第207章 新一代半導體材料

第207章 新一代半導體材料

有為集團承諾的超算資源當天就到位了，陳輝登陸到伺服器上就可以使用。

又過了兩天，舒爾茨也將模型程式程式碼發給了陳輝，還給陳輝帶來了一個好訊息，舒爾茨已經跟微軟和馬普研究所的化學研究院達成合作，共同進行新型超導材料的研究。

雙方透過郵件交流了一番後，便各自開始了自己的模型訓練。

鄂維南院士帶領團隊夜以繼日的花費了三天時間審查了一遍舒爾茨的程式碼後，陳輝才將模型和訓練資料放到超算阿塔斯上開始訓練。

結合前期從肖蒙教授實驗室採集到的資料，還有鄂維南院士憑藉自己人脈，從其他實驗室拿到的一些開放資料，經過篩選和確認後，留下總共接近一個T的關於半導體研究的訓練資料。

一切都走上正軌，物理學院三樓的實驗室也開始忙碌起來。

蔻依和李澤翰兩人也融入到鄂維南院士的團隊中，全身心的投入到了課題研究之中。

反倒是陳輝，陡然清閒了下來，只有偶爾鄂維南院士對模型有些甚麼疑問，或者是訓練中遇到了甚麼問題，才會來跟陳輝討論一番。

陳輝也終於有時間繼續質量間隙問題的研究。

科研無歲月，

轉眼就是半個月的時間過去，

這些天陳輝除了每週上兩次課，偶爾與鄂維南院士討論討論，其他時間都在繼續質量間隙問題的證明推演，現在他已經能夠隱約看到那顆明珠閃爍的光芒了，他知道距離他摘下那顆明珠，已經越來越近了。

停筆，看向窗外，

陳輝心念一動，喚出面板，

【宿主：陳輝

語文2級（23%）

數學4級（18%）

英語3級（51%）

物理4級（3%）

化學2級（37%）

生物2級（0%）

體育2級（0%）

地理2級（0%）

歷史2級（0%）

政治3級（11%）】

讓陳輝驚喜的是，這些天研究材料學也看了不少化學相關的論文，化學熟練度飛速提升，已經來到了37%。

以他現在的基礎屬性，提升2級的學科熟練度已經非常迅速了。

這些天數學和物理的熟練度在穩步提升，語文和英語也都有不小的進步，研讀論文時免不了接觸語文和英語，這也正常。

倒是政治，再次讓陳輝哭笑不得，它竟然悄無聲息的升到了三級，他明明甚麼都沒有做啊？！

看了看體育陳輝有些無奈，最近他已經感覺身體素質下滑，看來鍛鍊身體也得提上日程了。

不過還是等質量間隙問題解決後再說吧。

陳輝念頭一轉，開啟電腦，檢查了一遍郵箱，每天下午三點，他都會定時檢查一遍郵箱，他不僅與舒爾茨經常透過郵件交流，還有丹尼斯也偶爾會給他發來郵件，交流一番納維斯托克斯方程的進展。

只是可惜陳輝精力有限，目前在納維斯托克斯方程上的進展並不理想。

開啟郵箱，果然，有一封新郵件。

不過並不是舒爾茨，也不是丹尼斯發來的，而是，華夏數學學會。

這是一封邀請函。

華夏數學學會今年的年會將會在今年五月在浙江嘉興舉辦，邀請陳輝過去當報告人，彙報一下最新的研究成果。

既然歐洲數學學會的年會都去了，沒道理不去華夏數學學會的年會，陳輝當即根據邀請函上的聯絡方式，聯絡上了相關工作人員，約定好至少提前半個月，在截止日期前上傳自己的報告內容。

對於上傳內容，陳輝也有些糾結，楊米爾斯方程存在性證明，已經舉行過三次報告會，要是再分享，就頗有點一招鮮吃遍天的感覺了。

但目前已經三月中旬，質量間隙的研究他也沒有把握能在半個多月的時間內有突破性進展。

這封邀請函來的時間，的確是有那麼一點尷尬了。

“老師，第十三次實驗開始了，您要過去看看嗎？”

就在陳輝思考時，一頭棕發的蔻依走進辦公室，藍色的眼眸中滿是疲憊。

這半個月時間，他們已經進行了十二組實驗。

根據模型預測出來的模型進行材料合成，但最後的測試結果都差強人意，於是調整引數，修正訓練資料，再次進下次模型訓練，然後根據結果再次進行下一次實驗。

“去。”

