加尔文?富勒还说,通过调整曝光的时间和温度,能够精确地控制引入的杂质的数量和它们的穿透深度,这种掺入杂质的方法精度达1微米甚至更小。
但是具体的工艺呢?加尔文?富勒没说。这是论文,不是专利说明书。
至于专利说明书,好像贝尔实验室还没提交申请,可能是贝尔实验室想捂盘,也可能是加尔文?富勒只搞出了理论,而产品还没做出来。
(硅扩散的工艺技术正式发表是在1956年,由托马斯和塔尼巴恩撰写的贝尔系统技术期刊第35卷《扩散发射极和基极硅晶体管》)
当黄昆研究加尔文?富勒的论文时,差的还不仅仅是具体工艺细节。实际上黄昆先和有色冶炼行业纠缠了半年。基于进口产品仿制的电炉为了融化硅,得提高温度;冶炼出来的硅单质纯度四个9,好像不太够,又要求他们提高到五个9。
再然后,黄昆得自己设计一种实验器材或者工业设备,能容纳含有掺杂剂的高温气体并让高温气体接触硅板。这个实验器材就在黄昆隔壁的实验室里,奇形怪状的一台大机器,虽然有一半零件是实验室成员自制的,但另一半的零件仍然花掉了3万块钱。
在1954年,黄昆做的工作和贝尔实验室的几个工程师其实差不多。在贝尔实验室,加尔文?富勒的论文发表之后,贝尔实验室也花了很长时间来设计专用机器,全部就绪已经到了1954年1月。在1月份,加尔文.富勒与皮尔森、达里尔?查平成功地将一层硼原子扩散到n型硅板中,形成了大面积的PN结。
再然后,加尔文?富勒把路走歪了。他们发现光照在这块硅板上的时候,硅板竟然产生了电流,还挺强。贝尔实验室另一组人赶紧把6块硅板组合起来,接通电路,放到太阳下,获得了185毫瓦的光伏功率。于是在1954年4月,贝尔实验室宣布他们制成了世界第一种太阳能电池。至于晶体管,只在实验室里象征性地做出了一只样品,贝尔实验室期待未来出现更先进更廉价的加工方式,到那时候再量产晶体管。
(其实刚刚诞生头两年的硅晶体管价格是锗晶体管的数倍,但仍然有市场,因为美国的军用计算机需要)
1954年5月,德州仪器宣布他们解决了硅晶体管的制造工艺技术,贝尔实验室的领先地位被抢。
不只是贝尔实验室,黄昆这边也埋头在做硅晶体管,当他看到IRE大会上德州仪器公司代表上台吹逼的报道,也是眼前一黑。
糟了,自己不是世界第一了。
“黄教授!您总算是来了!!”
向中南矿冶求救,五天之后援兵终于到来。当黄昆见到黄培云出现在火车车厢门口,赶紧迎上去。现在他的这位本家兼前辈是半导体实验室唯一的希望。
“黄教授,您当年拯救过锗晶体管,今年也一定能拯救我们”
黄培云摇摇头:“这次我不是主力,后面这两位才是。他们是我带的学生,都是研二。”
黄培云回到中南矿冶,就开实验室招学生搞半导体材料的研究。带来的两个研究生何太平、孙严本科不是中南矿冶的,是武汉大学的(中南矿冶建校才3年),在实验室的诸多学生中表现最突出,而且研究的都是硅材料方向。
“这就是你们实验室吗?一看就很有熟悉的样子,”何太平说,“我们实验室也是电炉,电炉,一天到晚热烘烘的。”
黄昆:“确实是热烘烘的,我们在尝试冶炼6个9的硅,电炉一直在不停地开着。本来以为五个9应该够了,至少做出试验品是够了,可后来试制老是失败,我又退回去从头做理论计算,确定了就是因为硅不够纯才失败的,得继续提高纯度。”
黄培云:“这你们实验室可能确实是有色金属冶炼的基础底子略差。其实这个时候应该用浮动区法生长的硅晶体。”
黄昆:“这我们真不会。”
黄培云:“浮动区生长是三几年英国人提出来的,虽然麻烦了一点,但咱们的设备修改修改还算可以达到。就是个氧气比较讨厌,然后我发动半个系的学生动手,搭了个真空环境,后来就搞成了。”
黄昆:“得,看来我们实验室也要按你说的真空冶炼的模式改造电炉冶炼室了。”
黄培云:“真空冶炼设备改在还是年后再说吧。你在电话里说年底得加紧搞出一个有效的技术成果,否则半导体实验室就有麻烦了。年底肯定是完不成电炉改造的。何太平,把包拿出来让小黄瞅瞅。”
何太平打开自己拖着来的皮箱,掏出一个严严实实包裹着的东西。然后打开包裹。
“黄主任,这是,我们在中南矿冶实验室做出来的头一批浮动区法生长的硅晶体。应该够你们做实验样本了吧。”