第207章 第一根晶體
第二天上午，單晶爐完成組裝。
廢舊真空蒸發設備的爐體被重新加固，原來的蒸發電極拆除後，底部裝上石墨坩堝托架，感應線圈圍在坩堝外側，頂部提拉架通過兩根導軌固定在爐蓋上。
籽晶夾頭垂在爐口中央，夾頭下方裝著一根經過磨削的鍺籽晶，長度不到三厘米，尖端被老孫修成平整斜面。
姜明站在控制台前，把加熱迴路分成比例、積分和微分三段。
新爐的熱慣量比三號爐小，爐體內的氣氛也更容易受到開蓋和進氣變化影響，原先用於區域提純的參數只能作為起點。
他讓大劉先接入模擬負載，方旭東檢查溫度傳感器與記錄儀，老孫則把蝸輪蝸杆拆下，沿銅齒逐個摸過。
「齒面還得再磨，轉速調到低檔以後，手輪能感覺出細小跳動。」
「先拆開看齒根。」
老孫把蝸輪放到工作檯上，大劉拿煤油燈照著齒槽，果然在一處嚙合面上找到未處理乾淨的毛刺。
「這裡會卡。」
老孫取出三角銼，一點點修掉凸起，又用細砂布把齒面擦過兩遍，重新裝回傳動箱。
空載升溫試驗開始後，坩堝溫度沿曲線快速上升，姜明把積分環節壓低，避免爐溫接近熔點時積累過多誤差。
控制台上的溫度曲線比三號爐短促，感應線圈的功率調整隻隔著很短的響應時間，方旭東把紙帶速度調快，才完整記錄下每一次功率變化。
「八百五十度，爐底比爐口高兩度。」
「石墨坩堝底部先受熱，傳感器位置往下移。」
姜明讓大劉鬆開傳感器固定座，將探頭移到坩堝中部高度，又讓方旭東重新做一次升溫曲線。
第二次空載試驗完成後，爐內溫度分布收窄，感應功率從高位回落，控制器開始沿設定值附近小幅修正。
下午，提純後的多晶鍺被送進潔淨料盤。
六遍提純後的前段鍺料已經切除尾部富集區，剩下的部分被切成小塊，逐塊放入石墨坩堝，坩堝內總重量按第一爐試驗容量控制。
老孫戴上隔熱手套，將坩堝固定在托架上，姜明確認籽晶夾頭位於爐口中心，隨後讓他合上爐蓋。
氬氣進入爐腔，壓力達到規定範圍後，加熱迴路啟動。
石墨坩堝外壁先變成暗紅色，溫度繼續向熔點上升，鍺塊邊緣開始失去原有稜角，液面在坩堝底部緩慢鋪開。
方旭東守著窺視窗，把溫度和液面狀態寫在記錄紙上。
「九百三十八度，底部開始熔化。」
「九百四十五，中心還有固體。」
姜明讓加熱功率保持在當前值，等熔體完全鋪開再繼續升溫。
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十分鐘後，最後一塊鍺料沉入液面，坩堝中只剩一層銀灰色熔體，表面隨著感應加熱產生輕微流動。
姜明讓籽晶下降。
老孫轉動提拉手輪，籽晶夾頭沿導軌緩慢下行，尖端接近熔體表面時，方旭東將窺視窗旁的遮光片推開一格。
籽晶尖端接觸液面，亮度隨之改變，熔體沿籽晶向上爬出一小段。
「接觸穩定，籽晶已經掛住熔體。」
姜明看了一眼記錄紙。
「提拉速度每分鐘一毫米，旋轉每分鐘十五轉。」
老孫把手輪交給傳動機構，大劉接通旋轉電機，籽晶開始緩慢上升，液面和籽晶之間形成一圈彎月面。
前五分鐘，彎月面邊緣保持光滑，熔體從四周向中心補充，固液界面呈弧形向上延伸。
方旭東通過窺視窗觀察彎月面，把每次形狀變化標記在紙帶旁。
「提拉線性，旋轉讀數每分鐘十五轉，爐溫九百四十三點八度。」
「繼續。」
姜明把熔體溫度和籽晶位置放在同一張紙上，觀察溫度曲線是否與彎月面變化同步。
第六分鐘，籽晶已經拉出五毫米，晶體表面呈金屬灰色，側面光滑。
第七分鐘，彎月面右側出現一道短促的折線。
方旭東用鉛筆圈住觀察窗里的位置。
「右側邊緣不圓了。」
