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20世纪50年代，当欧美强国利用晶体管技术制成世界上第一块集成电路时，

我们还对半导体领域一无所知，

而这也让狂妄的欧美肆无忌惮的嘲笑我们：

“中国人，这辈子甭想搞成区熔法！”

可是他们惹错了人，在那个风云际会、英雄辈出的年代，一位年轻的中国人，

仅用4年就成功追平半导体领域单晶硅区熔技术方面的差距，

让一众欧美人大跌眼镜！

这又是怎样一个振奋人心的故事呢？您各位别急，正文开说之前，

胖先生我先给您各位讲一个发生在106年前的科学故事，

让大家对于今天要说的专业技术领域，多少有个了解。

时间回到1916年，此时波兰的一位化学家切•克劳斯基，

为了寻找一种能够测量金属结晶速率的方法，

已经连续很长时间不间断的在实验室做着各种试验，但这些实验结果无一成功，这让他非常苦恼。

“到底该怎样才能实现这一目标呢？”

在又一次试验失败后，切•克劳斯基非常沮丧，心不在焉的他想给钢笔加一点墨水，

但却不小心插到了旁边装满熔融金属锡的坩埚里，

随即“刺啦”一声响，打断了他的思绪，他这才发现钢笔放错了地方，惊呼着想把钢笔从坩埚里面提了出来。

但他惊讶地发现，从金属锡溶液中提出来的钢笔笔尖上，

竟然带出了一条非常细的金属丝线，

这种现象让切•克劳斯基非常感兴趣，他随即对金属丝线展开研究，经过一系列的核实，发现这种丝线竟然是由金属锡单晶构成的一种毫米级丝线，这让他脑内灵光一闪：

“运用这种方法，不就可以实现测量金属结晶速率的目的了吗？”

钙钛矿/单晶硅叠层太阳能电池

有心栽花花不开，无心插柳柳成荫，这次切•克劳斯基的钢笔立了大功，随后在1918年他成功发明了一种晶体生长方法：

直拉法！

但切•克劳斯基的发现在当时的科学界并没有引起多大的波澜，直到几十年后，

大名鼎鼎的贝尔实验室的一次实验，

才让他的发现得以被世人所知晓。

20世纪50年代，美国贝尔实验室的科学家们，

根据切•克劳斯基的直拉法研制成功单晶硅，

为半导体行业开辟了一条全新的研究方向，而制作单晶硅核心材料的直拉法工艺，是采用石墨电阻加热，将装在高纯度石英坩埚中的多晶硅熔化，然后在将籽晶插入熔体表面进行熔接，同时转动籽晶，再反转坩埚，籽晶缓慢向上提升，经过引晶、放大、转肩、等径生长、收尾等过程后，

就能得到一个又长又窄的单晶硅。

有了单晶硅之后，困扰半导体行业很久的难题很快就被解决，

随即集成电路也被研发出来，

从此全世界半导体行业迎来了一个爆发式的发展，这些成果足以让美欧骄傲的宣布：

人类的“硅文明”时代，

正式由他们拉开了序幕！

就在欧美科学家们集体狂欢的时候，彼时的中国却处于对于半导体行业一无所知的技术空白期，为了避免被欧美列强越落越远，

中国科学院决定在1960年成立半导体研究所，

专攻新型半导体技术。

时代的重任，落在了一个刚刚从苏联学成归来的年轻人肩上，

他就是梁骏吾（后被评为中国工程院院士）

，彼时的人们肯定想不到，正是这位27岁的年轻人，在未来的几十年内，撑起了中国半导体行业的一片天！

中国科学的摇篮：中科院

话说这一天，刚刚被分入中科院半导体所工作的梁骏吾，被林兰英主任叫到了跟前：

“小梁，你是咱们这里为数不多的从苏联留学归来的人才，对于未来的发展，有没有什么规划呢？”

“主任，我还年轻，还需要和各位前辈们多学习经验。”梁骏吾不知道主任叫自己来的目的，以为就是简单的谈话。

“是这样的，经过所里面的慎重考虑，我们决定由你来担任单晶硅材料研发课题组组长！”

看着略显腼腆的梁骏吾，林主任直截了当地说出了所里面的决定。

听闻主任的一番话，梁骏吾愣了一下，他怎么也没想到所里面会让自己承担如此重要的课题，再加上当时国内对于单晶硅材料所知甚少，研发难度系数巨大，自己毕竟只是一个刚毕业的学生，

是否能够胜任这个职位，心里实在没底。

看着沉默的梁骏吾，林所长已经猜到了他的担忧，随即用温和的语气和他说到：

“小梁，如今我们国家在半导体领域落后甚多，我们国家现的科研条件也不好，想要追上欧美强国难度很大，这些我都知道，但也请不要低估了自己的潜力，

只要你心中有那股不服输的劲头在，

即便是再大的困难也阻挡不住你的！”

看着主任信任的眼光，梁骏吾心中了然，

国家需要自己，就是再难也得上！

想明白了这一节，他深吸一口气，斩钉截铁地回答：

“感谢您的信任，我一定倾尽我的所能，

在最短的时间内突破咱们中国人自己的单晶硅生产工艺！

”

