第四十九章 虎崖硅谷(1)(2 / 2)

“硅在地壳中的含量是除氧外最多的元素。如果说碳是组成一切有机生命的基础，那么硅对于地壳来说，占有同样的位置，因为地壳的主要部分都是由含硅的岩石层构成的。这些岩石几乎全部是由硅石和各种硅酸盐组成。

“高纯度硅在石英中提取，以单晶硅为例，提炼要经过以下过程：石英砂一冶金级硅一提纯和精炼一沉积多晶硅锭一单晶硅一硅片切割。冶金级硅的提炼并不难。它的制备主要是在电弧炉中用碳还原石英砂而成。这样被还原出来的硅的纯度约98－99%，但半导体工业用硅还必须进行高度提纯(电子级多晶硅纯度要求11个9，太阳能电池级只要求6个9)。而在提纯过程中，有“三氯氢硅还原法(西门子法)”等。得到高纯度的多晶硅后，还要在单晶炉中熔炼成单晶。

“而锗则存在于煤、铁矿和某些银矿、铜矿中，也可从锗石中产出。还可由二氧化锗用碳还原制得。也可以从煤炉烟道中的灰尘中回收。也可以从从精炼铜、锌、铅中获得……

讲科技基础课有时是非常枯燥的。但是，陈佳永和曾凡强的讲课内容，几乎都是全新的技术术语和从未听说过的知识，也算是由浅及深的电子科普知识课，非常吸引人，连旁听的安贞子都听得入了神。以至于安德森、查尔斯、汤姆、李三猫、莫二妹等一大批好学的人，都强烈要求他们每晚上再复讲一遍。

曾凡强的课，更是引人入胜。他将陈佳永拆散了的那台英国产的电子管2灯交流收音机零件搬到了讲台上，拿着实物为例，像讲故事一样，讲解了电子管收音机的工作原理：

“1904年，世界上第一只电子管在英国物理学家弗莱明的手下诞生了。人类第一只电子管的诞生，标志着世界从此进入了电子时代。世界上第一台计算机就采用了用1.8万只电子管，占地170平方米，重30吨，耗电150千瓦时。

“说起电子管的发明，我们首先得从“爱迪生效应”谈起。爱迪生是一位举世闻名的大发明家，在研究白炽灯的寿命时，在灯泡的碳丝附近焊上一小块金属片。结果，他发现了一个奇怪的现象：金属片虽然没有与灯丝接触，但如果在它们之间加上电压，灯丝就会产生一股电流，趋向附近的金属片。这股神秘的电流是从哪里来的呢？爱迪生也无法解释，但他不失时机地将这一发明注册了专利，并称之为“爱迪生效应”。后来，有人证明电流的产生是因为炽热的金属能向周围发射电子造成的。但最先预见到这一效应具有实用价值的，则是英国物理学家和电气工程师弗莱明。

“后来，美国发明家德福雷斯特，在二极管的灯丝和板极之间巧妙地加了一个栅板，从而发明了第一只真空三极管．这一小小的改动，竟带来了意想不到的结果．它不仅反应更为灵敏、能够发出音乐或声音的振动，而且，集检波、放大和振荡三种功能于一体．因此，许多人都将三极管的发明看作电子工业诞生的真正……

曾凡强又讲道：

“电子管有一种更好的替代产品就叫晶体管。什么是晶体管呢？通俗地说，晶体管就是用半导体做成的固体电子元件。像金银铜铁等金属，它们导电性能好，叫做导体。木材、玻璃、陶瓷、云母等不易导电，叫做绝缘体。导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，就叫半导体。晶体管就是用半导体材料制成的。这类材料最常见的便是锗和硅两种。

“晶体管的寿命一般比电子管长100到1000倍，可以称得上永久性器件的美名。首先、晶体管消耗电子极少，仅为电子管的十分之一或几十分之一。它不像电子管那样需要加热灯丝以产生自由电子。一台晶体管收音机只要几节干电池就可以半年一年地听下去，这对电子管收音机来说，是难以做到的。其次、晶体管不需预热，一开机就工作。例如，晶体管收音机一开就响，电子管设备就做不到这一点．开机后，非得等一会儿才听得到声音。显然，在军事、测量、记录等方面，晶体管是非常有优势的。第三、晶体管结实可靠，比电子管可靠100倍，耐冲击、耐振动，这都是电子管所无法比拟的。另外，晶体管的体积只有电子管的十分之一到百分之一，放热很少，可用于设计小型、复杂、可靠的电路。晶体管的制造工艺虽然精密，但工序简便，有利于提高元器件的安装密度。正因为晶体管的性能如此优越，所以，我们一定要尽快研制出来。

“氟硅酸钾（k2sif6）与过量金属钾共热制得无定形硅，在氧气中燃烧，生成二氧化硅――硅土，硅被命名为silicium。在高纯度的单晶硅中掺入微量的第iiia族元素，就形成了p型硅半导体；掺入微量的第va族元素，就形成了n型和p型半导体，把它们结合在一起，就可做成太阳能电池，将辐射能转变为电能。在开发能源方面是一种很有前途的材料。我们电子研究所即将研制的二级管、三级管、晶闸管甚至今后要研制的各种集成电路，包括我们带来的计算机内的芯片和cpu，都是用硅来做原材料的。

“我们要制成的硅为可控硅，不管可控硅的外形如何，它们的管芯都是由p型硅和n型硅组成的四层p1n1p2n2结构。它有三个pn结（j1、j2、j3），从j1结构的p1层引出阳极a，从n2层引出阴级k，从p2层引出控制极g，所以它是一种四层三端的半导体器件……

陈佳永又讲解了硅的生产工艺流程、设备、和操作方法等。虎崖的由两台蒸汽机带动的两台30千瓦发电机昼夜运转不停；各种机床设备赶制着电研所所需设备的零部件；铸造和锻压车间也是炉火熊熊，为电研所赶制着缸、壳、管等部件。李三猫和汤姆、华莱士等则认真按着资料照图施工……车间里的设备是由内置降液管的进料塔、加热器、再沸器、冷凝气、回流罐等，再加上一些较复杂精细的反应锅、电弧炉等各种设施组成的。李三猫他们感叹道：这些日子就忙着造出了这一堆类似“蜘蛛精”的“怪物”了。

半个月后，硅的生产车间建成并一次性投产了。一下子耗去了虎崖库存的10吨钢材和一吨铜材以及不少物资。累计又花去了约5万大洋。大队后勤部刀郎的钱袋子又一次几乎被陈佳永掏了个空，令他心疼不已。