参观结束后,顾赟将三人请到一间小会议室。
房间简陋,一张旧会议桌,几把木椅,墙上挂着毛主席像和“实事求是”的标语。
暖水瓶冒着热气,搪瓷缸子里泡着浓茶。
“宋教授,吕辰同志,谢凯同志,刚才你们看到的,就是我们真空所在‘薄膜化学气相沉积’方面的全部家底了。”顾赟开门见山,语气坦诚,“条件艰苦,水平有限。你们从红星所来,见惯了自动化、系统化,看我们这套‘手工作坊’,怕是觉得落后吧?”
宋颜教授摇头:“顾工言重了。恰恰相反,我们深受震撼。在这样简陋的条件下,你们能建立完整的工艺链,能稳定沉积出氮化硅、二氧化硅这些关键材料,这本身就是了不起的成就。”
文昭南教授接口道:“我们和真空所合作时间久,深知他们的难处。主要问题集中在几个方面。”
他扳着手指列举:“第一,‘测不准’与‘控不精’。真空度极限不高,微漏难查;气体流量靠经验估算;温度控制精度差;环境扰动大。
第二,知其然不知其所以然’。工艺严重依赖老师傅的‘手感’,是典型的‘黑箱’,对薄膜的微观结构、应力状态、界面特性几乎一无所知。
第三,‘需求牵引不足,目标模糊’。当前主要是为电子管服务,要求是‘牢固、均匀、耐高温’。但对于未来集成电路所需的纳米级精度、超洁净界面、特定电学性能,既无概念,也无需求。”
顾赟苦笑:“文教授总结得很到位。我们就像在黑暗里摸索,偶尔点亮一根火柴,看到一点光亮,但不知道整个房间是什么样子。”
这时,吕辰从随身背包里拿出一片样品,那是刚才刘师傅制作的氮化硅薄膜基片,顾赟特地送给他们作纪念的。
吕辰将基片举到窗前,对着光仔细观看。
薄膜在阳光下呈现淡淡的蓝紫色虹彩,均匀而致密。
“顾工,文教授。”吕辰转过身,“请允许我说几句可能冒昧的话。”
所有人的目光聚焦在他身上。
“你们的工作,不是‘手工作坊’,而是一门‘艺术’。”吕辰说,“在真空中,用精密的化学反应,在物体表面‘生长’出一层性能完全不同的新物质,这本身就是一种魔法。刘师傅调节阀门时的那种专注,观察流量计浮子时的那种敏锐,是任何自动化设备都无法替代的‘工匠直觉’。”
他走到会议室角落的黑板前,那是一块真正的黑板,表面已经磨得光滑,边缘堆着粉笔灰。
吕辰拿起一支粉笔,开始画图。
他先画了一个简单的结构,两层平行的金属板,中间是绝缘层。“这是电容器,你们熟悉。”
接着,他在绝缘层中间画了一个小方块,引出两条线。“但如果,我们在这里开一个‘门’,用一层极薄的绝缘膜作为‘门’的介质,下面是用特殊处理的半导体材料……”
他快速地画出了一个简易的金属-氧化物-半导体场效应晶体管结构图。
“这就是未来集成电路的基础单元,晶体管。”吕辰用粉笔点了点那层极薄的绝缘膜,“这一层,可能只有几十个原子那么厚。它的厚度均匀性、界面洁净度、电荷陷阱密度,直接决定了晶体管的性能、速度、功耗和可靠性。”
他转身,望着顾赟和文昭南:“你们现在沉积的氮化硅、二氧化硅,正是未来这层‘门介质’的核心候选材料。你们研究的‘化学气相沉积’,将不再是电子管的辅助工艺,而是建造整个微电子大厦的基石技术之一。”
会议室里安静极了,只有暖气管片轻微的嗡鸣。
几位老研究员盯着黑板上的结构图,眼神从疑惑逐渐变为震惊。
他们熟悉电子管,熟悉真空技术,但吕辰描述的这个世界,用一层几十个原子厚的薄膜来控制电流,将成千上万个这样的结构集成在指甲盖大小的硅片上,完全超出了他们的想象。
“可是……这怎么可能?”一位头发花白的老工程师喃喃道,“那么薄的膜,怎么控制厚度?怎么保证均匀?怎么测量?”
