第8章 矽棒
在聽了一節課的文學理論後，下課鈴剛響，徐衛國搶先從後門出了教室，守在前門口等周詩雅出來。
學生們嘰嘰喳喳蜂擁而出，急著去食堂吃飯。
等了不久，周詩雅跟一個女生聊著天走了出來，沒注意到徐衛國。徐衛國只好喊了一聲：「詩雅！」
周詩雅下意識的扭臉看了眼，先是一愣，隨即眼中閃過驚喜，道：「你怎麼來了？」
徐衛國笑道：「找你有事說。」
一旁的女生打量著徐衛國，小聲問道：「詩雅，這人就是……」
「嗯。」周詩雅點點頭。
「那你們聊，我先去食堂了啊。」
待女生離開，徐衛國示意周詩雅到一邊說話。
往旁邊走了幾步，徐衛國剛站定，周詩雅卻小聲道：「這邊人多，往遠處走走吧！」
徐衛國道：「咱們說正事，有什麼好躲的，讓人看到了還誤會呢！就在這說。」
「哦。」周詩雅低著頭，總覺得旁邊人都在看自己，特別不好意思。
「你的學籍恢復了吧？」徐衛國問道。
「恢復了。你的呢？」
「我的也恢復了。……我跟著張希德老師參加了一個科研項目，後天開始要搬出學校一段時間，我找你就是提前說一聲，大概半個月後回來。」
「科研項目？你才大一就參加科研了？」
「一般的大一學生肯定不能，但你也不看看我是誰？咱可不是一般人。」徐衛國昂著頭，故作誇張的笑道。
周詩雅瞥了他一眼，笑道：「吹牛！」
看她笑，徐衛國也忍不住笑了起來。
「詩雅！」
「嗯？」
「等我回來了，咱們一塊去你家吧！認認門。」
周詩雅臉刷的一下紅了，小聲道：「這不合適吧……」
「怎麼不合適，你爸媽現在對我肯定有意見。正好趁這機會，我跟你父母多熟悉熟悉，解除誤會，也好讓她們放心。」
周詩雅抿了抿嘴，點頭道：「我聽你的。」
兩人東拉西扯的聊了十多分鐘，眼看天色漸晚，這才各自分別。
……
轉眼到了第三天。
徐衛國跟著張希德再次來到科學院物理所，小組成員匯合後，五人趕往了京城電子管廠。
再次見到那位趙副廠長，對方直接帶他們去了車間，找到了一個穿工裝、體格魁梧的中年人。
「這位是王主任，由他全程負責協助你們的工作，實驗過程中有什麼問題就跟他說。」趙副廠長介紹道。
張希德跟王主任握了握手，雙方簡單寒暄了幾句，隨後迅速進入了工作狀態。
徐衛國自動擔起了指揮責任，對王主任道：「咱們要做的第一步，是獲得冶金級矽，石英砂跟碳準備好了嗎？」
王主任詫異的看看他，又看向張希德。
張希德道：「聽他的！」
王主任壓下心裡的好奇，答道：「都準備好了，就在這邊。」
說罷，他領著來到了車間一角，指著地上堆放的幾個麻袋，「這就是石英砂跟碳。」
徐衛國走上前，打開袋子，裡面是細密的白色顆粒，正是石英砂。
「選礦預處理過嗎？」
「處理過，擦洗脫泥，磁選，最後浮選，這些流程都走過，純度很高的。」
「不夠。」徐衛國搖頭：「我們需要的是超高純度石英砂，必須得經過化學深度提純。」
王主任一臉懵：「化學提純該怎麼做？」
徐衛國：「先進行酸浸，把石英砂加入鹽酸、硫酸、氫氟酸等組成的三元混酸，在90攝氏度下反應八小時。可以有效去除氧化鉀跟氧化納。接著再放入氫氟酸跟硝酸組成的混酸中，去除三氧化二鐵。下一步是氯化焙燒，在1300攝氏度下通入氯氣或氯化氫氣體，去除鐵、鈦。」
「這麼麻煩啊……」
「是麻煩，但也必要。……好了，時間不等人，趕緊開干吧！」
王主任喊來幾個工人，開始按照徐衛國的指導對石英砂進行提純處理。
第一天的實驗進展倒是出乎預料的順利，到傍晚時，他們獲得了提純後的石英砂，隨後，樣品被送到實驗室進行純度檢測。