老孫把手搭在傳動機構上，旋轉電機仍在工作，蝸輪蝸杆的轉動聲卻出現了不規則的間隔。
第八分鐘，彎月面兩側同時生出多邊形稜角，液面與晶體接觸處的亮度開始分散。
新拉出的鍺棒表面變成乳白色，金屬光澤從一段邊緣退開，細小的晶粒紋理沿著側面向上擴展。
「停提。」
姜明把提拉手輪壓住。
老孫切斷上升機構，籽晶停在爐口下方，旋轉仍保留著低速運行。
姜明盯著那段乳白色晶體，隨後讓方旭東記錄當前長度。
「從第八分鐘開始轉多晶，已經不能繼續長。」
老孫檢查傳動箱，手指摸過蝸輪外殼。
「剛才轉過某個角度時，齒輪卡了一下。」
「停頓多久？」
「大約零點二秒，手輪能感覺到。」
大劉拆開傳動箱，把蝸輪銅齒取出來，燈光落在齒根處，那裡留著一塊未修淨的毛刺，嚙合後在齒面上壓出一條淺痕。
姜明把失敗晶體從夾頭上取下，等溫度降低後沿縱向切開。
斷面前段仍保持連續取向，到了乳白色區域，晶粒從一條主方向分散成幾組，繼續向外擴展，最後形成互相交錯的晶界。
方旭東拿偏光顯微鏡檢查斷面，記錄下取向變化位置。
「從五毫米以後開始亂，正好對應旋轉出現遲滯的時間。」
姜明將斷面圖與溫度曲線並排放好。
「旋轉速度波動，帶動熔體流動變化，固液界面溫度梯度跟著翻轉，過冷區域形成新的晶核。」
老孫把蝸輪放回工作檯。
「機械端先修好，轉速每分鐘十五轉也許太快，溫度場受不住。」
姜明看著失敗樣品的乳白色側面，抬手在紙上寫下兩組參數。
「第二次，旋轉降到每分鐘十二轉，提拉降到每分鐘零點八毫米，先保住界面。」
大劉把修整工具遞給老孫，老孫重新處理蝸輪齒根，又在傳動軸上加了一枚薄墊片，減少軸向竄動。
第二爐裝料時，提純鍺料的重量比第一次少了一成，姜明希望降低熔體高度，讓籽晶接觸面距離坩堝底部更近，縮短溫度場的傳遞路徑。
氬氣流量重新校準，熔體升溫到九百四十五度後，籽晶再次下降。
這次老孫不直接交給電機，先用手輪帶動籽晶旋轉，等接觸點穩定以後，才讓旋轉機構保持低速運行。
「每分鐘十二轉，提拉零點八。」
方旭東把兩項數據寫在記錄紙頂部。
籽晶離開熔體表面，彎月面緩慢拉長，前十分鐘的界面始終保持圓滑，晶體直徑雖有變化，邊緣仍處在可修正範圍內。
爐溫曲線向上偏移零點二度，控制器補回一小段功率，彎月面隨之恢復原形。
第十五分鐘，鍺晶體已經長出一厘米多，表面呈均勻的金屬灰色。
第二十分鐘，籽晶位置繼續上升，坩堝里的熔體逐漸減少，固液界面仍沿著同一方向推進。
老孫把手放在傳動箱上，齒輪轉動聲連貫，手輪刻線與記錄紙上的位置變化保持一致。
四十分鐘後，姜明讓他停止提拉，繼續保持旋轉，等晶體與熔體完全脫離後再降溫。
鍺棒被取出，長度三十二毫米，側面平滑，表面帶著金屬光澤，底部保留著一圈短小的生長痕跡。
方旭東將端面磨平，拿到偏光顯微鏡下觀察。
顯微鏡視野里，晶體斷面呈現同一方向的連續亮暗變化，找不到第一爐那種分散晶粒。
「全部同一取向。」
老孫把工具箱蓋上。
「這回成了。」
姜明沒有接話，他把鍺棒放到軟木夾具中，沿長度方向劃出測量標線。
「單晶生長只是第一步，先測電阻率。」
方旭東把四探針測量台搬到桌邊，調好電流源和電壓表。
「每隔兩毫米？」
「每隔兩毫米，頭尾都測，數據要能和區域提純曲線接上。」
林蘭英站在旁邊，看著三十二毫米長的鍺單晶，手指在記錄紙上輕輕壓住一角。
「這根晶體的長度，已經超過我們原先準備的觀察樣品。」
「它能不能做器件，還要看雜質分布。」
姜明將單晶固定到夾具上，第一組探針落在頭部端面，電壓表指針隨電流源接通而移動。
方旭東拿起鉛筆，等待讀數穩定。
