第402章硅与锗的提纯

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一根长达两米、内径约五厘米的高纯度透明石英管被水平固定在支架上。石英管的两端连接着气体管道，持续不断地向管内充入高纯度的惰性气体——氩气，以彻底排绝空气中的氧气，防止金属在高温下氧化。
    在石英管的外部，套着一个由紫铜管绕制而成的高频感应加热线圈。这个线圈连接着一台大功率的射频发生器。线圈被安装在一个精密的机械滑轨上，可以在电机的驱动下，沿着石英管的轴向进行极其缓慢的平移。
    科研主管刘峰戴着墨镜，站在控制台前。
    “将百分之九十九纯度的锗锭放入石英管内的石墨舟中。密封管口。开启氩气置换。”刘峰下达指令。
    操作员确认密封后，按下了射频发生器的启动按钮。
    强大的高频交流电涌入紫铜线圈。根据电磁感应定律，交变磁场穿透石英管，在内部的锗锭中产生了强烈的涡流。
    涡流的电阻热迅速汇聚。
    在短短几分钟内。处于感应线圈正下方的那一小段锗锭，温度飙升至九百三十八摄氏度。
    固态的金属锗在这一小段区域内发生了物理相变，融化成了一团银白色的液态熔池。由于熔池的宽度很窄，液态金属在表面张力的作用下，并没有流散，而是稳稳地悬浮在固态锗锭之间。
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    这就是区域熔炼的核心——只融化一个极其狭窄的“区”。
    “开启滑轨电机。移动速度设定为每分钟两毫米。”刘峰紧盯着那个耀眼的液态熔区。
    机械丝杠缓慢转动，带着感应线圈向右侧平移。
    随着线圈的移动，原本处于熔融状态的左侧边缘开始脱离高温区。液态锗的温度下降，重新结晶凝固成固态。而右侧原本是固态的锗锭，则进入感应圈的范围，开始融化。
    这个银白色的液态熔区，就像一个微型的高温扫把，以极其缓慢的速度，沿着锗锭从左向右扫过。
    区域熔炼的物理学原理，建立在一个被称为偏析系数的结晶学常数上。
    对于锗晶体中的绝大多数杂质，它们在液态锗中的溶解度，远远大于在固态锗晶格中的溶解度。
    这意味着什么？
    这意味着，当液态熔区在移动时。左侧重新结晶的固态锗，会自动排斥那些杂质原子。杂质原子会本能地倾向于留在依然是液态的熔区中。
    随着熔区不断向右移动，它就像一块巨大的磁铁，将沿途所有的杂质原子不断地“吸”入液态区域，并一路推赶着它们向右侧前进。
    这是一个极其枯燥、缓慢的过程。
    每分钟两毫米的移动速度。走完一根长达五十厘米的锗锭，需要四个多小时。
    当感应线圈移动到锗锭的最右端并停止加热时。整个锗锭重新冷却固化。
    “第一遍扫描完成。”刘峰看着冷却后的金属锭。
    “这还不够。”
    他拿起一份数学推演报告。经过一次区域熔炼，左侧的纯度虽然提高了，但依然没有达到百亿分之一的要求。
    “进行第二次扫描。从左向右。”
    加热线圈回到起点，重新融化出一个狭窄的区域，再次开始缓慢的平移。
    十次、二十次、三十次。
    在实验室不眠不休的运转中。感应线圈在锗锭上反复扫过了整整四十次。
    每一次扫描，都会将微量的杂质进一步向右侧驱赶。
    当第四十次扫描结束后。
    刘峰戴上隔热手套，打开石英管的密封盖，抽出了那个石墨舟。
    经过四十次重熔和结晶的锗锭，其物理形态发生了一些明显的变化。
    它的左端和中段，呈现出一种极其明亮、结构致密的银色金属光泽。而它的最右端，大约五厘米长的一小段，颜色却变得暗淡且布满了杂质的斑点。
    这最右端的五厘米，集中了整根锗锭中几乎所有的杂质原子。
    “拿金刚石切割机来。”
    刘峰毫不犹豫地下令。
    高速旋转的金刚石锯片喷洒着冷却液，将锗锭最右端那含有高浓度杂质的部分切下，直接扔进了废料桶。
    剩下的那根锗锭，被送入了最高级别的光谱分析仪中进行纯度检测。
    几个小时后。
    检测员拿着报告单，双手因为激动而剧烈颤抖，快步走到刘峰面前。
    “刘主管……结果出来了。”
    “纯度九个九。杂质浓度，低于百亿分之一。”
    刘峰长长地吐出一口气，摘下防护眼镜。
    在物理学和材料学的极限拉扯下。大西北的工程师们，用最粗暴的火力发电厂粉煤灰，结合最精密的电磁感应和热力学偏析定律，生生炼出了当时地球上最纯净的物质。
    但这依然只是半导体的原料。要让它变成晶体管，还需要在微观层

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