第314章 从头开始的半导体技术

    第314章 从头开始的半导体技术
    百年海军，这个是真急不来了，任重参观完弗莱彻级驱逐舰后，顺手解决了船厂同舰队之间的一个小矛盾，把自己的计划小小透了一次。
    刘教授和李长兴都是未来发展的关键性人物，让他们清楚自己的思路，很多事情都好办，不至于在未来配合方面还要磕磕碰碰。
    现在任重可以接受试验失败，但是基本不接受人为的不必要干扰。
    其实未来战舰的主要战力将会来自指挥指挥作战系统和武器系统方面。
    这两个当中有一个共同都需要的技术，就是雷达技术的演化。
    无论是搜索雷达，还是火控雷达，现在都迫切需要技术的进一步进化，才能把雷达小型化和提升精度。
    目前高达1000米的瞄准误差，对于海上作战来说，基本上没有任何作用。
    所以任重把多普勒雷达概念及相关技术整理好后，交给了雷达团队去做研究。
    由于涉及到的学科太多，从材料学到电子学、通讯甚至计算机运算，也就是晶体管计算机突破后，才勉强具有了初步的波谱分析和过滤杂波等能力，完成了第一代小型化的多普勒雷达。
    而这套系统的第一个应用，竟然是炮兵方面，率先完成了炮瞄雷达的研究！
    当然现在这一套系统也不小，需要三个车才能拖着走，发电车和炮瞄雷达的电脑指挥系统在一辆车上，发射单元和接收单元分别在另外一辆车上面，这，自然还是材料、技术和工艺不足的妥协，不过有了这套系统，现在对于侦测火炮弹道的反应能力，已经可以在1分钟以内，把炮兵阵地的位置推算误差降低到100米左右。
    以现在炮兵的反击能力来说，这同开挂作弊没有什么区别了。
    大量晶体管化的新式多普勒雷达，开始发挥初步的威力。
    “太难了，要得到现代化的微波晶体管，必须具有微米或亚微米的精细几何尺寸。这个加工工艺，哪怕是钱买过来了暂时也没有太多好的办法实现啊。
    这制造工艺需要薄层外延技术、浅结扩散或离子注入技术、投影曝光、远紫外曝光、x射线曝光、电子束曝光等微细加工技术的发展，需要发展的前置技术实在太多了。
    而且在这方面，微波晶体管加工同集成电路的加工已经开始有了不少的重叠。
    看来一蹴而就是行不通的，还得梳理清楚各个配套技术的发展脉络，从头开始啊。”
    任重看着搜集起来的资料，不得不表示，一个文科生解决这些问题实在是太难了。
    所以任重没打算自己来，而是祭出钱大法，开始收买技术资料。
    当先要解决的就是离子注入器（机），这个设备说起来也是历史悠久，在主世界可以追溯到50年代，半导体离子注入设备是半导体制造中重要的设备之一，它可以将离子注入到半导体材料中，从而改变其导电性能。这个过程需要在真空环境中进行，以避免杂质对半导体材料的影响。可以说半导体和其后的芯片制造都离不开这样的设备。
    具体来说，就是将气体形态的掺杂化合物原材料导入反应腔，加入电场和磁场交作用形成电浆等离子体；离子束从反应腔萃取出来后，受到电场牵引而加速前进，并在通过磁场后进行二次加速，提高离子束射程；通过质量分析器筛选需要的离子源；离子源通过精准的离子扫描系统，保障掺杂离子能够均匀地注入至整个硅晶圆上。
    整个过程非常精密，好在这个设备现在基础款已经有了比较普及的技术，钱就能买。
    在晶体管的核心材料方面，第一代的晶体管采用锗制造了结型晶体管，但是这第一代晶体管有一个致命缺点，温度超过80c就会出现严重问题。这是它的先天型缺陷，除了做好表面降温没有其他方法，所以功率放大方面锗晶体管就很有限。
    但是相对来说，锗晶体管算是比较容易实现的晶体管，锗拥有较低的熔点，就意味着其晶体更容易生长，生产晶体管就想对容易。所以任重还是选择了这种材料，算是快速实现了第一代晶体管计算机，当然散热方面背上的风扇就比较多。
    在接下来，半导体技术研究的方向就是攻克硅晶体管！
    这才是真正主流的技术，能用到二十一世纪。
    硅晶体管是npn结构，需要通过生长结工艺制造，硅具有更大的禁带宽度，使其能够在更高的温度下工作（见表1），其次，因为它与其氧化物——二氧化硅（sio2）具有显着的协同配合作用。
    通过简单地在含氧气氛中加热硅，就可以廉价地形成高介电强度、电绝缘的sio2层。这种sio2层在化学和机械上非常稳定，可以有效地钝化硅的表面态，为常用的掺杂剂形成有效的扩散阻挡层，并且可以很容易地在硅上蚀刻或沉积。
    正因为有着这么优异的性能，硅晶体管成为半导体时代的宠儿，雄霸半导体大半个时代。仅仅是半导体硅晶圆的生产，那就变成了几百亿美刀的市场，支撑着万亿级别的半导体市场。
    然而生产半导体级硅极为不容易，需要将硅的纯度提纯到极高的水平，通常超过9个9（即99.999999%），才可以用于制造半导体晶体管，对于眼下来说，这个是地狱级难度。
    在主世界，目前也只有两种工艺方法能实现商业化生产。
    cz法是制备半导体级硅的主要方法，其原理是将高纯度硅料加热到熔化状态，然后通过旋转晶棒和控制温度的方式，在晶棒和硅之间形成一个界面。晶棒缓慢下拉，同时在晶棒和硅之间拉出一条细长的硅棒，其内部结构和晶格与晶棒完全相同。由于晶棒和硅之间的区域极为清洁，通过这种方法可以制备出高纯度的半导体级硅材料。
    fz法是另外一种常用的半导体级硅制备方法，其原理是在硅晶体周围加上强磁场，通过电感加热将硅材料熔化，然后通过控制电磁感应和运动方向在硅材料中形成一定的区域熔融。在熔融区域周围形成一个较宽的带状溶解层，溶解层逐渐与上方的固硅晶层分离形成硅棒，通过这种方法可以制备出高纯度的半导体级硅材料。
    这两个过程都是能耗极高，设备相当复杂的一个工艺过程，要把这套设备准备好，那又是一个系统化的工程.
    不仅仅生产方法麻烦，为了保证半导体级硅的质量，检测的方法也相当苛刻。
    现阶段硅晶常见的检测方法包括热吸收法、质谱法、原子荧光法等。其中，热吸收法是最常用的方法之一，它可以通过测试硅片在加热时放出的气体量，判断其中的杂质含量。质谱法和原子荧光法则可以直接检测硅片中的杂质含量，具有高灵敏度和精度。但是显然这些检测方法背后又需要有一套精密的仪器设备进行支撑
    一个问题接着一个体系，让任重在发展半导体方面，走得极为艰难和痛苦。
    当然，他知道这是必然的，现在他想在三五年时间内走过别人二三十年走过的路，那必然就要付出更多的艰辛，哪怕是抄袭主世界的作业，这也不是一件容易的事情。
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    (本章完)