第233章 窄禁帶的上限
舊實驗室里擺著兩套測試台，一套接著鍺電晶體，另一套接著矽電晶體，金屬導線沿桌面鋪開，儀表指針各自停在不同刻度，空氣里留著松香、金屬和舊紙張混合的氣味。
一名頭髮花白的德國老人站在黑板旁，身上穿著深色實驗外套，袖口磨得發亮，他先看姜明手裡的筆記本，又看向兩套測試台，沒有詢問來意，直接拿起粉筆寫下一串數字。
鍺，電子遷移率三千九百。
矽，一千四百。
老人把粉筆頭掰成兩截，指向鍺那一行。
「只看這個數字，鍺當然漂亮。」
他的德語經過通天錄轉換，語氣裡帶著實驗室里常見的嚴厲。
「可高頻器件不按一個數字做決定，遷移率只能說明載流子跑得快，跑得快的載流子也會被結電容、表面複合和引線電感攔住。」
姜明翻開筆記本，先把三百兆赫茲寫在頁首，隨後問道：「鍺的單管極限，應該怎樣估算？」
老人拿起一張舊測試紙，紙上密布著不同溫度下的截止頻率曲線，鍺曲線在室溫附近尚能抬升，溫度繼續提高後迅速向下折返。
「先看禁帶寬度，鍺是零點六七電子伏特，矽是一點一二，差距落在本徵載流子濃度上。」
他用鉛筆在曲線旁寫出指數關係，又把溫度從二十五度推到七十度，曲線上的漏電流隨之上揚，儀表指針在紙面上形成一段向右伸長的黑線。
「鍺在溫度升高以後，本徵載流子增加得快，漏電流會把結區工作狀態推離設計點，器件能承受的溫度範圍大約止在七十度附近。」
姜明盯著那條曲線，手指壓住紙角，腦中浮現出第一批管子在高頻測試台上的下落曲線，二十七隻管子雖然分布集中，溫度稍有變化，漏電和增益都開始向不同方向漂移。
「第二個限制是擊穿電壓。」
老人換了一張圖，圖上畫著鍺和矽的結區電場，鍺曲線在較低電壓處先觸及擊穿邊界，矽的可用電壓範圍向上延伸許多。
「禁帶寬度更窄，允許的電場邊界就更低，鍺器件擊穿電壓大約只有矽的一半，前級想提高擺幅，常常先撞到這裡。」
姜明把擊穿電壓寫進筆記本，又在旁邊記下二十四吉赫茲前級需要的增益、噪聲和穩定工作區，三項指標相互牽制，任何一項拉高，另外兩項都會變得難做。
老人走到鍺電晶體測試台前，打開一隻舊金屬盒，取出幾片經過拋光的鍺片，表面在燈光下泛著灰白色。
「第三個限制來自表面，窄禁帶材料里的表面態影響更重，表面複合速度一旦接近體內複合速度，少子壽命就會被拉短。」
他拿出一支紅鉛筆，在鍺片邊緣畫出密集的陷阱能級。
「你們現在測到的表面態密度，已經足夠解釋一部分頻率損失，可它還會和結電容、基區寬度一起變化，單項修補能抬高曲線，整套約束仍然存在。」
姜明翻到謝希德的光電導譜複測數據，把一百六十到一百八十兆赫茲的第二批結果寫在旁邊。
「我們把表面處理和氧化矽沉積接上以後，頻率提升約百分之二十，基區寬度縮小能再解釋一段，剩餘部分落在摻雜梯度和材料參數上。」
「這正是工程數據該有的樣子。」
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老人把鍺片放回金屬盒，拿起一張計算紙，在紙上列出渡越時間、結電容、表面複合速度和引線電感四項。
「遷移率決定直流和低頻增益，高頻截止頻率要看綜合響應，基區越薄越好，表面態越低越好，結電容也要跟著下降，任何一項留在原處，曲線都會被它拖住。」
他將幾項參數代入計算，數字在紙面上逐漸收攏。
「室溫下，鍺單管理論天花板大約五百兆赫茲，工程上可穩定做到三百到四百兆赫茲，完美工藝也難越過一吉赫茲。」
姜明握筆的手落在紙面上，筆尖沿著五百兆赫茲那一行划過，紙張被壓出一道深色痕跡。
「二十四吉赫茲前級？」
老人抬眼看他，語氣變得更直接。