第二天早上時，結果出來了，石英砂純度超過了99.9%，倒不是說純度就這水平，而是現有的檢測手段只能測試這麼高的純度。
這個純度已經達標，可以開始下一步了。
接下來就要將石英砂跟碳（煤焦或石油焦）放到電弧爐里，高溫還原出矽。
這樣就得到了冶金級矽，純度大概在98%-99.5%，這個純度顯然是沒辦法做半導體材料的，還需要繼續提純。
將矽料碎成粉末，放入流化床反應器中與無水氯化氰在高溫下反應生成三氯氫矽，接著將三氯氫矽液體泵入串聯精餾塔，進行多級蒸餾，三氯氫矽的純度可以達到99.9999999%（9N）以上。
當然，以五十年代的技術是測不出這麼高精度的，都是後世測試數據。
下一步，就是西門子法的核心步驟，化學氣相沉澱。
要準備一個還原爐，將兩根高純的矽芯作為「種子」，垂直安裝並連接電極，抽真空，隨後充入高純度氫氣，矽芯通電加熱，將三氯氫矽與氫氣混合後通入還原爐，隨後發生氫還原反應跟熱分解反應，矽元素被沉積在矽芯表面，最終形成一根多晶矽棒。
其中最核心的材料是矽芯，它本身就應該是高純度矽，也就是說，製取高純度矽的前提是以高純度矽做材料，這就成了先有雞還是先有蛋的問題。
好在，還有另一種提純矽的方法，區熔法。
它以西門子法製取的低純度多晶矽棒做材料，提純出高純度單晶矽芯，再用於西門子法製取高純度矽棒。
流程就是：低純度多晶矽棒（西門子法）——高純度單晶矽芯（區熔法）——高純度多晶矽棒（西門子法）——高純度單晶矽錠（區熔法）
……
當徐衛國他們走完這一步時，時間已經來到了第七天。
在眾人期待的目光中，工人打開還原爐，小心翼翼的取出了矽棒。
徐衛國第一時間湊上前，仔細觀察，但只看了一眼，他心中就是一咯噔。
學生們嘰嘰喳喳蜂擁而出，急著去食堂吃飯。
等了不久，周詩雅跟一個女生聊著天走了出來，沒注意到徐衛國。徐衛國只好喊了一聲：「詩雅！」
周詩雅下意識的扭臉看了眼，先是一愣，隨即眼中閃過驚喜，道：「你怎麼來了？」
徐衛國笑道：「找你有事說。」
一旁的女生打量著徐衛國，小聲問道：「詩雅，這人就是……」
「嗯。」周詩雅點點頭。
「那你們聊，我先去食堂了啊。」
待女生離開，徐衛國示意周詩雅到一邊說話。
往旁邊走了幾步，徐衛國剛站定，周詩雅卻小聲道：「這邊人多，往遠處走走吧！」
徐衛國道：「咱們說正事，有什麼好躲的，讓人看到了還誤會呢！就在這說。」
「哦。」周詩雅低著頭，總覺得旁邊人都在看自己，特別不好意思。
「你的學籍恢復了吧？」徐衛國問道。
「恢復了。你的呢？」
「我的也恢復了。……我跟著張希德老師參加了一個科研項目，後天開始要搬出學校一段時間，我找你就是提前說一聲，大概半個月後回來。」
「科研項目？你才大一就參加科研了？」
「一般的大一學生肯定不能，但你也不看看我是誰？咱可不是一般人。」徐衛國昂著頭，故作誇張的笑道。
周詩雅瞥了他一眼，笑道：「吹牛！」
看她笑，徐衛國也忍不住笑了起來。
「詩雅！」
「嗯？」
「等我回來了，咱們一塊去你家吧！認認門。」
周詩雅臉刷的一下紅了，小聲道：「這不合適吧……」
「怎麼不合適，你爸媽現在對我肯定有意見。正好趁這機會，我跟你父母多熟悉熟悉，解除誤會，也好讓她們放心。」
周詩雅抿了抿嘴，點頭道：「我聽你的。」
兩人東拉西扯的聊了十多分鐘，眼看天色漸晚，這才各自分別。
……
轉眼到了第三天。
