重生之北国科技 - 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。
    ————————
    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。
    —————————
    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。
    —————————
    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。
    —————————
    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 c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！
    —————————
    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。
    —————————
    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。
    —————————
    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！