「若目標頻率在一吉赫茲以上，繼續把每個小時都壓在鍺上，等於替一條走不通的路鋪石子。」
實驗室里只剩儀表指針輕微擺動的聲響，姜明低頭看著那張計算紙，王守武在502黑板前寫下的三百兆赫茲還留在他的記憶里，吳漢章把預研方案中的鍺字用鉛筆圈住，方旭東則將第二批數據裝進文件夾，等待下一次測試。
他把老人寫下的參數全部抄進牛皮紙筆記本，隨後重新畫出鍺和矽的能帶邊緣，矽的禁帶寬度更大，表面氧化層也能形成穩定保護，基區可以繼續壓薄，表面態對載流子的影響隨之下降。
「矽的工程極限？」
「數吉赫茲，具體數字取決於結電容、氧化層、雜質分布和引線結構。」
老人將一塊矽片夾到測試台上，示意姜明觀察儀表變化，電流曲線在溫度升高時仍保持較寬工作區間，表面漏電的增長速度比鍺緩慢許多。
「矽也不容易，熔點、擴散溫度、氧化層形成條件，都比鍺難伺候，優點在於它有一條能繼續壓縮的路。」
姜明把這句話記在頁邊，翻到最後一頁，寫下鍺與矽高頻性能對比備忘，下面列出禁帶寬度、遷移率、表面複合、擊穿電壓和可用溫度五項。
老人看著他的筆記本，忽然問道：「你現在手裡有矽工藝嗎？」
「有過源雷二號時期的擴散經驗，設備和氣體條件還在重新整理。」
「那就先別把它當成現成答案。」
老人將粉筆放回黑板槽。
「從鍺轉矽，材料路線要換，氧化層要重新做，擴散溫度也會把你現有設備推到另一段負荷，工藝上的困難不會因為物理上更有希望就自動消失。」
這句話讓姜明心裡那股向前推進的力量壓回一截，他原本想把矽直接寫進二十四吉赫茲預研方案，卻又看見廠內設備、氣體純度和擴散爐溫區，任何一項都需要新的驗證，路線改變會牽動502、物理所和半導體研究組的資源安排。
他合上筆記本，向老人點頭。
「我會先讓數據把結論立起來。」
「數據立起來以後，路線自然會分開。」
舊實驗室的燈光開始向四周收縮，老人站在兩套測試台中間，身影被黑板上的兩條能帶曲線切成明暗不同的兩塊，姜明把最後一頁參數收進腦中，通靈時限隨之走到盡頭。
他睜開眼時，宿舍桌上的鐘表指針仍停在原處，窗外的風吹動窗紙，舊硬皮備忘錄壓在桌角，頁邊多出一行剛寫下的數字。
鍺，理論天花板約五百兆赫茲。
工程極限約三百到四百兆赫茲。
一吉赫茲以上，轉向矽或其他器件。
天亮以後，姜明把備忘錄鎖進保密櫃，展示版本另行抄錄，只保留錢學森講義中的載流子輸運公式、公開文獻里的遷移率數據，以及502和半導體研究組現有實測結果。
上午，方旭東把第二批雙擴散鍺三極體測試表送進辦公室，二十七隻新管子的截止頻率落在一百六十到一百八十兆赫茲，最好的那隻接近一百八十兆赫茲，表面處理改進帶來的提升清楚可見。
姜明看完數據，把最高點和第一批中位數連接起來，又在兩條曲線之間標出百分之二十的增幅。
吳漢章站在桌旁，手裡的煙盒被他翻來覆去地轉，最終仍沒點菸。
「提高了二十個點。」
「距離一吉赫茲還差得遠。」
吳漢章拿出二十四吉赫茲預研方案，翻到器件目標頻率那一頁，用鉛筆把原本擠在一起的行距向下拉開，留出一大片空白。
「你那個第二條路，什麼時候攤開？」
「等我把能帶圖畫到黑板上的那一天。」
姜明收好測試表。
吳漢章看了他一會兒，從筆筒里抽出一支鉛筆，放在方案旁邊。
午後，錢學森秘書送來一份內部備忘錄，要求五院制導組在第三次論證會前完成橫向穩定修正仿真方案，蘇方預計在下月初提供更完整的陀螺漂移數據。
姜明在備忘錄邊緣畫出兩條時間線，一條通向第三次制導論證，一條通向器件聯合討論，兩個關鍵節點恰好在三周後的同一段日期交匯。
要趕在制導系統定型前敲定前級路線，剩餘的時間極為緊迫。