徐衛國跟著張希德再次來到科學院物理所，小組成員匯合後，五人趕往了京城電子管廠。
再次見到那位趙副廠長，對方直接帶他們去了車間，找到了一個穿工裝、體格魁梧的中年人。
「這位是王主任，由他全程負責協助你們的工作，實驗過程中有什麼問題就跟他說。」趙副廠長介紹道。
張希德跟王主任握了握手，雙方簡單寒暄了幾句，隨後迅速進入了工作狀態。
徐衛國自動擔起了指揮責任，對王主任道：「咱們要做的第一步，是獲得冶金級矽，石英砂跟碳準備好了嗎？」
王主任詫異的看看他，又看向張希德。
張希德道：「聽他的！」
王主任壓下心裡的好奇，答道：「都準備好了，就在這邊。」
說罷，他領著來到了車間一角，指著地上堆放的幾個麻袋，「這就是石英砂跟碳。」
徐衛國走上前，打開袋子，裡面是細密的白色顆粒，正是石英砂。
「選礦預處理過嗎？」
「處理過，擦洗脫泥，磁選，最後浮選，這些流程都走過，純度很高的。」
「不夠。」徐衛國搖頭：「我們需要的是超高純度石英砂，必須得經過化學深度提純。」
王主任一臉懵：「化學提純該怎麼做？」
徐衛國：「先進行酸浸，把石英砂加入鹽酸、硫酸、氫氟酸等組成的三元混酸，在90攝氏度下反應八小時。可以有效去除氧化鉀跟氧化納。接著再放入氫氟酸跟硝酸組成的混酸中，去除三氧化二鐵。下一步是氯化焙燒，在1300攝氏度下通入氯氣或氯化氫氣體，去除鐵、鈦。」
「這麼麻煩啊……」
「是麻煩，但也必要。……好了，時間不等人，趕緊開干吧！」
王主任喊來幾個工人，開始按照徐衛國的指導對石英砂進行提純處理。
第一天的實驗進展倒是出乎預料的順利，到傍晚時，他們獲得了提純後的石英砂，隨後，樣品被送到實驗室進行純度檢測。
第二天早上時，結果出來了，石英砂純度超過了99.9%，倒不是說純度就這水平，而是現有的檢測手段只能測試這麼高的純度。
這個純度已經達標，可以開始下一步了。
接下來就要將石英砂跟碳（煤焦或石油焦）放到電弧爐里，高溫還原出矽。
這樣就得到了冶金級矽，純度大概在98%-99.5%，這個純度顯然是沒辦法做半導體材料的，還需要繼續提純。
將矽料碎成粉末，放入流化床反應器中與無水氯化氰在高溫下反應生成三氯氫矽，接著將三氯氫矽液體泵入串聯精餾塔，進行多級蒸餾，三氯氫矽的純度可以達到99.9999999%（9N）以上。
當然，以五十年代的技術是測不出這麼高精度的，都是後世測試數據。
下一步，就是西門子法的核心步驟，化學氣相沉澱。
要準備一個還原爐，將兩根高純的矽芯作為「種子」，垂直安裝並連接電極，抽真空，隨後充入高純度氫氣，矽芯通電加熱，將三氯氫矽與氫氣混合後通入還原爐，隨後發生氫還原反應跟熱分解反應，矽元素被沉積在矽芯表面，最終形成一根多晶矽棒。
其中最核心的材料是矽芯，它本身就應該是高純度矽，也就是說，製取高純度矽的前提是以高純度矽做材料，這就成了先有雞還是先有蛋的問題。
好在，還有另一種提純矽的方法，區熔法。
它以西門子法製取的低純度多晶矽棒做材料，提純出高純度單晶矽芯，再用於西門子法製取高純度矽棒。
流程就是：低純度多晶矽棒（西門子法）——高純度單晶矽芯（區熔法）——高純度多晶矽棒（西門子法）——高純度單晶矽錠（區熔法）
……
當徐衛國他們走完這一步時，時間已經來到了第七天。
在眾人期待的目光中，工人打開還原爐，小心翼翼的取出了矽棒。
徐衛國第一時間湊上前，仔細觀察，但只看了一眼，他心中就是一咯噔。