參觀結束後,顧贇將三人請到一間小會議室。
房間簡陋,一張舊會議桌,幾把木椅,牆上掛著毛主席像和“實事求是”的標語。
暖水瓶冒著熱氣,搪瓷缸子裡泡著濃茶。
“宋教授,呂辰同志,謝凱同志,剛才你們看到的,就是我們真空所在‘薄膜化學氣相沉積’方面的全部家底了。”顧贇開門見山,語氣坦誠,“條件艱苦,水平有限。你們從紅星所來,見慣了自動化、系統化,看我們這套‘手工作坊’,怕是覺得落後吧?”
宋顏教授搖頭:“顧工言重了。恰恰相反,我們深受震撼。在這樣簡陋的條件下,你們能建立完整的工藝鏈,能穩定沉積出氮化矽、二氧化矽這些關鍵材料,這本身就是了不起的成就。”
文昭南教授介面道:“我們和真空所合作時間久,深知他們的難處。主要問題集中在幾個方面。”
他扳著手指列舉:“第一,‘測不準’與‘控不精’。真空度極限不高,微漏難查;氣體流量靠經驗估算;溫度控制精度差;環境擾動大。
第二,知其然不知其所以然’。工藝嚴重依賴老師傅的‘手感’,是典型的‘黑箱’,對薄膜的微觀結構、應力狀態、介面特性幾乎一無所知。
第三,‘需求牽引不足,目標模糊’。當前主要是為電子管服務,要求是‘牢固、均勻、耐高溫’。但對於未來積體電路所需的奈米級精度、超潔淨介面、特定電學效能,既無概念,也無需求。”
顧贇苦笑:“文教授總結得很到位。我們就像在黑暗裡摸索,偶爾點亮一根火柴,看到一點光亮,但不知道整個房間是甚麼樣子。”
這時,呂辰從隨身揹包裡拿出一片樣品,那是剛才劉師傅製作的氮化矽薄膜基片,顧贇特地送給他們作紀念的。
呂辰將基片舉到窗前,對著光仔細觀看。
薄膜在陽光下呈現淡淡的藍紫色虹彩,均勻而緻密。
“顧工,文教授。”呂辰轉過身,“請允許我說幾句可能冒昧的話。”
所有人的目光聚焦在他身上。
“你們的工作,不是‘手工作坊’,而是一門‘藝術’。”呂辰說,“在真空中,用精密的化學反應,在物體表面‘生長’出一層效能完全不同的新物質,這本身就是一種魔法。劉師傅調節閥門時的那種專注,觀察流量計浮子時的那種敏銳,是任何自動化裝置都無法替代的‘工匠直覺’。”
他走到會議室角落的黑板前,那是一塊真正的黑板,表面已經磨得光滑,邊緣堆著粉筆灰。
呂辰拿起一支粉筆,開始畫圖。
他先畫了一個簡單的結構,兩層平行的金屬板,中間是絕緣層。“這是電容器,你們熟悉。”
接著,他在絕緣層中間畫了一個小方塊,引出兩條線。“但如果,我們在這裡開一個‘門’,用一層極薄的絕緣膜作為‘門’的介質,下面是用特殊處理的半導體材料……”
他快速地畫出了一個簡易的金屬-氧化物-半導體場效應電晶體結構圖。
“這就是未來積體電路的基礎單元,電晶體。”呂辰用粉筆點了點那層極薄的絕緣膜,“這一層,可能只有幾十個原子那麼厚。它的厚度均勻性、介面潔淨度、電荷陷阱密度,直接決定了電晶體的效能、速度、功耗和可靠性。”
他轉身,望著顧贇和文昭南:“你們現在沉積的氮化矽、二氧化矽,正是未來這層‘門介質’的核心候選材料。你們研究的‘化學氣相沉積’,將不再是電子管的輔助工藝,而是建造整個微電子大廈的基石技術之一。”
會議室裡安靜極了,只有暖氣管片輕微的嗡鳴。
幾位老研究員盯著黑板上的結構圖,眼神從疑惑逐漸變為震驚。
他們熟悉電子管,熟悉真空技術,但呂辰描述的這個世界,用一層幾十個原子厚的薄膜來控制電流,將成千上萬個這樣的結構整合在指甲蓋大小的矽片上,完全超出了他們的想象。
“可是……這怎麼可能?”一位頭髮花白的老工程師喃喃道,“那麼薄的膜,怎麼控制厚度?怎麼保證均勻?怎麼測量?”
