第8章 矽棒(2 / 2)

张希德跟王主任握了握手,双方简单寒暄了几句,随后迅速进入了工作状态。

徐卫国自动担起了指挥责任,对王主任道:「咱们要做的第一步,是获得冶金级矽,石英砂跟碳准备好了吗?」

王主任诧异的看看他,又看向张希德。

张希德道:「听他的!」

王主任压下心里的好奇,答道:「都准备好了,就在这边。」

说罢,他领着来到了车间一角,指着地上堆放的几个麻袋,「这就是石英砂跟碳。」

徐卫国走上前,打开袋子,里面是细密的白色颗粒,正是石英砂。

「选矿预处理过吗?」

「处理过,擦洗脱泥,磁选,最后浮选,这些流程都走过,纯度很高的。」

「不够。」徐卫国摇头:「我们需要的是超高纯度石英砂,必须得经过化学深度提纯。」

王主任一脸懵:「化学提纯该怎麽做?」

徐卫国:「先进行酸浸,把石英砂加入盐酸丶硫酸丶氢氟酸等组成的三元混酸,在90摄氏度下反应八小时。可以有效去除氧化钾跟氧化纳。接着再放入氢氟酸跟硝酸组成的混酸中,去除三氧化二铁。下一步是氯化焙烧,在1300摄氏度下通入氯气或氯化氢气体,去除铁丶钛。」

「这麽麻烦啊……」

「是麻烦,但也必要。……好了,时间不等人,赶紧开干吧!」

王主任喊来几个工人,开始按照徐卫国的指导对石英砂进行提纯处理。

第一天的实验进展倒是出乎预料的顺利,到傍晚时,他们获得了提纯后的石英砂,随后,样品被送到实验室进行纯度检测。

第二天早上时,结果出来了,石英砂纯度超过了99.9%,倒不是说纯度就这水平,而是现有的检测手段只能测试这麽高的纯度。

这个纯度已经达标,可以开始下一步了。

接下来就要将石英砂跟碳(煤焦或石油焦)放到电弧炉里,高温还原出矽。

这样就得到了冶金级矽,纯度大概在98%-99.5%,这个纯度显然是没办法做半导体材料的,还需要继续提纯。

将矽料碎成粉末,放入流化床反应器中与无水氯化氰在高温下反应生成三氯氢矽,接着将三氯氢矽液体泵入串联精馏塔,进行多级蒸馏,三氯氢矽的纯度可以达到99.9999999%(9N)以上。

当然,以五十年代的技术是测不出这麽高精度的,都是后世测试数据。

下一步,就是西门子法的核心步骤,化学气相沉淀。

要准备一个还原炉,将两根高纯的矽芯作为「种子」,垂直安装并连接电极,抽真空,随后充入高纯度氢气,矽芯通电加热,将三氯氢矽与氢气混合后通入还原炉,随后发生氢还原反应跟热分解反应,矽元素被沉积在矽芯表面,最终形成一根多晶矽棒。

其中最核心的材料是矽芯,它本身就应该是高纯度矽,也就是说,制取高纯度矽的前提是以高纯度矽做材料,这就成了先有鸡还是先有蛋的问题。

好在,还有另一种提纯矽的方法,区熔法。

它以西门子法制取的低纯度多晶矽棒做材料,提纯出高纯度单晶矽芯,再用于西门子法制取高纯度矽棒。

流程就是:低纯度多晶矽棒(西门子法)——高纯度单晶矽芯(区熔法)——高纯度多晶矽棒(西门子法)——高纯度单晶矽锭(区熔法)

……

当徐卫国他们走完这一步时,时间已经来到了第七天。

在众人期待的目光中,工人打开还原炉,小心翼翼的取出了矽棒。

徐卫国第一时间凑上前,仔细观察,但只看了一眼,他心中就是一咯噔。