陳輝心頭一沉，知道自己必須去看看了。

從蔻依的狀態也能看出來，現在實驗室中大家都是人困馬乏，大家一開始的新鮮勁就要過去了，如果再不出成果，就應該放緩節奏，慢慢實驗。

搞科研本來就是個慢工出細活的過程，尤其是材料學，在陳輝搗鼓出這個模型之前，材料學更是一門經驗學科，水多加面面多加水，不斷的去嘗試，然後總結規律，進行下一次實驗，如果運氣好，合成的新材料就符合了預期。

然後就是申請專利，發論文……

至於工業化，那是資本家們的事情，管他們研究者甚麼事情。

當然，就目前來看，陳輝這個模型也並沒有發揮出太大的作用，他們依舊是在一次次的進行毫無結果的實驗，唯一的好訊息是，他們得到的樣品資料每一次都比上一次要好。

即便這個進步微乎其微，但至少是個好訊息。

“鄂老。”

來到實驗室，陳輝跟鄂維南打了聲招呼，這些天一直是他跟肖蒙教授在主持研究。

鄂維南的眼中也出現了明顯的疲色。

這裡與辦公區已經完全分隔開，空氣被高效過濾器梳理得近乎無聲，只有超淨工作臺發出低微而恆定的氣流嘶鳴。

楊馳此時穿著全套無塵服，正站在一臺精密管式爐的控制面板前。

螢幕上跳動著複雜的引數，溫度曲線、氣體流量、壓力讀數，爐體本身包裹著銀色的保溫層，只有中央一段透明的石英管暴露在外，此刻管內空空如也，但爐膛深處正醞釀著熾熱。

透過厚重的橡膠手套，楊馳小心翼翼地開啟一個特製的雙層密封容器，裡面盛放的，是這次實驗的“心臟”——電子級高純度金屬鎵。

它在室溫下是液態，像一顆凝聚的水銀珠，卻閃爍著更為深邃、近乎藍調的銀灰色光澤。

鎵珠被極其輕柔地轉移到一隻經過王水浸泡、超純水反覆沖洗、並在高溫下煅燒除氣的高純石英舟中，因為任何微量的鈉、鉀或過渡金屬雜質，都可能毀掉這塊未來半導體材料的電學效能。

石英舟被平穩地送入手套箱內的預處理腔，真空泵發出低沉的嗡鳴，將空氣抽盡。

隨後，高純氬氣注入、置換，如此反覆三次，確認氧含量和水汽含量低於億分之一級別後，石英舟才被轉移到與管式爐相連的進樣埠。

“啟動傳輸！”

肖蒙低聲確認。

氣動閥門開啟，石英舟在氬氣流的保護下，無聲地滑入預熱至800攝氏度的石英爐管中心區域。

爐內溫度在精密熱電偶的監控下穩定上升，透過耐高溫觀察窗，可以看到爐膛逐漸從暗紅變為明亮的橙黃，最終在目標溫度1200攝氏度附近穩定下來，散發出熾白的光芒，將石英管映照得如同熔融的光柱。

這已經不是陳輝第一次見到實驗過程，他全神貫注的盯著氣體控制單元，超高純度，經過多重分子篩和金屬吸氣劑純化的氧氣，開始以極其精確、微小的流量注入氬氣載流中。

氧氣比例被嚴格控制，既要保證充分的氧化，又要避免過快的反應導致晶體缺陷或應力開裂。

陳輝知道，這次他們要製備的是氧化鎵，根據模型跑出來的結果，這種氧化物具有更寬的禁帶特性，更高的臨界擊穿場強。

這也是這個模型的強大之處。

只需要輸入目標分數陳類，生成器就能輸出想要的材料結構。

以往的材料學研究都是憑藉經驗和運氣，進行成千上萬次的實驗才能最終獲得成功，或者永遠不會成功。

但現在，他們只需要根據輸出的材料結構合成材料即可。

當然，目前來看，這個模型有一定作用，但精度也有限。

“這次應該能有不小的提升！”

