两会代表的公文包穿越了 第87节

“玛贝尔食谱”之后，贝尔实验室就开始订购新机器用来验证平面工艺是否可行了。而贝尔实验室下单订购，黄昆也马上下单订购。

只不过黄昆现在不知道贝尔实验室的进展如何：此前的学术论文以及晶体管交流会议，都是公开、半公开报道的。1957年贝尔实验室进入工程研制新一代硅晶体管，这就暂时不对外公布了，至少也要等到贝尔实验室鼓捣出来并且把专利给申请了，才会被外界知道。

不过这倒是关系不大，黄昆能顺着弗洛希和德里克理论成果的大方向往下走，这就很好了。

“这是什么？一块……袁大头？”黄昆递过来一块“银元”。李强把“银元”捏在手心，比真实的袁大头直径略大一点，也是银灰色，不过很薄，捏起来可能也就一两毫米厚的样子。

黄昆：“哈哈，这其实是一片单晶硅，不是白银。以前的台面工艺，是在一块硅板上面加工，现在工艺改进之后，在小圆片单晶硅上加工晶体管更方便。”

黄昆挨个介绍实验室里的设备，其实也就是在介绍晶体管的新制造工序。

“硅炉要更新，新的真空硅炉熔铸单晶硅的时候，出产的就不是硅板了，而是拉出来一根单晶硅柱。这根柱子可用部分的直径是60毫米。然后我们把这60毫米粗的硅柱切成薄片。”

“这薄片不是您手里的这一片，您手里这一片它的表面经过了处理，又覆上了一层二氧化硅膜。”

“已经是单质单晶硅了，为什么又要让它的表面被氧化呢？这就与它要做的下一道工序有关。”

“下一道工序，在这片单晶硅的表面涂上一层由感光树脂、增感剂和溶剂组成的抗蚀胶。涂上抗蚀胶之后，软烤。”

“看见没有？这是一盏大功率汞灯。我们在涂了抗蚀胶的硅片前面放置一个半透光的图案底片，汞灯透过图案底片照过去，单晶硅片上面的抗蚀胶有一部分被光照老化了，有一部分没有。照过之后我们把硅片拿去洗一洗，老化的抗蚀胶洗不掉，但没老化的抗蚀胶就洗掉了。”

“洗掉抗蚀胶的部位，就露出了下面的二氧化硅层。然后我们再用强酸冲洗掉二氧化硅，露出下面的单质硅。然后利用离子溶液，把薄层杂质扩散到硅中。”

“这样，小小的一片单晶硅，嗯，一块袁大头，上面我们就能一次刻出几百个甚至上千个硅晶体管来。加工速度很快不像台面工艺的金属蒸汽渗透工序动不动几个小时；加工环境宜人，没有超高温，就是化学品有味儿，要空气净化机。但总的来说，生产成本只有台面工艺的几分之一。余下的工序就简单了，切割、封装、测试、出厂。”

……

黄昆兴致勃勃地介绍新的硅晶体管制造工艺，李强在旁边越听越愣，最后脚步都停下了，不跟着黄昆在实验室里踱步了。

黄昆：“李局长？……李组长？……李老大？”

李强外表看上去在发呆，其实大脑在以10X的速度飞速转动，就短短一两分钟之内，中南海看过无数次的《雷布斯提案》，又在李强的脑子里过了一遍。

这一回，《雷布斯提案》里的几个名字，终于被李强筛选出来了。

“黄昆，”李强举起手中的“袁大头”：“你把一个这个单晶硅，叫做‘一片’单晶硅？”

黄昆：“对，对呀，那么薄的一片。”

李强：“我明白了。”

李强回头走了几步，来到前面两道工序那儿。这是一台进口的机器，再经过黄昆小改的。工作台上方一盏大功率汞灯，根据黄昆所说，这盏灯起作用的是紫外光谱的光线，不过汞灯发出的光肯定是多波段混合的，因此这盏汞灯会发出刺眼的紫光。紫光经过汇聚，照射（烘烤）工作台固定好的单晶硅片。烤到足够的时间，硅片就由传送带送到下一个工序洗洗。

李强指着这台有工作台和传送带的机器，用颤巍巍的声音说道：“这道工序，叫做光刻？”

黄昆：“叫烘烤定版。……不过光刻这个名字好像更直观，不错不错，就叫光刻了，那这台机器就叫光刻机。”

李强再回头走两步。

“你往单晶硅片上涂抹的这种，由感光树脂、增感剂和溶剂组成的东西，叫做抗蚀胶？”

黄昆：“对，光致性抗蚀胶。”

李强：“我看，这可以叫光刻胶。”