「頭部第一點，開始記錄。」
廢舊真空蒸發設備的爐體被重新加固，原來的蒸發電極拆除後，底部裝上石墨坩堝托架，感應線圈圍在坩堝外側，頂部提拉架通過兩根導軌固定在爐蓋上。
籽晶夾頭垂在爐口中央，夾頭下方裝著一根經過磨削的鍺籽晶，長度不到三厘米，尖端被老孫修成平整斜面。
姜明站在控制台前，把加熱迴路分成比例、積分和微分三段。
新爐的熱慣量比三號爐小，爐體內的氣氛也更容易受到開蓋和進氣變化影響，原先用於區域提純的參數只能作為起點。
他讓大劉先接入模擬負載，方旭東檢查溫度傳感器與記錄儀，老孫則把蝸輪蝸杆拆下，沿銅齒逐個摸過。
「齒面還得再磨，轉速調到低檔以後，手輪能感覺出細小跳動。」
「先拆開看齒根。」
老孫把蝸輪放到工作檯上，大劉拿煤油燈照著齒槽，果然在一處嚙合面上找到未處理乾淨的毛刺。
「這裡會卡。」
老孫取出三角銼，一點點修掉凸起，又用細砂布把齒面擦過兩遍，重新裝回傳動箱。
空載升溫試驗開始後，坩堝溫度沿曲線快速上升，姜明把積分環節壓低，避免爐溫接近熔點時積累過多誤差。
控制台上的溫度曲線比三號爐短促，感應線圈的功率調整隻隔著很短的響應時間，方旭東把紙帶速度調快，才完整記錄下每一次功率變化。
「八百五十度，爐底比爐口高兩度。」
「石墨坩堝底部先受熱，傳感器位置往下移。」
姜明讓大劉鬆開傳感器固定座，將探頭移到坩堝中部高度，又讓方旭東重新做一次升溫曲線。
第二次空載試驗完成後，爐內溫度分布收窄，感應功率從高位回落，控制器開始沿設定值附近小幅修正。
下午，提純後的多晶鍺被送進潔淨料盤。
六遍提純後的前段鍺料已經切除尾部富集區，剩下的部分被切成小塊，逐塊放入石墨坩堝，坩堝內總重量按第一爐試驗容量控制。
老孫戴上隔熱手套，將坩堝固定在托架上，姜明確認籽晶夾頭位於爐口中心，隨後讓他合上爐蓋。
氬氣進入爐腔，壓力達到規定範圍後，加熱迴路啟動。
石墨坩堝外壁先變成暗紅色，溫度繼續向熔點上升，鍺塊邊緣開始失去原有稜角，液面在坩堝底部緩慢鋪開。
方旭東守著窺視窗，把溫度和液面狀態寫在記錄紙上。
「九百三十八度，底部開始熔化。」
「九百四十五，中心還有固體。」
姜明讓加熱功率保持在當前值，等熔體完全鋪開再繼續升溫。
（由於緩存原因，請用戶直接瀏覽器訪問 TW 看書網體驗佳，𝘴𝘩𝘶.𝘵𝘸輕鬆讀 網站，觀看最快的章節更新）
十分鐘後，最後一塊鍺料沉入液面，坩堝中只剩一層銀灰色熔體，表面隨著感應加熱產生輕微流動。
姜明讓籽晶下降。
老孫轉動提拉手輪，籽晶夾頭沿導軌緩慢下行，尖端接近熔體表面時，方旭東將窺視窗旁的遮光片推開一格。
籽晶尖端接觸液面，亮度隨之改變，熔體沿籽晶向上爬出一小段。
「接觸穩定，籽晶已經掛住熔體。」
姜明看了一眼記錄紙。
「提拉速度每分鐘一毫米，旋轉每分鐘十五轉。」
老孫把手輪交給傳動機構，大劉接通旋轉電機，籽晶開始緩慢上升，液面和籽晶之間形成一圈彎月面。
前五分鐘，彎月面邊緣保持光滑，熔體從四周向中心補充，固液界面呈弧形向上延伸。
方旭東通過窺視窗觀察彎月面，把每次形狀變化標記在紙帶旁。
「提拉線性，旋轉讀數每分鐘十五轉，爐溫九百四十三點八度。」
「繼續。」
姜明把熔體溫度和籽晶位置放在同一張紙上，觀察溫度曲線是否與彎月面變化同步。
第六分鐘，籽晶已經拉出五毫米，晶體表面呈金屬灰色，側面光滑。
第七分鐘，彎月面右側出現一道短促的折線。
方旭東用鉛筆圈住觀察窗里的位置。
「右側邊緣不圓了。」
老孫把手搭在傳動機構上，旋轉電機仍在工作，蝸輪蝸杆的轉動聲卻出現了不規則的間隔。