他看著那兩條線，手裡的鉛筆慢慢轉了一圈，隨後筆尖重重壓在交匯點前方，寫下「聯合技術討論會」幾個字。
一名頭髮花白的德國老人站在黑板旁，身上穿著深色實驗外套，袖口磨得發亮，他先看姜明手裡的筆記本，又看向兩套測試台，沒有詢問來意，直接拿起粉筆寫下一串數字。
鍺，電子遷移率三千九百。
矽，一千四百。
老人把粉筆頭掰成兩截，指向鍺那一行。
「只看這個數字，鍺當然漂亮。」
他的德語經過通天錄轉換，語氣裡帶著實驗室里常見的嚴厲。
「可高頻器件不按一個數字做決定，遷移率只能說明載流子跑得快，跑得快的載流子也會被結電容、表面複合和引線電感攔住。」
姜明翻開筆記本，先把三百兆赫茲寫在頁首，隨後問道：「鍺的單管極限，應該怎樣估算？」
老人拿起一張舊測試紙，紙上密布著不同溫度下的截止頻率曲線，鍺曲線在室溫附近尚能抬升，溫度繼續提高後迅速向下折返。
「先看禁帶寬度，鍺是零點六七電子伏特，矽是一點一二，差距落在本徵載流子濃度上。」
他用鉛筆在曲線旁寫出指數關係，又把溫度從二十五度推到七十度，曲線上的漏電流隨之上揚，儀表指針在紙面上形成一段向右伸長的黑線。
「鍺在溫度升高以後，本徵載流子增加得快，漏電流會把結區工作狀態推離設計點，器件能承受的溫度範圍大約止在七十度附近。」
姜明盯著那條曲線，手指壓住紙角，腦中浮現出第一批管子在高頻測試台上的下落曲線，二十七隻管子雖然分布集中，溫度稍有變化，漏電和增益都開始向不同方向漂移。
「第二個限制是擊穿電壓。」
老人換了一張圖，圖上畫著鍺和矽的結區電場，鍺曲線在較低電壓處先觸及擊穿邊界，矽的可用電壓範圍向上延伸許多。
「禁帶寬度更窄，允許的電場邊界就更低，鍺器件擊穿電壓大約只有矽的一半，前級想提高擺幅，常常先撞到這裡。」
姜明把擊穿電壓寫進筆記本，又在旁邊記下二十四吉赫茲前級需要的增益、噪聲和穩定工作區，三項指標相互牽制，任何一項拉高，另外兩項都會變得難做。
老人走到鍺電晶體測試台前，打開一隻舊金屬盒，取出幾片經過拋光的鍺片，表面在燈光下泛著灰白色。
「第三個限制來自表面，窄禁帶材料里的表面態影響更重，表面複合速度一旦接近體內複合速度，少子壽命就會被拉短。」
他拿出一支紅鉛筆，在鍺片邊緣畫出密集的陷阱能級。
「你們現在測到的表面態密度，已經足夠解釋一部分頻率損失，可它還會和結電容、基區寬度一起變化，單項修補能抬高曲線，整套約束仍然存在。」
姜明翻到謝希德的光電導譜複測數據，把一百六十到一百八十兆赫茲的第二批結果寫在旁邊。
「我們把表面處理和氧化矽沉積接上以後，頻率提升約百分之二十，基區寬度縮小能再解釋一段，剩餘部分落在摻雜梯度和材料參數上。」
「這正是工程數據該有的樣子。」
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老人把鍺片放回金屬盒，拿起一張計算紙，在紙上列出渡越時間、結電容、表面複合速度和引線電感四項。
「遷移率決定直流和低頻增益，高頻截止頻率要看綜合響應，基區越薄越好，表面態越低越好，結電容也要跟著下降，任何一項留在原處，曲線都會被它拖住。」
他將幾項參數代入計算，數字在紙面上逐漸收攏。
「室溫下，鍺單管理論天花板大約五百兆赫茲，工程上可穩定做到三百到四百兆赫茲，完美工藝也難越過一吉赫茲。」
姜明握筆的手落在紙面上，筆尖沿著五百兆赫茲那一行划過，紙張被壓出一道深色痕跡。
「二十四吉赫茲前級？」
老人抬眼看他，語氣變得更直接。
「若目標頻率在一吉赫茲以上，繼續把每個小時都壓在鍺上，等於替一條走不通的路鋪石子。」