“這正是問題的關鍵。”呂辰放下粉筆,“難點不在於原理,化學反應你們已經掌握了。難點在於,如何將你們所有的經驗,從一門依賴老師傅‘手感’和‘直覺’的‘藝術’,變成一套可重複、可量化、可設計的‘精密科學’。”
他回到座位,語氣更加懇切:“劉師傅能透過觀察浮子位置估算流量,這很了不起。但如果能給他一個質量流量控制器,讓流量精確到每秒多少毫升;如果能給他的加熱系統裝上更精確的溫度控制器,讓溫度穩定在±1°C;如果能用質譜儀實時監測反應腔內的氣體成分;如果能用橢圓偏振儀線上測量膜厚……那麼,他的經驗就不再是‘黑箱’,而可以轉化為數學模型,可以寫成工藝規範,可以教給其他人。”
顧贇深吸一口氣:“呂辰同志,你說的這些裝置,我們聽說過,但買不到,也造不出來。一臺進口的質量流量控制器,要幾萬美元,還得外匯。橢圓偏振儀,我們這臺自制的,已經是所裡最精密的儀器了。”
“所以我們需要合作。”宋顏教授接話道,“紅星所有‘掐絲琺琅’電路板的經驗,有脈衝電機的控制技術,有正在研發的‘電子耳朵’感測系統。我們也許可以從最簡單的開始。”
他提出了兩個具體方向:“其一,我們可以共同研製一個簡易‘射頻輝光放電’實驗裝置。傳統的熱壁CVD需要高溫,對許多基片材料不友好。射頻輝光放電可以在較低溫度下實現薄膜沉積,這對未來在矽片上整合多層結構至關重要。”
“其二,我們可以為你們的沉積系統加裝自制的、基於‘掐絲琺琅’電路的簡易溫度-流量程式控制器。不需要一步到位達到國際水平,但至少可以做到:設定一個溫度曲線,控制器能自動調節加熱功率;設定氣體流量比例,能透過步進電機驅動的針閥進行粗調。先把資料記錄下來,建立工藝引數與薄膜效能的關聯資料庫。”
謝凱補充道:“我們還可以設計一套簡易的資料採集系統,用‘掐絲琺琅’電路板做訊號調理和模數轉換,把溫度、壓力、流量這些關鍵引數實時記錄下來。有了資料,就可以做統計分析,找到影響薄膜質量的關鍵因子。”
文昭南教授眼睛亮了:“這個思路好!先從‘資料化’開始。我們工業學院在自動控制理論方面有積累,可以負責演算法和系統建模。真空所有工藝經驗,紅星所有工程實現能力,三方合作,正好互補!”
顧贇激動地站起來:“我這就寫報告,向所領導申請立項!不,我直接去找所長,今天下午就開協調會!”
這時,呂辰想起一件事:“關於溫度控制……我們紅星所正在研發‘紅外測溫’技術,可以非接觸式測量物體表面溫度,精度很高,響應速度快。”
他頓了頓,語氣變得謹慎:“但這項技術,目前還處於保密階段,主要面向國防和重點工業應用。”
顧贇立刻明白:“我懂。我會以真空所名義,正式向紅星所提出技術協作申請,走正規渠道,報上級批准。如果‘紅外測溫’能用到我們的沉積系統上,實現線上監測基片表面真實溫度,那將是革命性的進步!”
會議氣氛熱烈起來,三方人員圍在黑板前,你一言我一語,討論技術細節、分工方案、時間節點。
呂辰看著這些眼睛發亮的研究人員,心中感慨。
他們此刻討論的,還只是一些簡陋的輔助裝置、粗糙的資料採集系統。
但在未來,這些嘗試將催生出中國的第一代半導體工藝裝置,從手動控制的CVD爐,到半自動的澱積系統,再到完全計算機控制的叢集式薄膜生長裝置。
從“老師傅的手感”到“工藝規範資料庫”,從“觀察浮子”到“質量流量控制”,從“估計厚度”到“線上膜厚監測”——這條路漫長而艱難,但今天,就在這間簡陋的會議室裡,第一步已經邁出。
會議持續到中午。
真空所食堂送來了午飯,高粱米飯、白菜燉豆腐、鹹菜疙瘩。
大家就著茶水,一邊吃一邊繼續討論。
文昭南教授提出了一個想法:“宋教授,對於將工藝‘資料化’,我深表贊同。不過,我們現有的檢測手段,無論是干涉法測厚,還是電測法測阻,得到的都是宏觀、間接的‘結果’引數,無法反映薄膜生長過程中的微觀狀態變化。”
“我在想,我們能否設法做一個裝置,結合我們真空所對電子束的控制經驗,學和微弱訊號檢測方面的理論優勢,共同研製一臺,嗯,或許可以叫它‘電子探針表面分析以及北大、清華等學校在電子光儀’的原型機?”
他繼續闡述道:“它的目標不一定非要達到原子級別的精度,而是專注於解決我們最頭疼的幾個問題,一是薄膜表面的真實形貌,是否平整、有無凸起或孔洞;二是微小區域的成分是否均勻,比如是否出現雜質偏聚。哪怕解析度只能做到亞微米級,並能對幾個微米大小的區域進行簡單的成分激發和光譜分析,對我們理解工藝、建立‘引數-結構-效能’的關聯,就是革命性的進步了。”
文昭南教授建議道:“這個目標,我覺得以‘星河計劃’協調的力量,加上電子管廠在電子槍和真空部件製造上的經驗,是‘跳一跳可能夠得著’的。它既能作為未來更高階電鏡的技術預研和人才培養,又能立即服務於我們當前工藝最佳化的迫切需求。你們看,這個方向是否值得探討?”
