第207章 新一代半导体材料(2/2)

首发：~第207章 新一代半导体材料

这里的光线是冷白色的，照亮了每一个不锈钢和石英器皿的棱角，反射出无机质的光泽，空气里嗅不到任何化学品的味道，只有一丝极其微弱的、属于高温烧结过的特种陶瓷的气息。

杨驰此时穿着全套无尘服，正站在一台精密管式炉的控制面板前。

屏幕上跳动着复杂的参数，温度曲线、气体流量、压力读数，炉体本身包裹着银色的保温层，只有中央一段透明的石英管暴露在外，此刻管内空空如也，但炉膛深处正酝酿着炽热。

通过厚重的橡胶手套，杨驰小心翼翼地打开一个特制的双层密封容器，里面盛放的，是这次实验的“心脏”——电子级高纯度金属镓。

它在室温下是液态，像一颗凝聚的水银珠，却闪烁着更为深邃、近乎蓝调的银灰色光泽。

镓珠被极其轻柔地转移到一只经过王水浸泡、超纯水反复冲洗、并在高温下煅烧除气的高纯石英舟中，因为任何微量的钠、钾或过渡金属杂质，都可能毁掉这块未来半导体材料的电学性能。

石英舟被平稳地送入手套箱内的预处理腔，真空泵发出低沉的嗡鸣，将空气抽尽。

随后，高纯氩气注入、置换，如此反复三次，确认氧含量和水汽含量低于亿分之一级别后，石英舟才被转移到与管式炉相连的进样端口。

“启动传输！”

肖蒙低声确认。

气动阀门打开，石英舟在氩气流的保护下，无声地滑入预热至800摄氏度的石英炉管中心区域。

炉内温度在精密热电偶的监控下稳定上升，透过耐高温观察窗，可以看到炉膛逐渐从暗红变为明亮的橙黄，最终在目标温度1200摄氏度附近稳定下来，散发出炽白的光芒，将石英管映照得如同熔融的光柱。

这已经不是陈辉第一次见到实验过程，他全神贯注的盯着气体控制单元，超高纯度，经过多重分子筛和金属吸气剂纯化的氧气，开始以极其精确、微小的流量注入氩气载流中。

氧气比例被严格控制，既要保证充分的氧化，又要避免过快的反应导致晶体缺陷或应力开裂。

陈辉知道，这次他们要制备的是氧化镓，根据模型跑出来的结果，这种氧化物具有更宽的禁带特性，更高的临界击穿场强。

这也是这个模型的强大之处。

只需要输入目标分数陈类，生成器就能输出想要的材料结构。

以往的材料学研究都是凭借经验和运气，进行成千上万次的实验才能最终获得成功，或者永远不会成功。

但现在，他们只需要根据输出的材料结构合成材料即可。

当然，目前来看，这个模型有一定作用，但精度也有限。

“这次应该能有不小的提升！”

鄂维南喃喃自语，在这次修正模型时，他就已经有种冥冥中的预感。

当然，之前每一次修正之后，他也都是这么说的。

炉管内，氩氧混合气体在高温下湍流、扩散。

石英舟中，那颗银灰色的镓珠早已完全熔化，在高温下表面张力使其形成完美的球冠。

当第一个高活性的氧分子撞击到液态镓表面时，镓原子与氧原子结合，在熔体表面形成极其微小的氧化镓晶核，随着氧气持续、稳定地供应，晶核沿着特定的晶面方向生长、蔓延。

这个过程需要极其缓慢——时间以小时计，杨驰不时查看连接在炉管出口的残余气体分析仪屏幕，确保没有异常的副产物峰出现，反应始终在理想路径上进行。

三个小时后，炉温开始按照预设程序缓慢下降，氧气供应早已停止，炉管内重新被纯氩气充满，温度降至安全范围，石英舟被自动传输回手套箱的冷却腔。

当杨驰最终在手套箱的惰性氛围中取出石英舟时，眼前的景象已截然不同。

那颗液态的银珠消失了，取而代之的是一块约几毫米见方、厚度均匀的薄片，它的颜色是独特的浅黄褐色，边缘近乎半透明，对着手套箱内的灯光，能隐约看到内部致密的、略带玻璃光泽的质地。

薄片表面光滑如镜，没有气泡或裂纹，这是精确控制反应速率和气温的成果，虽然是物理专业，但杨驰已经进行过数百上千次的材料制备实验，他的手艺相当不错。

杨驰用镊子极其小心地夹起这片尚有余温的“晶片”，将它放入另一个充满氩气的特制样品盒中，这不过只是个开始而已，接下来，这块晶片将被送往旁边的检测室，接受经受x射线衍射的晶体结构审视、霍尔效应测试对其载流子浓度和迁移率的拷问、原子力显微镜对其表面粗糙度的扫描……

大家稍微松了口气，这次材料制备相当成功，但他们对于制备出来的材料，却并没有抱有太大的期待。

这样的场景，已经重复了十二次。

“氧化镓的晶格常数是1038！”

一道惊呼打破了实验室中的沉闷气氛，这道惊呼来自一直盯着仪器屏幕的邓婷。

只是在第一道检测中，通过x射线检测晶体结构时，氧化镓就表现出了远超正常水平的特异。

通常来说，能带宽度与相邻原子电子云叠加值j成正比，晶格常数越大，j越小，能带宽度越小，则禁带宽度越大！

而目前工业界成熟的半导体材料硅的晶格常数是543，砷化镓的晶格常数是565，但氧化镓的晶格常数直接跳过两位数，来到了三位数，几乎是硅的20倍！

“不用继续检测了，直接通电测数据！”

肖蒙当机立断，这是最简单最快速的检测方式，只是这样可能造成样品的损坏，但她已经迫不及待的想要拿到这块薄片的参数了，反正制备方法他们已经掌握，即便是损坏，也可以再制备一片便是。

“我来！”

刚刚完成几个小时制备的杨驰顾不得疲惫，冲上前去，亲自动手实验。

鄂维南也是快步来到检测室旁，眼中已经有喜色涌动，氧化镓种种不同凡响的表现，似乎已经在谕示着什么了。

很快，在杨驰的操作下，一组组的数据被测量出来。

禁带宽度48-49 ev，远超当前主流半导体硅的11 ev、碳化硅的325 ev和氮化镓的34 ev，

临界击穿场强8mv/cm，是碳化硅（3 mv/cm）的27倍，硅（03 mv/cm）的27倍！

导通电阻理论值仅为硅的1/3000、碳化硅的1/6，在相同电压下损耗降低98！

并且氧化镓可通过熔体法生长大尺寸单晶，成本将大幅度降低，且单晶生长速度更快，这绝对是一种极其优秀的新半导体材料！

第四代半导体材料！

一组组数据先后被测量出来，见证了这一刻的所有人都明白，半导体界新的王者已经出现！

“我们……成功了？”

蔻依似乎还有些不敢相信。

实验室中却早已经陷入一片欢腾，

陈辉也开心的笑了起来，他现在已经知道五月的华夏数学学会年会要汇报什么成果了。

(本章完)