“哦！哦！送入光刻机之前在硅片上涂抹的，确实可以叫光刻胶。”

李强又调转头往生产线的末尾走，走到头，他把手中刚才黄昆给他的单晶硅片放在末尾的机器的台子上：“生产进行到这一步，就是单晶硅片上已经采用‘平面工艺’加工出来了几百个晶体管，对吗？”

黄昆：“对啊。”

李强突然伸出双手，一左一右捏住了黄昆的两肩，使劲摇晃，一边摇他还一边吼道：

“那为什么还要切割！为什么还要把它切开！”

黄昆：“啊？啊啊啊啊啊！”

李强激动得停不下来，抓着黄昆肩膀，左右摇、前后摇、上下摇，一边摇还一边吼：

“为什么要把一片硅片切开！本来可以不切开的！！！”

黄昆：“啊啊啊！好好好，李老大，我们不切开，然后呢……啊啊啊”

……

李强松手。

“不切开，然后呢？”李强说道，“然后我怎么知道，你帮我继续往下想。立刻想。”

黄昆刚被李强放开，脑子晕乎乎地，找了个小马扎坐下来还没说话他先打了个嗝：“额，那我们就得把这一块硅片上的七百多个晶体管用线连起来，怎么连线，那不是得跟设计计算机那帮人要图纸了啊？”

李强：“如果你确定这是唯一的办法，那就把问号改成句号。”

黄昆：“好，怎么连线，要计算机设计师介入，嘿，我们这是要把一台计算机设计在一块硅片里呢！七百多个晶体管，这不就是嘛。而且我这还没到发挥出设备的全部极限的地步，这机器的极限是可以做出宽0.1毫米的三极管核心来。”

李强：“这东西也别叫硅片了，就叫……芯片吧。”

……

“余老师，您是印刷电路的专家，我需要在硅片上，把两个元器件用导线连接起来，也就是组件内部连接。”

定下神之后，黄坤把半导体实验室，不，复旦电子系能找到的几位老师都找了过来，现场解决工程设计问题。

“天津电子集团是印刷电路的老大，他们总喜欢做一些很小的电子消费品，”电气系的余老师说道，“不过，你要的这种内部连接也不难办，在硅片上刻槽，然后搞铜离子沉积，就可以沉积出一条铜质的薄膜线条。”

黄昆：“余老师，薄膜金属线条最窄能做到多细？”

“大概，0.2毫米吧。”

黄昆点点头，李强却摇摇头：“现在就……先用着0.2毫米吧，200微米。余老师，您能保证未来开发出新的沉积技术，让它的线宽越来越小吗？”

“能，但是我要组个实验室搞这方面的研究。”

李强：“从现在起，你的实验室成立了。”

“李局长，计算机的元件不只是晶体三极管和二极管，还有其他的呢，至少电阻电容电感这三大元件是跑不了的。”

黄昆还把谢希德喊过来了，谢希德提出了这个问题。

黄昆：“难道说我们要在硅片四周安排一圈插槽，竖着安排一些电阻？”

谢希德：“算了，我也听说手工装配计算机很费工时，试试看做到硅片，不，芯片里面去吧。”

黄昆：“先解决电容，我知道怎么做，电容就是两层导体夹一层绝缘体，可以在硅衬底内部，表面或者金属层之间产生。”

谢希德：“电容做出来了那电感也有了。电阻……”

黄昆：“在芯片里头弄出电阻的方法不止一种，毕竟是个玩意都有电阻，就是不知道选哪个方法好。”

……

“李老大，希德，还有一个问题。”

黄昆突然想起了什么。

“我前天第一次试生产的时候，光刻到硅片上的晶体管并不是个个都有效的。如果芯片里面有一个晶体管是刻坏了的，那岂不是整块芯片都失效了？”

谢希德：“上电计算机设计中心的人好像搞出了容错电路。”

黄昆：“设计中心的人现在没空过来。”

李强：“别急，迟早你们会把晶体管计算机的电路设计室给吞并了。不过，现在你们先做几个简单的嘛。”

……最后黄昆打开电子教科书，选了两个功能：第一个功能是正弦波生成器，做一块模拟芯片来实现这个功能，只需在芯片上刻6个晶体管；第二个功能是4位数的加法器（半加器），这个要安排二十多个晶体管。

由于每块“芯片”的晶体管数很少，所以黄昆把设计图纸搞出来之后，复制粘贴，一次性在一块单晶硅上画拉出10块一模一样的芯片。进光刻机、全套工序出来之后，只要有一块芯片功能正常，试验就算成功。