這樣一個提議,既解決了對“看見微觀世界”的終極需求,又腳踏實地、目標合理。
呂辰內心震動,他語氣帶著壓抑不住的興奮:“文教授,您這個想法太關鍵了!一針見血! 我們剛才一直在討論如何把‘藝術’變成‘科學’,但所有的‘科學’都必須建立在‘觀測’的基礎上。如果我們連薄膜表面到底是甚麼樣子都看不清,裡面的原子是怎麼排列的都不知道,那所有的工藝最佳化都像是在蒙著眼睛調整一臺精密的鐘表。”
他走到黑板前,在剛才畫的電晶體旁邊,畫出一個簡化的SEM原理圖,電子槍、電磁透鏡、掃描線圈、樣品室、探測器。
“這不是一個獨立的儀器,文教授。這是為我們整個‘星河計劃’打造的‘工業眼睛’。光刻需要檢查掩模版的缺陷,薄膜沉積需要觀察膜層質量和介面,甚至未來檢測晶片的失效點,都離不開它。您提議的,正是打通從‘工藝’到‘認知’最關鍵的一環。”
緊接著,他迅速將宏偉藍圖拉回到現實:“當然,我們不可能一上來就造出這樣的電鏡。但我們可以定一個清晰的、分階段的目標,先造一臺‘看得見’的機器。解析度不追求奈米級,先做到亞微米級,能讓我們看清薄膜表面的顆粒、裂紋和針孔,這已經比光學顯微鏡飛躍了一大步。”
宋顏教授也立刻意識到這個提議的極端重要性和可行性,他接過話頭:“文教授這個提議,具有重大的戰略意義。它不僅僅是真空所的需求,更是‘星河計劃’全鏈條的共性需求。半導體所需要觀察矽單晶的缺陷,長光所需要檢測光刻鏡頭的汙染和鍍膜質量,我們積體電路實驗室未來更需要它來分析失效機理。”
他快速勾勒出一個聯合攻關的框架:“這件事,必須由‘星河計劃’領導小組來牽頭協調。清華和北大的電子物理、電子光學教研室有理論基礎;長光所有最精密的光-機加工能力,可以負責鏡筒和樣品臺的精密機械部分;真空所有真空系統和電子槍的經驗;電子管廠能生產核心的陰極和高壓電源;而我們紅星所,可以貢獻控制電路,以及系統整合的經驗。這正是一次完美的‘全國一盤棋’協作。”
他看向顧贇和文昭南:“顧工,文教授,我建議我們今天就把這個設想作為一個正式的合作意向,寫入會議紀要。我下午向劉星海教授和‘星河計劃’領導小組彙報,申請將它列為緊急預備專案,協調各單位的頂尖力量組成‘電子光學儀器攻關協作組’。我們可以先從一個可行性研究和方案設計開始。”
顧贇當即提出具體啟動方案:“好,既然宋教授負責申請專案,那我們這就立刻開始做事,不等全部批覆。首先,拜託文教授聯絡北大和清華,儘快整理一份關於掃描電鏡和電子探針的物理原理、核心引數、技術難點的最簡報告,特別是電磁透鏡的設計公式和像差理論。其次,我立即聯絡電子管廠,盤點我們現有哪些部件可以直接用或改造。”
他頓了頓:“我看,我們可以把最難的‘高解析度成像’放一放,先利用電子管廠生產示波管的技術,製造一個簡單的次級電子探測器。哪怕最初成像粗糙,只要能證實電子束轟擊樣品能產生可探測的訊號,就是勝利的第一步。”
會議的氣氛會從探討具體工藝合作,瞬間升維到一項激動人心的國家級尖端儀器攻堅戰的起點。
文昭南的提議像一顆火種,瞬間點燃了呂辰團隊心中早已準備好的乾柴。
這讓他感到極大的鼓舞和欣慰,因為他發現自己的“遠見”不僅被聽懂了,更被一個擁有強大執行力和資源協調能力的團隊接住了,並且瞬間被賦予了清晰的路徑和國家的重量。
臨走前,顧贇鄭重地將三個木盒交給宋教授:“這是我們所能做出的最好的氮化矽、二氧化矽、金屬鋁薄膜樣品,每種三片。還有我們歷年的實驗記錄摘要副本。請帶回紅星所,作為合作的基礎。”
“我們一定全力以赴。”宋顏教授握著顧贇的手,“回去後,我們立即組織團隊,制定詳細合作方案。”
“好!我們等你們的好訊息!”
走出真空所,已是下午兩點多。
冬日的陽光斜照在紅磚樓上,給這座沉默的“戰鬥堡壘”鍍上一層金色。