“这正是问题的关键。”吕辰放下粉笔,“难点不在于原理,化学反应你们已经掌握了。难点在于,如何将你们所有的经验,从一门依赖老师傅‘手感’和‘直觉’的‘艺术’,变成一套可重复、可量化、可设计的‘精密科学’。”
他回到座位,语气更加恳切:“刘师傅能通过观察浮子位置估算流量,这很了不起。但如果能给他一个质量流量控制器,让流量精确到每秒多少毫升;如果能给他的加热系统装上更精确的温度控制器,让温度稳定在±1°c;如果能用质谱仪实时监测反应腔内的气体成分;如果能用椭圆偏振仪在线测量膜厚……那么,他的经验就不再是‘黑箱’,而可以转化为数学模型,可以写成工艺规范,可以教给其他人。”
顾赟深吸一口气:“吕辰同志,你说的这些设备,我们听说过,但买不到,也造不出来。一台进口的质量流量控制器,要几万美元,还得外汇。椭圆偏振仪,我们这台自制的,已经是所里最精密的仪器了。”
“所以我们需要合作。”宋颜教授接话道,“红星所有‘掐丝珐琅’电路板的经验,有脉冲电机的控制技术,有正在研发的‘电子耳朵’传感系统。我们也许可以从最简单的开始。”
他提出了两个具体方向:“其一,我们可以共同研制一个简易‘射频辉光放电’实验装置。传统的热壁cVd需要高温,对许多基片材料不友好。射频辉光放电可以在较低温度下实现薄膜沉积,这对未来在硅片上集成多层结构至关重要。”
“其二,我们可以为你们的沉积系统加装自制的、基于‘掐丝珐琅’电路的简易温度-流量程序控制器。不需要一步到位达到国际水平,但至少可以做到:设定一个温度曲线,控制器能自动调节加热功率;设定气体流量比例,能通过步进电机驱动的针阀进行粗调。先把数据记录下来,建立工艺参数与薄膜性能的关联数据库。”
谢凯补充道:“我们还可以设计一套简易的数据采集系统,用‘掐丝珐琅’电路板做信号调理和模数转换,把温度、压力、流量这些关键参数实时记录下来。有了数据,就可以做统计分析,找到影响薄膜质量的关键因子。”
文昭南教授眼睛亮了:“这个思路好!先从‘数据化’开始。我们工业学院在自动控制理论方面有积累,可以负责算法和系统建模。真空所有工艺经验,红星所有工程实现能力,三方合作,正好互补!”
顾赟激动地站起来:“我这就写报告,向所领导申请立项!不,我直接去找所长,今天下午就开协调会!”
这时,吕辰想起一件事:“关于温度控制……我们红星所正在研发‘红外测温’技术,可以非接触式测量物体表面温度,精度很高,响应速度快。”
他顿了顿,语气变得谨慎:“但这项技术,目前还处于保密阶段,主要面向国防和重点工业应用。”
顾赟立刻明白:“我懂。我会以真空所名义,正式向红星所提出技术协作申请,走正规渠道,报上级批准。如果‘红外测温’能用到我们的沉积系统上,实现在线监测基片表面真实温度,那将是革命性的进步!”
会议气氛热烈起来,三方人员围在黑板前,你一言我一语,讨论技术细节、分工方案、时间节点。
吕辰看着这些眼睛发亮的研究人员,心中感慨。
他们此刻讨论的,还只是一些简陋的辅助设备、粗糙的数据采集系统。
但在未来,这些尝试将催生出中国的第一代半导体工艺设备,从手动控制的cVd炉,到半自动的淀积系统,再到完全计算机控制的集群式薄膜生长设备。
从“老师傅的手感”到“工艺规范数据库”,从“观察浮子”到“质量流量控制”,从“估计厚度”到“在线膜厚监测”——这条路漫长而艰难,但今天,就在这间简陋的会议室里,第一步已经迈出。
会议持续到中午。
真空所食堂送来了午饭,高粱米饭、白菜炖豆腐、咸菜疙瘩。
大家就着茶水,一边吃一边继续讨论。
文昭南教授提出了一个想法:“宋教授,对于将工艺‘数据化’,我深表赞同。不过,我们现有的检测手段,无论是干涉法测厚,还是电测法测阻,得到的都是宏观、间接的‘结果’参数,无法反映薄膜生长过程中的微观状态变化。”
“我在想,我们能否设法做一个设备,结合我们真空所对电子束的控制经验,学和微弱信号检测方面的理论优势,共同研制一台,嗯,或许可以叫它‘电子探针表面分析以及北大、清华等学校在电子光仪’的原型机?”
他继续阐述道:“它的目标不一定非要达到原子级别的精度,而是专注于解决我们最头疼的几个问题,一是薄膜表面的真实形貌,是否平整、有无凸起或孔洞;二是微小区域的成分是否均匀,比如是否出现杂质偏聚。哪怕分辨率只能做到亚微米级,并能对几个微米大小的区域进行简单的成分激发和光谱分析,对我们理解工艺、建立‘参数-结构-性能’的关联,就是革命性的进步了。”
文昭南教授建议道:“这个目标,我觉得以‘星河计划’协调的力量,加上电子管厂在电子枪和真空部件制造上的经验,是‘跳一跳可能够得着’的。它既能作为未来更高级电镜的技术预研和人才培养,又能立即服务于我们当前工艺优化的迫切需求。你们看,这个方向是否值得探讨?”