上面这些头脑风暴、画图纸连线的工作也不简单，况且李强的这个想法还有不少说大不大说小不小的细节问题要补全。一天又一天过去，当一切都准备妥当的时候，已经是1958年1月31日了。黄昆把切割下来的芯片接线封装，插到临时现制作的检测电路上面做测试。第一块芯片是失败的，但第二块芯片插上去的时候，示波器就给出了标准的正弦波形。

李强把拔下来的这块芯片捏在手里，左看右看：“这应该是会被载入人类计算机发展史的文物。干得漂亮。”

黄昆：“李老大，这次又是你在场我们才完成这个突破……我就说必须得你在场吧……”

第八十七章，主席，总理，这就是芯片

在半导体技术发展史上，1955~1957年贝尔实验室研发的“平面工艺”具有相当重要的地位。用平面工艺取代台面工艺，把硅晶体管的制造技术改良到了距离集成电路只差“临门一脚”的阶段。

在从贝尔实验室购买了平面工艺制造晶体管的专利授权之后，仙童半导体的罗伯特·诺伊斯（八叛逆之一）率先踹破那层窗户纸，1959年制作了第一片硅集成电路。不过在诺伊斯之前，1958年2月，德州仪器的工程师杰克·基尔比就DIY了一块锗集成电路。基尔比的集成电路很简陋，并且锗基后来没成为集成电路的发展方向，但他毕竟时间最早，后来美国专利局判决基尔比和诺伊斯两人共享集成电路的专利。

罗伯特·诺伊斯完成临门一脚用了一年。李强、黄昆完成临门一脚用时基本为零……

好吧，这是未来文件给李强指明了方向。

当第一块集成电路通过测试，李强终于确定这就是正确的发展方向，黄昆以及半导体实验室的所有人则几乎把李强当成神膜拜。

不过，现在就量产集成电路为时过早。由于良品率的关系，即便只是内含几十个晶体管的集成电路，综合成本也比不过生产几十个晶体管然后往电路板上插。

除此之外，还要解决国产化的问题。

“这台，这台，还有这台，这仨都是得进口的？”李强指着实验室里的设备问黄昆。

“是啊，三台总价200万美元，但是去年我一次进口了两套，能顶一阵子了。”

李强：“全部安排国产。不过这事由我来干，我马上就要回北京向中央汇报。不仅是国产化，我看有些设备要继续提高技术水平。芯片的生产一共七个关键步骤，也就是七种关键设备，每一种都应该能够不断地自升级，提高水平。”

黄昆：“李老大，我差点忘了，这个，这个光刻胶，现在也得进口。”

李强：“你不是说是自己配的配方吗？”

“嗯，感光树脂、增感剂和溶剂，前两种我是从国内工厂拿的货，溶剂是从协和拿的，协和库存的这些溶剂是进口的……”

李强：“那也安排国产化。”

……

“主席，总理，芯片就是这个样子的。”

七年多的时间，中央书记处（政治局）的同志们终于见到了《雷布斯提案》中念叨的芯片是个什么样子。

李强从上海带回两块芯片，现在正在会议室里给各位大佬传看。

总理：“指甲盖大小的一小片。下面这六个尖尖的小铁片，是插头吗？”

李强：“对，工人只需要一个动作，把它插到电路板上，就安排好了35个晶体管的位置。”

总理：“这是一个……加法器？”

李强：“因为这是第一次实验制作芯片，所以黄昆他们是从教科书里面摘了一个加法器的例题，把它的功能用芯片来实现，因此还比较简陋。在我走之前黄昆估算了一下，就以现在的设备的技术水平，能把大约200个晶体管集成在一块芯片里面而且还能保证制造质量。”

陈沄：“你刚才说，这一套机器里面的光刻机让你最后确定了这就是制造芯片的技术方向。那，光刻机是个什么样子的？”

李强：“那就得先从这平面工艺说起了。黄昆的平面工艺，先生产出一块圆形的薄薄的单晶硅片，然后覆盖一层二氧化硅膜，在涂上一层也很薄的光刻胶。这光刻胶的特点是收到光照会变性，这样一片硅片放到一个工作台上，上面覆盖一张印着特定图案的底片，工作台有一盏大灯，照射硅片和底片，就跟照相馆显影一样，硅片上就有了特定的图案。而且我已经发现了，光刻这一道工序确实是其中的关键，你能往硅片上显影的图案越细小，也就意味着一块芯片里面能容纳的晶体管就越多。现在这套光刻设备最细能够照出0.1毫米的图案来……”

“我知道了！”陈沄反应过来了，“原来提案里说的5纳米光刻机，就是这！”

李强：“对，现在是100微米，也就是……10万纳米。2022年5纳米光刻机是中国被卡住的技术瓶颈。”

主席：“那就有进步的方向了。每隔一两年往前进一步。”