照片顯示，當(dāng)時(shí)601試驗(yàn)所的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和中國第一只硅單晶。

無論芯片供應(yīng)鏈的安危如何，無論5g時(shí)代的到來，這些熱門話題都展現(xiàn)出了我們生活與新聞化時(shí)代的密切關(guān)系。 眾所周知，由高純度硅制成的晶片是半導(dǎo)體領(lǐng)域的基礎(chǔ)，是新聞化時(shí)代不可缺少的核心材料。 鮮為人知的是，20世紀(jì)50年代到60年代，中國科學(xué)家依靠自身力量成功開發(fā)了高純度硅單晶。 這不僅打破了美蘇壟斷，也奠定了中國現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。

1957年，世界上第一個(gè)集成電路在美國問世，半導(dǎo)體技術(shù)很快在許多行業(yè)得到應(yīng)用。 與此同時(shí)，與西方競(jìng)爭的硅研究熱在中國科技界也悄然興起。 1958年9月，天津市公安局決定在馬鋼工廠設(shè)立601個(gè)試驗(yàn)所(中國電氣科46所前身)，開發(fā)小型變送器、步話機(jī)等。 試驗(yàn)成立后，首先成立了化學(xué)精制小組，開始了由石英石制造硅的實(shí)驗(yàn)研究。

但是，如何溶解高純度的硅單晶，當(dāng)時(shí)沒有什么進(jìn)展。 為此，601實(shí)驗(yàn)所決定成立物理純化小組。 擔(dān)任領(lǐng)隊(duì)的是28歲的丁守謙，他畢業(yè)于北京大學(xué)物理系電子光學(xué)專業(yè)，也是蘇聯(lián)專家謝爾曼培養(yǎng)的中國首批10名電子光學(xué)研究生之一。 張少華，原天津中學(xué)物理教師； 蔡載熙，28歲，從事原子核輻射相關(guān)研究； ◇靳健，26歲，從事宇宙線研究； 李性涵，原天津某電池廠長，近60歲； 雷蠡夏，北京大學(xué)物理學(xué)科畢業(yè)，熱衷理論物理的胡勇飛，天津大學(xué)物理系畢業(yè)生。 這樣，沒有一個(gè)游擊隊(duì)員專門從事半導(dǎo)體。 可以嗎？

物理組裝時(shí)，只有幾間平房，不僅沒有設(shè)備，而且缺乏技術(shù)資料。 歷經(jīng)千辛萬苦發(fā)現(xiàn)的俄語版《半導(dǎo)體冶金學(xué)》，使大家如珍寶。 從這點(diǎn)材料中，他們知道晶體硅的熔點(diǎn): 1414。 不僅熔點(diǎn)極高，化學(xué)性質(zhì)也極為活躍。 我該怎么辦？

當(dāng)時(shí)沒有設(shè)備，只有一臺(tái)用過的高壓變電設(shè)備。 李性涵提出了用高壓火花的方法，產(chǎn)生高頻振動(dòng)，使感應(yīng)石墨容器產(chǎn)生高溫。 經(jīng)過幾個(gè)月的摸索，終于達(dá)到了指定溫度，硅粉也溶化成了硅粉，大家都很高興。 但是，后來發(fā)現(xiàn)，按照這種做法組成的只有碳化硅，不是半導(dǎo)體材料所需的硅單晶。

全員必須重新在海外文獻(xiàn)中尋找理發(fā)線索。 在海上找針的結(jié)果表明，硅單晶需要用專用的硅單晶爐提拉，但硅單晶爐是什么樣子的在文獻(xiàn)中沒有提及。 后來，物理提煉集團(tuán)聽說北京有色金屬冶金院有拉鍺單晶的設(shè)備，原理和硅單晶的制造相似。 于是技術(shù)廠長汪吉春派丁守謙去取經(jīng)典。 丁守謙后來回顧說，雖然真的不看就不知道，但實(shí)物比文獻(xiàn)中介紹的要多得多、復(fù)雜得多。 丁守謙中途瞪大了眼睛，努力記住所有的細(xì)節(jié)。 根據(jù)他的記憶和大家的創(chuàng)作意見，不到半個(gè)月，拉硅單晶的自制爐就從圖紙變成了實(shí)物。

但是，如果真的輪到實(shí)驗(yàn)的話，問題就會(huì)接二連三地發(fā)生。 如果將硅加熱到1400度以上的熔點(diǎn)，爐壁整體會(huì)熱得燙手，但這是在鍺單晶爐(鍺的熔點(diǎn)為960度)中不會(huì)遇到的故障。 他們急忙給爐外殼裝上水冷套。 另外，單晶爐內(nèi)也需要保護(hù)氣體。 去哪里找合適的惰性氣體？ 他們必須自己制作真空系統(tǒng)，處理硅的氧化問題。