那个年代的先辈们，

身上都有一种浓浓的家国情怀，

那是一种为了国家利益不惜牺牲一切的劲头，我们的梁骏吾院士也不例外，他曾经写过这样一段话：

“无疑，对科学的探索是艰苦的，然而科学的成果却会带来全人类的喜悦。为祖国的富强而探索，我深感责任重大，为科学而奉献，

那是我们的无上荣光！

”

梁骏吾院士手笔

梁院士说到做到，从此他和课题组成员们一起，踏上了生产单晶硅技术的漫漫科研攻关路。

说到这里，咱们有必要简单介绍下单晶硅，制造单晶硅的原料很常见，就是随处可见的沙子（SiO2），不过沙子中虽然含有硅（Si）元素，但更多的是没用的杂质，为了保证制取的硅具有较高的电阻率，

就需要扫除其中的杂质，从而得到纯度较高的硅单晶，

这就是单晶硅制备技术的工艺原理。

提纯单晶硅的办法有两种：

直拉法和区熔法，

其中直拉法就是本文开头所说切•克劳斯基发明的工艺，直拉法制取单晶硅方法简单、运行稳定、投资少，但其制备的单晶硅纯度比较低，

而要想制备纯度更高的单晶硅，

就必须得用第二种办法：区熔法。

区熔法制备单晶硅的原理，是利用热能在纯度较低的棒料一端产生一熔区，再熔接单晶籽晶，然后再调节温度使熔区缓慢地向棒的另一端移动，

当熔区通过整根棒料后就会生长成一根与籽晶晶向相同的单晶！

在上世纪60年代，区熔法制备单晶硅可是一项实打实的前沿科技，由于单晶硅极易受到外物污染，因此在熔融的过程中必须要使其保持不予任何物体接触的悬浮状态，再加上如此高温对区熔炉材料要求极高，因此，区熔法虽然能制得高纯度单晶硅，

但设备寿命就成了制约该法大规模应用的瓶颈问题，

毕竟用不了几次就报废的设备，再有钱的主也早晚被折腾垮了。

国际上如此，国内就更别提了，在上世纪60年代我国半导体行业，

“区熔”简直就是禁区般的存在，

如果一个中国科学家胆敢宣称自己要搞区熔法制备单晶硅，那么一定会受到所有人的质疑：

“中国人，这辈子甭想搞成区熔法！”

先进半导体材料，中国人不能落后！

但梁骏吾是艺高人胆大，作为留学专攻半导体行业的尖子生，他怎不知道区熔法的前沿性？但欧美强国都在搞，如果我们还把主要精力放在相对落后的直拉法工艺中，

那么注定永远也无法追上来。

梁骏吾团队的技术攻坚战正式于1961年初打响，那个年代不论是生活物资还是科研设施，条件都非常差，当时所里面为了给他们提供最好的物资保障，专门翻修了实验室，但梁骏吾团队等不及实验室修好了，他们就在寒冷的冬天，挤在一间没有暖气的平房里工作，为了取暖，大家只能在上班路上顺手捡生火炉的柴火，

但就是在这样的环境中，这群年轻人没一个叫苦叫累。

1964年，团队辛苦的付出总算有了回报，在无数次实验失败后，梁骏吾和他的课题组成员们终于发现了导致区熔炉寿命缩短的关键问题所在，并根据问题对症下药，

创造性的提出了一种高频感应加热主回路的方案，

试图解决这个困扰半导体行业向前一步的关键技术问题。

“大家注意，现在点火！”按照团队自主方案设计的区熔炉制造好后，大家迫不及待地进行了正常工况验证，只听梁骏吾一声令下，

这台由中国人制造的区熔炉开始运转起来。

“1小时到，运行状态完好！”

“2小时到，运行状态完好！”

......

时间一分一秒的过去了，这台区熔炉还在稳稳的运行着，但梁骏吾却把心提到了嗓子眼，双眼紧盯着仪表盘，恨不得连眨都不眨一下，因为以前的炉子在刚开始运行时也能撑住，但用不了几个小时，就会因为极端运行环境导致故障，

所以越往后，梁骏吾越紧张。

“23小时到，运行状态完好！”

“24小时到，运行状态完好！”

半导体二极管

一天一夜过去了，运行时间早已打破之前最长的记录，

但此时的区熔炉依旧完好地运转着，

丝毫看不出要出任何故障的端倪。

“我们是不是成功了？”

双眼早已布满血丝的梁骏吾，此时却不敢相信眼前的一切。

“是的，我们成功了！”

前来接班的同事激动万分，他忍不住上前一把，紧紧地抱住了梁骏吾。

从1961年接受任务，仅用了4年，年轻的梁骏吾就完美地解决了区熔法制备单晶硅工艺的难题，经过他们改进后的区熔炉，在连续运行24小时后，高频加热圈也没有出现不打火的问题，不仅解决了制备单晶硅时反复多次区熔加热的稳定性问题，

而且按照中国方案加工成的高频区熔硅单晶炉比国外的同类产品还先进，

最重要的是，梁骏吾的发现，还为后来的外延生长工艺中的感应加热技术提供了经验，可谓价值巨大！

时过境迁，转眼间已到2022年，虽然距离1964年已经过去58年，但由梁骏吾发明的高频区熔硅单晶炉至今仍被高熔炉生产厂家沿用至今，但我们的梁骏吾院士，

却在6月23日永远的离开了我们。

但他的事迹值得被全体国人所颂扬，他的精神也将会在每一代中国人的心中传递！

梁骏吾院士千古！

梁院士千古！

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