这样一个提议,既解决了对“看见微观世界”的终极需求,又脚踏实地、目标合理。
吕辰内心震动,他语气带着压抑不住的兴奋:“文教授,您这个想法太关键了!一针见血! 我们刚才一直在讨论如何把‘艺术’变成‘科学’,但所有的‘科学’都必须建立在‘观测’的基础上。如果我们连薄膜表面到底是什么样子都看不清,里面的原子是怎么排列的都不知道,那所有的工艺优化都像是在蒙着眼睛调整一台精密的钟表。”
他走到黑板前,在刚才画的晶体管旁边,画出一个简化的SEm原理图,电子枪、电磁透镜、扫描线圈、样品室、探测器。
“这不是一个独立的仪器,文教授。这是为我们整个‘星河计划’打造的‘工业眼睛’。光刻需要检查掩模版的缺陷,薄膜沉积需要观察膜层质量和界面,甚至未来检测芯片的失效点,都离不开它。您提议的,正是打通从‘工艺’到‘认知’最关键的一环。”
紧接着,他迅速将宏伟蓝图拉回到现实:“当然,我们不可能一上来就造出这样的电镜。但我们可以定一个清晰的、分阶段的目标,先造一台‘看得见’的机器。分辨率不追求纳米级,先做到亚微米级,能让我们看清薄膜表面的颗粒、裂纹和针孔,这已经比光学显微镜飞跃了一大步。”
宋颜教授也立刻意识到这个提议的极端重要性和可行性,他接过话头:“文教授这个提议,具有重大的战略意义。它不仅仅是真空所的需求,更是‘星河计划’全链条的共性需求。半导体所需要观察硅单晶的缺陷,长光所需要检测光刻镜头的污染和镀膜质量,我们集成电路实验室未来更需要它来分析失效机理。”
他快速勾勒出一个联合攻关的框架:“这件事,必须由‘星河计划’领导小组来牵头协调。清华和北大的电子物理、电子光学教研室有理论基础;长光所有最精密的光-机加工能力,可以负责镜筒和样品台的精密机械部分;真空所有真空系统和电子枪的经验;电子管厂能生产核心的阴极和高压电源;而我们红星所,可以贡献控制电路,以及系统集成的经验。这正是一次完美的‘全国一盘棋’协作。”
他看向顾赟和文昭南:“顾工,文教授,我建议我们今天就把这个设想作为一个正式的合作意向,写入会议纪要。我下午向刘星海教授和‘星河计划’领导小组汇报,申请将它列为紧急预备项目,协调各单位的顶尖力量组成‘电子光学仪器攻关协作组’。我们可以先从一个可行性研究和方案设计开始。”
顾赟当即提出具体启动方案:“好,既然宋教授负责申请项目,那我们这就立刻开始做事,不等全部批复。首先,拜托文教授联系北大和清华,尽快整理一份关于扫描电镜和电子探针的物理原理、核心参数、技术难点的最简报告,特别是电磁透镜的设计公式和像差理论。其次,我立即联系电子管厂,盘点我们现有哪些部件可以直接用或改造。”
他顿了顿:“我看,我们可以把最难的‘高分辨率成像’放一放,先利用电子管厂生产示波管的技术,制造一个简单的次级电子探测器。哪怕最初成像粗糙,只要能证实电子束轰击样品能产生可探测的信号,就是胜利的第一步。”
会议的气氛会从探讨具体工艺合作,瞬间升维到一项激动人心的国家级尖端仪器攻坚战的起点。
文昭南的提议像一颗火种,瞬间点燃了吕辰团队心中早已准备好的干柴。
这让他感到极大的鼓舞和欣慰,因为他发现自己的“远见”不仅被听懂了,更被一个拥有强大执行力和资源协调能力的团队接住了,并且瞬间被赋予了清晰的路径和国家的重量。
临走前,顾赟郑重地将三个木盒交给宋教授:“这是我们所能做出的最好的氮化硅、二氧化硅、金属铝薄膜样品,每种三片。还有我们历年的实验记录摘要副本。请带回红星所,作为合作的基础。”
“我们一定全力以赴。”宋颜教授握着顾赟的手,“回去后,我们立即组织团队,制定详细合作方案。”
“好!我们等你们的好消息!”
走出真空所,已是下午两点多。
冬日的阳光斜照在红砖楼上,给这座沉默的“战斗堡垒”镀上一层金色。