅烧。”
随着她一声轻语,刘科学立刻封堵炉口,稳住风力,保持炉膛持续高温。
熔炉之内,白色石英砂在超高温度下渐渐软化、熔融、沸腾,二氧化硅在高温下逐步发生还原反应,杂质不断汽化、析出、剥离。
时间一分一秒流逝。
整整四个时辰的恒温高温淬炼。
待火势缓缓褪去,炉膛冷却,打开炉口的瞬间,一块暗沉、粗粝的工业硅块静静躺在坩埚中央。
没有精致光泽,质地粗糙,却已是初步提纯后的单质硅。
刘科学拿起硅块,轻轻掂量,眼中带着欣喜:
“第一步成了!这纯度,目测已经远超普通工业硅!”
林金莲轻轻摇头,眼神极为挑剔的说道:
“但这还远远不够。
里面还有细微气孔、残留杂质、金属颗粒,至少还要反复提纯三次,才能摸到高纯度硅的门槛。”
她从不满足初步成功,要做,就做到极致。
接下来的一整天,工坊炉火不息。
破碎、酸洗、重熔、再结晶、冷却筛选。
一次次重复枯燥又精密的提纯工序。
每一次熔炼,杂质便少一分,硅块质地便纯粹一分。
第一次重熔,硅块褪去暗沉,变得略带银灰光泽。
第二次重熔,内部气孔彻底消失,质地变得致密坚硬。
第三次重熔,硅料色泽均匀通透,杂质几乎彻底剥离。
当最后一次熔炉冷却,一块通体银亮、质地纯净、触感细腻紧实的硅锭,静静出现在坩埚之中。
阳光透过窗落在硅锭表面,无杂无疵,莹润干净。
林金莲拿起高精度称重卡尺,反复测量、比对、筛选边缘废料,留下最核心、最纯粹的硅体。
“初步达标了。”
她终于露出一抹浅浅的笑意,继续说道:
“现在,勉强达到芯片基底的入门纯度,可以用来打磨硅片基板了。”
刘科学长长吐出一口气,心中震撼不已。
林金莲依靠最简陋设备,纯靠人工把控、极致耐心与逆天手感,硬生生炼出了芯片级高纯硅。
“硅原料搞定,下一步我们做什么?”刘科学连忙追问道。
林金莲看向平板上的另一篇文档,目光坚定道:
“下一步,我们开始制备光刻胶。
硅片是芯片的肉身,光刻胶就是芯片的画纸。
没有合格的光敏光刻胶,就算未来造出顶级光路,也无法在硅片上留下任何电路图案。”
她放下手中硅锭,目光望向窗外渐晚的天色,继续说道:
“硅提纯,只是最简单的一件事。
真正的难题,还在后面呢。”
刘科学闻言,心中瞬间提起紧绷的弦。
他清楚记得资料记载,高端光刻胶,是配方绝密、化工极难复刻的核心材料,光敏敏感度、抗蚀性、分辨率、附着力,每一项参数都苛刻到极致。