實驗室里只剩儀表指針輕微擺動的聲響，姜明低頭看著那張計算紙，王守武在502黑板前寫下的三百兆赫茲還留在他的記憶里，吳漢章把預研方案中的鍺字用鉛筆圈住，方旭東則將第二批數據裝進文件夾，等待下一次測試。
他把老人寫下的參數全部抄進牛皮紙筆記本，隨後重新畫出鍺和矽的能帶邊緣，矽的禁帶寬度更大，表面氧化層也能形成穩定保護，基區可以繼續壓薄，表面態對載流子的影響隨之下降。
「矽的工程極限？」
「數吉赫茲，具體數字取決於結電容、氧化層、雜質分布和引線結構。」
老人將一塊矽片夾到測試台上，示意姜明觀察儀表變化，電流曲線在溫度升高時仍保持較寬工作區間，表面漏電的增長速度比鍺緩慢許多。
「矽也不容易，熔點、擴散溫度、氧化層形成條件，都比鍺難伺候，優點在於它有一條能繼續壓縮的路。」
姜明把這句話記在頁邊，翻到最後一頁，寫下鍺與矽高頻性能對比備忘，下面列出禁帶寬度、遷移率、表面複合、擊穿電壓和可用溫度五項。
老人看著他的筆記本，忽然問道：「你現在手裡有矽工藝嗎？」
「有過源雷二號時期的擴散經驗，設備和氣體條件還在重新整理。」
「那就先別把它當成現成答案。」
老人將粉筆放回黑板槽。
「從鍺轉矽，材料路線要換，氧化層要重新做，擴散溫度也會把你現有設備推到另一段負荷，工藝上的困難不會因為物理上更有希望就自動消失。」
這句話讓姜明心裡那股向前推進的力量壓回一截，他原本想把矽直接寫進二十四吉赫茲預研方案，卻又看見廠內設備、氣體純度和擴散爐溫區，任何一項都需要新的驗證，路線改變會牽動502、物理所和半導體研究組的資源安排。
他合上筆記本，向老人點頭。
「我會先讓數據把結論立起來。」
「數據立起來以後，路線自然會分開。」
舊實驗室的燈光開始向四周收縮，老人站在兩套測試台中間，身影被黑板上的兩條能帶曲線切成明暗不同的兩塊，姜明把最後一頁參數收進腦中，通靈時限隨之走到盡頭。
他睜開眼時，宿舍桌上的鐘表指針仍停在原處，窗外的風吹動窗紙，舊硬皮備忘錄壓在桌角，頁邊多出一行剛寫下的數字。
鍺，理論天花板約五百兆赫茲。
工程極限約三百到四百兆赫茲。
一吉赫茲以上，轉向矽或其他器件。
天亮以後，姜明把備忘錄鎖進保密櫃，展示版本另行抄錄，只保留錢學森講義中的載流子輸運公式、公開文獻里的遷移率數據，以及502和半導體研究組現有實測結果。
上午，方旭東把第二批雙擴散鍺三極體測試表送進辦公室，二十七隻新管子的截止頻率落在一百六十到一百八十兆赫茲，最好的那隻接近一百八十兆赫茲，表面處理改進帶來的提升清楚可見。
姜明看完數據，把最高點和第一批中位數連接起來，又在兩條曲線之間標出百分之二十的增幅。
吳漢章站在桌旁，手裡的煙盒被他翻來覆去地轉，最終仍沒點菸。
「提高了二十個點。」
「距離一吉赫茲還差得遠。」
吳漢章拿出二十四吉赫茲預研方案，翻到器件目標頻率那一頁，用鉛筆把原本擠在一起的行距向下拉開，留出一大片空白。
「你那個第二條路，什麼時候攤開？」
「等我把能帶圖畫到黑板上的那一天。」
姜明收好測試表。
吳漢章看了他一會兒，從筆筒里抽出一支鉛筆，放在方案旁邊。
午後，錢學森秘書送來一份內部備忘錄，要求五院制導組在第三次論證會前完成橫向穩定修正仿真方案，蘇方預計在下月初提供更完整的陀螺漂移數據。
姜明在備忘錄邊緣畫出兩條時間線，一條通向第三次制導論證，一條通向器件聯合討論，兩個關鍵節點恰好在三周後的同一段日期交匯。
要趕在制導系統定型前敲定前級路線，剩餘的時間極為緊迫。
他看著那兩條線，手裡的鉛筆慢慢轉了一圈，隨後筆尖重重壓在交匯點前方，寫下「聯合技術討論會」幾個字。