第八分鐘，彎月面兩側同時生出多邊形稜角，液面與晶體接觸處的亮度開始分散。
新拉出的鍺棒表面變成乳白色，金屬光澤從一段邊緣退開，細小的晶粒紋理沿著側面向上擴展。
「停提。」
姜明把提拉手輪壓住。
老孫切斷上升機構，籽晶停在爐口下方，旋轉仍保留著低速運行。
姜明盯著那段乳白色晶體，隨後讓方旭東記錄當前長度。
「從第八分鐘開始轉多晶，已經不能繼續長。」
老孫檢查傳動箱，手指摸過蝸輪外殼。
「剛才轉過某個角度時，齒輪卡了一下。」
「停頓多久？」
「大約零點二秒，手輪能感覺到。」
大劉拆開傳動箱，把蝸輪銅齒取出來，燈光落在齒根處，那裡留著一塊未修淨的毛刺，嚙合後在齒面上壓出一條淺痕。
姜明把失敗晶體從夾頭上取下，等溫度降低後沿縱向切開。
斷面前段仍保持連續取向，到了乳白色區域，晶粒從一條主方向分散成幾組，繼續向外擴展，最後形成互相交錯的晶界。
方旭東拿偏光顯微鏡檢查斷面，記錄下取向變化位置。
「從五毫米以後開始亂，正好對應旋轉出現遲滯的時間。」
姜明將斷面圖與溫度曲線並排放好。
「旋轉速度波動，帶動熔體流動變化，固液界面溫度梯度跟著翻轉，過冷區域形成新的晶核。」
老孫把蝸輪放回工作檯。
「機械端先修好，轉速每分鐘十五轉也許太快，溫度場受不住。」
姜明看著失敗樣品的乳白色側面，抬手在紙上寫下兩組參數。
「第二次，旋轉降到每分鐘十二轉，提拉降到每分鐘零點八毫米，先保住界面。」
大劉把修整工具遞給老孫，老孫重新處理蝸輪齒根，又在傳動軸上加了一枚薄墊片，減少軸向竄動。
第二爐裝料時，提純鍺料的重量比第一次少了一成，姜明希望降低熔體高度，讓籽晶接觸面距離坩堝底部更近，縮短溫度場的傳遞路徑。
氬氣流量重新校準，熔體升溫到九百四十五度後，籽晶再次下降。
這次老孫不直接交給電機，先用手輪帶動籽晶旋轉，等接觸點穩定以後，才讓旋轉機構保持低速運行。
「每分鐘十二轉，提拉零點八。」
方旭東把兩項數據寫在記錄紙頂部。
籽晶離開熔體表面，彎月面緩慢拉長，前十分鐘的界面始終保持圓滑，晶體直徑雖有變化，邊緣仍處在可修正範圍內。
爐溫曲線向上偏移零點二度，控制器補回一小段功率，彎月面隨之恢復原形。
第十五分鐘，鍺晶體已經長出一厘米多，表面呈均勻的金屬灰色。
第二十分鐘，籽晶位置繼續上升，坩堝里的熔體逐漸減少，固液界面仍沿著同一方向推進。
老孫把手放在傳動箱上，齒輪轉動聲連貫，手輪刻線與記錄紙上的位置變化保持一致。
四十分鐘後，姜明讓他停止提拉，繼續保持旋轉，等晶體與熔體完全脫離後再降溫。
鍺棒被取出，長度三十二毫米，側面平滑，表面帶著金屬光澤，底部保留著一圈短小的生長痕跡。
方旭東將端面磨平，拿到偏光顯微鏡下觀察。
顯微鏡視野里，晶體斷面呈現同一方向的連續亮暗變化，找不到第一爐那種分散晶粒。
「全部同一取向。」
老孫把工具箱蓋上。
「這回成了。」
姜明沒有接話，他把鍺棒放到軟木夾具中，沿長度方向劃出測量標線。
「單晶生長只是第一步，先測電阻率。」
方旭東把四探針測量台搬到桌邊，調好電流源和電壓表。
「每隔兩毫米？」
「每隔兩毫米，頭尾都測，數據要能和區域提純曲線接上。」
林蘭英站在旁邊，看著三十二毫米長的鍺單晶，手指在記錄紙上輕輕壓住一角。
「這根晶體的長度，已經超過我們原先準備的觀察樣品。」
「它能不能做器件，還要看雜質分布。」
姜明將單晶固定到夾具上，第一組探針落在頭部端面，電壓表指針隨電流源接通而移動。
方旭東拿起鉛筆，等待讀數穩定。
「頭部第一點，開始記錄。」