按照我們設定的規律運行,作為基底的鍺晶體,其內部的雜質濃度必須被控製在百億分之一以下。”
“目前大西北最先進的化學提純手段,通過反複的酸洗和沉澱,也隻能將金屬鍺的純度提升到百分之九十九點九。這距離半導體級別的純度,還差了整整六個數量級。”
會議室裡陷入了死寂。
百分之九十九點九,在普通的冶金工業中,這已經是令人驚歎的高純度。但對於控製單個電子的微觀世界來說,這百分之零點一的雜質,就像是高速公路上堆滿了巨石,足以讓電子的流動發生徹底的散射和癱瘓。
李梟坐在主位上,手指輕輕地敲擊著紅木桌麵。
“困難是客觀存在的。但大西北的字典裡,沒有無法跨越的障礙。”
“從今天起,成立代號曙光的專項工程。”
“化學方法行不通,就用物理方法。從礦石開采到晶體提純,整個工業鏈條全麵配合。”
“把那種純度達到百億分之一的金屬,煉出來。”
一場針對微觀雜質的宏大工業戰爭,在李梟的指令下,全麵打響。
第一個難題,是尋找原料。
鍺,在地球地殼中的含量極為稀少,且極度分散,很少形成獨立的礦床。它通常以微量的形式伴生在鉛鋅礦或者煤炭中。
大西北擁有龐大的煤炭消耗量。火力發電廠日夜不停地燃燒著成千上萬噸的原煤,產生海量的粉煤灰。
這些被視為工業廢料的粉煤灰,成為了提取鍺的第一道原料場。
十一月初。陝北,第一火力發電廠附屬灰渣處理站。
寒風卷著黑灰色的粉塵在空曠的場地上肆虐。
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老趙穿著一套厚實的帆布工作服,臉上戴著帶有活性炭濾芯的防毒麵罩。他的工作環境十分惡劣,空氣中充滿了二氧化硫和矽酸鹽粉塵。
一台巨大的刮板輸送機,將發電廠電除塵器收集下來的粉煤灰源源不斷地運送到處理站的料倉中。
老趙手裡拿著一根長柄鐵耙,疏通著料倉底部的下料口。
第一步:高溫氯化焙燒。將粉煤灰與氯化鈉、煤粉混合,送入溫度高達九百攝氏度的回轉窯中。在高溫下,粉煤灰中微量的鍺元素與氯氣發生化學反應,生成四氯化鍺氣體。
第二步:氣體冷凝與水解。四氯化鍺氣體的沸點較低,通過冷凝管液化後收集。隨後將液態四氯化鍺加入大量純水中,發生劇烈的水解反應,生成白色的二氧化鍺沉澱物。
第三步:氫氣還原。將乾燥後的二氧化鍺粉末放入石英舟中,送入管式高溫電爐。通入高純度氫氣。在六百五十攝氏度下,氫氣奪走氧原子,生成水蒸氣。留下的,是呈現出暗灰色金屬光澤的初級海綿鍺。
在這個龐大的處理站裡,幾百名工人像老趙一樣,忍受著高溫和腐蝕性氣體的威脅。
他們處理了整整十萬噸的粉煤灰,消耗了大量的化學試劑和電力。
最終,在十二月底。
他們僅僅提取出了不到二十公斤的初級金屬鍺。
這二十公斤的金屬塊,其純度達到了百分之九十九。但它依然充滿了磷、硼等雜質,離半導體材料的要求還有著天壤之別。
化學的提純手段在這裡耗儘了它的物理潛能。接下來的工作,被移交給了西京物理研究院的固態物理實驗室。
實驗室設在一座新建的全封閉大樓內。
物理學家們麵對著這二十公斤暗灰色的金屬錠,拋棄了酸堿反應,轉而求助於熱力學與結晶學的底層定律。
一種名為區域熔煉的全新物理提純技術,在這裡被首次應用。
十二月十五日。區域熔煉實驗室。
實驗室的中央,擺放著一台結構奇特的設備。
一根長達兩米、內徑約五厘米的高純度透明石英管被水平固定在支架上。石英管的兩端連接著氣體管道,持續不斷地向管內充入高純度的惰性氣體——氬氣,以徹底排絕空氣中的氧氣,防止金屬在高溫下氧化。
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