第229章 步步惊心（2）
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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(500c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！