硅單晶爐建成后，剩下的最大難題是掌握火候和提拉的速度。 蔡載熙、靳健、張少華等用其他材料代替硅進(jìn)行了數(shù)百次實(shí)驗(yàn)和演習(xí)。 一切準(zhǔn)備就緒后，終于正式提拉硅單晶。

實(shí)驗(yàn)需要使用辛苦從蘇聯(lián)購買的小籽晶。 這是唯一的小籽晶！ 就是說實(shí)驗(yàn)只能成功，不能失敗！

1959年9月14日晚上9點(diǎn)左右，實(shí)驗(yàn)開始。 所有人都聚集在自制的硅單晶爐旁。 但是，好事多磨，坩堝內(nèi)的硅溶液只剩下1/3的地方，電機(jī)突然故障了。 大家急忙采取了人工馬達(dá)的方法，但一次又一次過了一會(huì)兒就不行了，實(shí)驗(yàn)被中斷了。

這個(gè)半途而廢的實(shí)驗(yàn)?zāi)艽騽?dòng)所有人的心，成功嗎？ 當(dāng)取出只結(jié)晶了2/3的像大拇指那么大的結(jié)晶時(shí)，大家的眼睛突然明亮了起來！ 我看到這個(gè)晶體有角，三個(gè)晶面閃閃發(fā)光！ 這就是人們夢(mèng)寐以求的硅單晶！

據(jù)鑒定，中國第一只硅單晶誕生于1959年9月15日凌晨！ 不到一年，中國第一只硅單晶開發(fā)成功，為新中國十年大慶獻(xiàn)上厚禮！

1960年3月，國家計(jì)委、冶金部正式批準(zhǔn)在天津建設(shè)703家工廠。 (冶金部規(guī)定硅的符號(hào)為703。 當(dāng)時(shí)硅單晶提拉成功了，但還需要進(jìn)一步提純。 國外科技資料表明，硅單晶純度至少要達(dá)到5個(gè)9 (即99.999% )，才能派上用場(chǎng)。 怎么才能精制呢？ 這又是一個(gè)大難題，其難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過提拉硅單晶本身。

經(jīng)過仔細(xì)討論，大家決定用高頻爐試試。 但是，聽起來，現(xiàn)在的高頻爐的頻率是幾百千赫茲，融化硅至少需要幾千千赫茲。 怎么辦？ 那個(gè)好不好暫且不論，吉春立刻決定先買一輛再說。 根據(jù)無線電的基本知識(shí)，他們自己動(dòng)手，對(duì)買來的高頻爐動(dòng)手進(jìn)行了改造。

下一個(gè)問題是如何處理電容器。 當(dāng)時(shí)不容易得到合適的電容器，還是只能自己做。 起初，他們想用玻璃制作絕緣介質(zhì)，但發(fā)現(xiàn)不行。 之后，大家取下在實(shí)驗(yàn)室吃飯的大理石桌子，把大理石桌子和銅片重疊在一起做了一個(gè)大電容器。 雖然解決了電容器的著火問題，但是高頻爐的電容器還沒有滿足要求。 于是他們使用空氣體電容器，精細(xì)調(diào)節(jié)間距，仔細(xì)打磨表面防止火花，最終滿足了技術(shù)要求。

1960年秋，他們連續(xù)掃描硅單晶棒17次后，純度達(dá)到7個(gè)9！ 國慶節(jié)11周年之際，他們?cè)俅我詢?yōu)異的成績向祖國獻(xiàn)上了厚禮。

1961年秋，國防科委和國家科委共同舉辦的全國硅材料研討會(huì)在北京召開。 萬吉爾欽帶著7個(gè)純度9個(gè)硅單晶去開會(huì)了。 聶榮臻元帥聽了這話笑著說。 “這是游擊隊(duì)打敗正規(guī)軍隊(duì)的！

中國科學(xué)院半導(dǎo)體專家鑒定后認(rèn)為，601試驗(yàn)所1960年的設(shè)備條件和產(chǎn)品純度，已經(jīng)相當(dāng)于美國1953年的水平，技術(shù)差距縮小到7-8年。 它使中國成為繼美國和蘇聯(lián)之后，世界上又能自己提拉硅單晶的國家，使中國在這個(gè)行業(yè)站在了與世界強(qiáng)國并肩的位置。

本文：《“沒有設(shè)備自己動(dòng)手 缺乏經(jīng)驗(yàn)自己摸索：中國半導(dǎo)體“基石”誕生記”》

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