白色的帽子、白色的衣服、白色的手套口罩,半导体材料科学重点实验室内,一个封闭的小房间里,操作人员正在紧张忙碌着,唯一露在外边的就是她那双明亮的眼睛。
见我们从外边走进来,她只能透过玻璃对我们点头微微一笑。
带我们参观的刘峰奇研究员介绍,“她穿的是超净服,在这种环境下工作必须要穿这种衣服,以避免一些灰尘类的东西污染材料。”
“轰轰”机器声已经快掩盖了我们谈话的声音,记者只能竖着耳朵,在噪乱的机器声中努力去听清楚。
再看看眼前的机器,记者感到很吃惊,它简直是一个庞然大物:由许多管道组成,弯弯曲曲地横躺在那里,占了整个房间。
“这是分子束外延系统,用于制作一些新型半导体材料。”刘峰奇介绍。
制造先进的半导体材料需要有衬底,衬底主要起着支撑作用。在衬底上面可以“生长”出所需要的材料。这里说的“生长”就是一层层地在衬底上外延的意思。
“设备腔内都是超高真空的。衬底从超净工作台送入初级真空腔里,达到一定真空度后,被传送到二级真空腔,对衬底进行适当的热处理(烘烤、除气),将衬底表面一些吸附杂质处理干净,然后再送它到生长室。”
在生长室里,一些高纯的固态源材料预先放在特殊设计的“炉子”中,通过加热的办法将不同的高纯固态源转化成分子束,然后喷到加热的衬底上,这些分子束在衬底表面沉积成核并复制衬底的晶格结构,这就是所谓的外延,用这种技术可以外延各种新型的人工半导体材料。
他举例说,比如要外延砷化镓半导体材料,只要将砷和镓的分子束按一定的比例喷射到加热的衬底上,就可以“生长”出所需要的材料。
通过这台仪器生产出的材料可用于微电子、光电子器件制造等。
他给记者拿了几块已经做好的材料,材料不大,很薄,光洁的表面发着一种黯淡的光。这么小的材料如何能在先进的信息处理领域发挥关键作用?记者很纳闷,于是他带记者来到了另外一间实验室。
打开门,记者看到的景象和刚才有很多类似之处,里边的一个工作人员同样穿着白色超净衣。
我们也穿好工作人员递来的超净衣,戴上圆帽,换上拖鞋,小心地走进屋。
“这里是器件工艺线。”刘峰奇说,“外延晶片,经过器件工艺流程,被制作成不同需求的器件,如激光器、探测器等。器件工艺一般要经过光刻、化学腐蚀、蒸镀电极、解理、压焊引线等多道工序;不同的器件要求,需要不同的器件工艺流程。”
这时候,伴随着一阵“隆隆”的机器声,一个圆柱形罩子慢慢升了起来,记者好奇,正要走向前问,被刘峰奇制止,原来工作的时候是不能说话的,因为说话时口气中含的水气、油脂类物质会污染产品。“刚才看到的是工作人员在半导体材料上‘蒸镀’上电极,蒸镀电极、完成压焊引线,器件才能被驱动。”他解释。
参观结束时,刘峰奇介绍,半导体材料科学重点实验室是1990年9月15日经中国科学院批准,1991年3月正式向国内外开放的院级开放实验室。实验室的研究方向为半导体超薄层异质结构材料、磁性半导体材料、纳米团簇材料、特种薄膜材料以及空间生长材料等的生长工艺、结构性能和光电性质的综合研究,致力研制新型半导体材料及器件,发展材料生长新技术,以推动我国半导体材料科学的发展。目前,实验室在半导体低维结构和量子器件方面取得一批具有自主知识产权的成果。