鄂維南喃喃自語，在這次修正模型時，他就已經有種冥冥中的預感。

當然，之前每一次修正之後，他也都是這麼說的。

爐管內，氬氧混合氣體在高溫下湍流、擴散。

石英舟中，那顆銀灰色的鎵珠早已完全熔化，在高溫下表面張力使其形成完美的球冠。

當第一個高活性的氧分子撞擊到液態鎵表面時，鎵原子與氧原子結合，在熔體表面形成極其微小的氧化鎵晶核，隨著氧氣持續、穩定地供應，晶核沿著特定的晶面方向生長、蔓延。

這個過程需要極其緩慢——時間以小時計，楊馳不時檢視連線在爐管出口的殘餘氣體分析儀螢幕，確保沒有異常的副產物峰出現，反應始終在理想路徑上進行。

三個小時後，爐溫開始按照預設程式緩慢下降，氧氣供應早已停止，爐管內重新被純氬氣充滿，溫度降至安全範圍，石英舟被自動傳輸回手套箱的冷卻腔。

當楊馳最終在手套箱的惰性氛圍中取出石英舟時，眼前的景象已截然不同。

那顆液態的銀珠消失了，取而代之的是一塊約幾毫米見方、厚度均勻的薄片，它的顏色是獨特的淺黃褐色，邊緣近乎半透明，對著手套箱內的燈光，能隱約看到內部緻密的、略帶玻璃光澤的質地。

薄片表面光滑如鏡，沒有氣泡或裂紋，這是精確控制反應速率和氣溫的成果，雖然是物理專業，但楊馳已經進行過數百上千次的材料製備實驗，他的手藝相當不錯。

楊馳用鑷子極其小心地夾起這片尚有餘溫的“晶片”，將它放入另一個充滿氬氣的特製樣品盒中，這不過只是個開始而已，接下來，這塊晶片將被送往旁邊的檢測室，接受經受X射線衍射的晶體結構審視、霍爾效應測試對其載流子濃度和遷移率的拷問、原子力顯微鏡對其表面粗糙度的掃描……

大家稍微鬆了口氣，這次材料製備相當成功，但他們對於製備出來的材料，卻並沒有抱有太大的期待。

這樣的場景，已經重複了十二次。

“氧化鎵的晶格常數是103.8！”

一道驚呼打破了實驗室中的沉悶氣氛，這道驚呼來自一直盯著儀器螢幕的鄧婷。

只是在第一道檢測中，透過X射線檢測晶體結構時，氧化鎵就表現出了遠超正常水平的特異。

通常來說，能頻寬度與相鄰原子電子雲疊加值J成正比，晶格常數越大，J越小，能頻寬度越小，則禁頻寬度越大！

而目前工業界成熟的半導體材料矽的晶格常數是，砷化鎵的晶格常數是，但氧化鎵的晶格常數直接跳過兩位數，來到了三位數，幾乎是矽的20倍！

“不用繼續檢測了，直接通電測資料！”

肖蒙當機立斷，這是最簡單最快速的檢測方式，只是這樣可能造成樣品的損壞，但她已經迫不及待的想要拿到這塊薄片的引數了，反正製備方法他們已經掌握，即便是損壞，也可以再製備一片便是。

“我來！”

剛剛完成幾個小時製備的楊馳顧不得疲憊，衝上前去，親自動手實驗。

鄂維南也是快步來到檢測室旁，眼中已經有喜色湧動，氧化鎵種種不同凡響的表現，似乎已經在諭示著甚麼了。

很快，在楊馳的操作下，一組組的資料被測量出來。

禁頻寬度.9 eV，遠超當前主流半導體矽的1.1 eV、碳化矽的 eV和氮化鎵的3.4 eV，

臨界擊穿場強8MV/cm，是碳化矽（3 MV/cm）的2.7倍，矽（0.3 MV/cm）的27倍！

導通電阻理論值僅為矽的1/3000、碳化矽的1/6，在相同電壓下損耗降低98%！

並且氧化鎵可透過熔體法生長大尺寸單晶，成本將大幅度降低，且單晶生長速度更快，這絕對是一種極其優秀的新半導體材料！

第四代半導體材料！

一組組資料先後被測量出來，見證了這一刻的所有人都明白，半導體界新的王者已經出現！

“我們……成功了？”

蔻依似乎還有些不敢相信。

實驗室中卻早已經陷入一片歡騰，

陳輝也開心的笑了起來，他現在已經知道五月的華夏數學學會年會要彙報甚麼成果了。

(本章完)