第314章 從頭開始的半導體技術

  百年海軍，這個是真急不來了，任重參觀完弗萊徹級驅逐艦後，順手解決了船廠同艦隊之間的一個小矛盾，把自己的計劃小小透了一次。

  劉教授和李長興都是未來發展的關鍵性人物，讓他們清楚自己的思路，很多事情都好辦，不至於在未來配合方面還要磕磕碰碰。

  現在任重可以接受試驗失敗，但是基本不接受人為的不必要干擾。

  其實未來戰艦的主要戰力將會來自指揮指揮作戰系統和武器系統方面。

  這兩個當中有一個共同都需要的技術，就是雷達技術的演化。

  無論是搜索雷達，還是火控雷達，現在都迫切需要技術的進一步進化，才能把雷達小型化和提升精度。

  目前高達1000米的瞄準誤差，對於海上作戰來說，基本上沒有任何作用。

  所以任重把多普勒雷達概念及相關技術整理好後，交給了雷達團隊去做研究。

  由於涉及到的學科太多，從材料學到電子學、通訊甚至計算機運算，也就是晶體管計算機突破後，才勉強具有了初步的波譜分析和過濾雜波等能力，完成了第一代小型化的多普勒雷達。

  而這套系統的第一個應用，竟然是炮兵方面，率先完成了炮瞄雷達的研究！

  當然現在這一套系統也不小，需要三個車才能拖著走，發電車和炮瞄雷達的電腦指揮系統在一輛車上，發射單元和接收單元分別在另外一輛車上面，這，自然還是材料、技術和工藝不足的妥協，不過有了這套系統，現在對於偵測火炮彈道的反應能力，已經可以在1分鍾以內，把炮兵陣地的位置推算誤差降低到100米左右。

  以現在炮兵的反擊能力來說，這同開掛作弊沒有什麽區別了。

  大量晶體管化的新式多普勒雷達，開始發揮初步的威力。

  “太難了，要得到現代化的微波晶體管，必須具有微米或亞微米的精細幾何尺寸。這個加工工藝，哪怕是花錢買過來了暫時也沒有太多好的辦法實現啊。

  這製造工藝需要薄層外延技術、淺結擴散或離子注入技術、投影曝光、遠紫外曝光、X射線曝光、電子束曝光等微細加工技術的發展，需要發展的前置技術實在太多了。

  而且在這方面，微波晶體管加工同集成電路的加工已經開始有了不少的重疊。

  看來一蹴而就是行不通的，還得梳理清楚各個配套技術的發展脈絡，從頭開始啊。”

  任重看著搜集起來的資料，不得不表示，一個文科生解決這些問題實在是太難了。

  所以任重沒打算自己來，而是祭出花錢大法，開始收買技術資料。

  當先要解決的就是離子注入器（機），這個設備說起來也是歷史悠久，在主世界可以追溯到50年代，半導體離子注入設備是半導體制造中重要的設備之一，它可以將離子注入到半導體材料中，從而改變其導電性能。這個過程需要在真空環境中進行，以避免雜質對半導體材料的影響。
    可以說半導體和其後的芯片製造都離不開這樣的設備。

  具體來說，就是將氣體形態的摻雜化合物原材料導入反應腔，加入電場和磁場交作用形成電漿等離子體；離子束從反應腔萃取出來後，受到電場牽引而加速前進，並在通過磁場後進行二次加速，提高離子束射程；通過質量分析器篩選需要的離子源；離子源通過精準的離子掃描系統，保障摻雜離子能夠均勻地注入至整個矽晶圓上。

  整個過程非常精密，好在這個設備現在基礎款已經有了比較普及的技術，花錢就能買。

  在晶體管的核心材料方面，第一代的晶體管采用鍺製造了結型晶體管，但是這第一代晶體管有一個致命缺點，溫度超過80℃就會出現嚴重問題。這是它的先天型缺陷，除了做好表面降溫沒有其他方法，所以功率放大方面鍺晶體管就很有限。

  但是相對來說，鍺晶體管算是比較容易實現的晶體管，鍺擁有較低的熔點，就意味著其晶體更容易生長，生產晶體管就想對容易。所以任重還是選擇了這種材料，算是快速實現了第一代晶體管計算機，當然散熱方面背上的風扇就比較多。

  在接下來，半導體技術研究的方向就是攻克矽晶體管！

  這才是真正主流的技術，能用到二十一世紀。

  矽晶體管是npn結構，需要通過生長結工藝製造，矽具有更大的禁帶寬度，使其能夠在更高的溫度下工作（見表1），其次，因為它與其氧化物——二氧化矽（SiO2）具有顯著的協同配合作用。

  通過簡單地在含氧氣氛中加熱矽，就可以廉價地形成高介電強度、電絕緣的SiO2層。這種SiO2層在化學和機械上非常穩定，可以有效地鈍化矽的表面態，為常用的摻雜劑形成有效的擴散阻擋層，並且可以很容易地在矽上蝕刻或沉積。

  正因為有著這麽優異的性能，矽晶體管成為半導體時代的寵兒，雄霸半導體大半個時代。僅僅是半導體矽晶圓的生產，那就變成了幾百億美刀的市場，支撐著萬億級別的半導體市場。

  然而生產半導體級矽極為不容易，需要將矽的純度提純到極高的水平，通常超過9個9（即99.999999%），才可以用於製造半導體晶體管，對於眼下來說，這個是地獄級難度。

  在主世界，目前也只有兩種工藝方法能實現商業化生產。

  CZ法是製備半導體級矽的主要方法，其原理是將高純度矽料加熱到熔化狀態，然後通過旋轉晶棒和控制溫度的方式，在晶棒和矽之間形成一個界面。晶棒緩慢下拉，同時在晶棒和矽之間拉出一條細長的矽棒，其內部結構和晶格與晶棒完全相同。由於晶棒和矽之間的區域極為清潔，通過這種方法可以製備出高純度的半導體級矽材料。

  FZ法是另外一種常用的半導體級矽製備方法，其原理是在矽晶體周圍加上強磁場，通過電感加熱將矽材料熔化，然後通過控制電磁感應和運動方向在矽材料中形成一定的區域熔融。在熔融區域周圍形成一個較寬的帶狀溶解層，溶解層逐漸與上方的固矽晶層分離形成矽棒，通過這種方法可以製備出高純度的半導體級矽材料。

  這兩個過程都是能耗極高，設備相當複雜的一個工藝過程，要把這套設備準備好，那又是一個系統化的工程.
  不僅僅生產方法麻煩，為了保證半導體級矽的質量，檢測的方法也相當苛刻。

  現階段矽晶常見的檢測方法包括熱吸收法、質譜法、原子熒光法等。其中，熱吸收法是最常用的方法之一，它可以通過測試矽片在加熱時放出的氣體量，判斷其中的雜質含量。質譜法和原子熒光法則可以直接檢測矽片中的雜質含量，具有高靈敏度和精度。但是顯然這些檢測方法背後又需要有一套精密的儀器設備進行支撐
  一個問題接著一個體系，讓任重在發展半導體方面，走得極為艱難和痛苦。

  當然，他知道這是必然的，現在他想在三五年時間內走過別人二三十年走過的路，那必然就要付出更多的艱辛，哪怕是抄襲主世界的作業，這也不是一件容易的事情。

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  (本章完)