第260章 步步惊心(2)_重生之北国科技
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第260章 步步惊心(2)

  成永兴从奉天回到春城不久,暑假就结束了。整个假期,他根本就没有在家呆几天,差不多都是在奉天度过的。

  而他的老乡同学们,都耀武扬威的过足了瘾。

  衣锦还乡,这个词的含义,被大家深刻的体会到了。

  当然,这里面收获最大的,应该还是年纪最小的成永兴吧。随着口口相传,慢慢的,他的作用也被同学们和家长们所认知。

  成永兴甚至在几位女同学的家长眼里,看到了不对劲的眼神。反而是她们的女儿,还是懵懂。

  返校的时候,大家还是成群结队,共同出发。

  这帮青年人,这次离乡和以往不同,他们普遍对未来充满了憧憬。年轻人正是自信心爆棚的年龄,再被家乡父老一顿吹捧,赶英超美,只在等闲!

  大家的包裹里,这次普遍装的都是食物。他们即使有什么要洗的衣服,也是到成永兴那里去解决掉,没有人背脏衣服回来了。

  所以,在回校的列车上,小桌子上摆满了吃的。大家一边坐车,一边吃零食。等到了学校,一点都不饿。

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  回到了学校,成永兴要做的第一件事情,就是整理资料,然后准备申请专利。

  在奉天,在科仪厂科研人员的全力配合下,他又迅速攻破了两个重要节点。

  科仪厂作为半导体设备的定点厂,产品虽然并不是全系列,但总的来说,条件要比工大的实验室好很多。

  另外,厂里的加工手段完备,一些小修小补小改,方便得很。

  要不是因为开学,成永兴甚至觉得,在科仪厂做研究,项目的进展完全可以会更快一些。

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  第三关,两步法工艺的改良。

  这里,先谈一下蓝光LED的材料选择。

  合适的蓝光LED材料有三类,一类是SiC(碳化硅)材料,一类是ZnSe(硒化锌)材料,另外一类是GaN(氮化嫁)材料。

  由于SiC从物理原理上,就限制了其发光效率不可能高,所以人们很自然地把注意力转向了ZnSe基和GaN基材料。

  GaN的合成十分困难,生长得到的材料具有很高的线缺陷(位错)密度,按照传统半导体物理的认识,GaN这么高的位错密度不可能发强光。

  因此,世界上研究蓝光LED的科学家中,选择ZnSe的超过了一万人,而选择GaN的不到10人。

  为了解决GaN的合成问题,剩余的这十名科学家,分别开始了独自的尝试。

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  赤崎教授,选择了晶体结构和GaN接近,但是晶格常数失配的蓝宝石作为衬底材料,进行GaN的异质外延(生长)。

  由于晶格失配,GaN外延层和蓝宝石衬底之间存在失配应力,应力的释放会导致GaN内部产生大量缺陷。这样的材料无法应用于器件。

  但这个问题,在1985年,被赤崎教授的弟子,天野浩解决,这就是著名的两步法。

  步骤是,在蓝宝石衬底上先生长一层AlN缓冲层,再将温度升高生长GaN。

  由于缓冲层释放了GaN和蓝宝石之间的失配应力,这种“两步法”生长技术使得GaN的晶体质量显著改善,满足了器件制作的基本要求。

  这个方法的发现,差不多历时前后5年,师生两个人接力,才算搞定。

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  按理说,一般的科学研究工作者,进行某项研究的思路,都是踏着前人留下的足迹前进。尤其是没有达到终点之前。

  因为改变前人,甚至推翻前人的工作,完全是得不偿失。

  例如两步法的发现,就用时差不多四五年时间。换个人来研究,是不是也要准备个几年时间?

  这怎么选择,不是一目了然嘛!

  但大侠就是大侠,中村拿到这个论文后,不是继续往下研究,而是放飞自我。

  他决定试试在缓冲层中采用GaN而非AlN的方法。

  具体思路是在低温生长的非结晶状态的GaN膜之上,在高温条件下生长出GaN单晶膜。只要这个取得成功,就可以制出与在底板上直接生长单晶GaN膜相同的构造。

  按照这个思路,中村进行了尝试。

  结果嘛,一次成功!

  这种方法的核心,是采用了低温GaN缓冲层(500℃左右)替代了AlN缓冲层。这一基于低温GaN缓冲层的“两步法”工艺,成为日后工业界生长GaN基LED的标准工艺。

  当然了,做出这步改良的理由,也是异常奇怪。中村给出的解释居然是,别人用过的方法,我不用!

  这种“二”的说话方式,成永兴也用过!

  不就是强词夺理嘛!

  谁不会啊!

  你有种!

  别人对的方法,你也别用!

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  第四关,退火工艺。

  LED从本质上说是一个二极管,二极管的核心结构是半导体p-n结。p-n结是由n型半导体(内部含有大量自由电子)和p型半导体(内部含有大量带正电的自由载流子——空穴)组成的界面。

  对GaN而言,n型掺杂比较容易实现,但p型掺杂却十分困难。在GaN中经常使用的p型掺杂剂是Zn或者Mg,但是掺入这些杂质后,GaN往往仍体现高阻特性,这意味着p型掺杂剂并没有被激活,没有起作用。

  这个问题曾困惑了科学界很久,最后也是被天野浩解决的。解决方法是用低能电子束辐照方法来获得p-GaN。

  这个方法的发现,天野浩也是耗时很久。他从86年起就一直在尝试,直到89年,才突然碰运气得到。

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  在这个步骤上,中村大侠的“二”病再此发作!

  他再次推翻了前面科学家的研究成果,改为加热!

  这也就是所谓退火工艺的由来。

  根据中村自己的解释,他是在非常偶然情况下,得到了这个意外结果。

  在重复电子束照射实验前,他不小心把工作台给加热了!于是,他就发现,在电子束辐照过程中,在样品下面加热可以获得更好的结果。

  对此现象,他又继续研究,进而确认,仅仅依靠加热就可以获得p-GaN。而退火工艺的原理,中村大侠并没有给出合理的解释。

  从此,热退火就成为了制作蓝光LED的标准工艺,沿用至今。

  当然了,事情是否真偶然,谁也不知道。

  讲故事谁不会?

  退火工艺的背后原理,在很久以后才被人揭示。

  p-GaN中的Mg会被MOCVD外延过程中引入的H钝化,形成Mg-H络合物。无论是低能电子辐照还是热退火,都是通过借助外部能量破坏Mg-H键而激活Mg杂质。

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  这两个工艺步骤的实现,足以说明中村的逆天运气!

  前人耗时五六年的成果,他在很短的时间内,全部推翻,而且找到了更好的方式!

  而他发现的这些工艺步骤,即使在三十年后,也无人能改!

  有没有这么一种可能:

  这些工艺,之所以无人能改,因为它们实际就是三十年后的成熟工艺!但被提前拿到了1990年!

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