第314章 从头开始的半导体技术（2/2）

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。

第一更，求月票

(本章完)